本發(fā)明涉及氣體凈化領(lǐng)域，具體的說是一種等離子體催化凈化氣體處理裝置。

背景技術(shù)：

大氣污染主要包括燃煤、燃油所排放的氧化硫、氧化氮等及可揮發(fā)性有機化合物vocs等。其中氧化硫、氧化氮可通過催化氧化等技術(shù)可將其轉(zhuǎn)換為硫酸鹽和硝酸鹽而去除。vocs處理目前主要的處理方法有燃燒、吸附、吸收和冷凝等技術(shù),此類技術(shù)存在運行費用高、處理效果不理想、易造成二次污染以及安全隱患等問題。如燃燒法適合高濃度的vocs氣體處理，易造成二次污染；活性炭吸附法主要是利用碳材料的大比表面的微孔對有機分子進行吸附，特點是吸附設(shè)備簡單，但活性炭吸附飽和后需要更換，易造成二次污染，使用成本較高，一般適合濃度較低、流量較小的氣體凈化。

目前新發(fā)展的去除vocs的技術(shù)主要包括等光催化氧化和離子體氧化等技術(shù)。光催化法一般采用納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦作為催化劑，在紫外光照射下可氧化分解氣體中的有機物，是一種新的有機物去除技術(shù)，適合濃度較低、流量較小的氣體凈化，特別是氣體除臭。但對于較高濃廢氣，此法能耗較大、效率低、處理效果較差。而采用等離子體處理氣體污染物是一種清潔、高效的工藝技術(shù)。低溫等離子體處理vocs是目前研究的一個熱點，具有設(shè)備緊湊、處理效率高、應(yīng)用范圍廣等許多潛在優(yōu)勢，但因等離子體產(chǎn)生的方法不同，其處理效果差異較大，發(fā)展實用化的等離子體凈化處理vocs的技術(shù)顯得十分重要。

物質(zhì)有四種形態(tài)組成,即固、液、氣和等離子態(tài)組成，其中宇宙間等離子態(tài)占整個物質(zhì)形態(tài)的99.9%以上。等離子體按所產(chǎn)生的方式可分為高溫和低溫等離子體兩類，等離子體中含有大量的活性電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和光子等。其中高溫等離子體中電子和離子的能量相近，溫度一般在上千度，人造高溫等離子體技術(shù)有許多應(yīng)用包括等離子體切割、噴涂等。而低溫等離子體是在室溫條件下通過施加交變電場在電容式陰陽電極間產(chǎn)生氣體的離化而產(chǎn)生等離子體。在大氣壓下，空氣中所產(chǎn)生的等離子體因高能粒子和電子與氣體分子碰撞，會產(chǎn)生大量的oh、o、ho2等自由基和氧化性強的o3等；有機物分子則被激發(fā)形成具反應(yīng)活性的小基團或原子；o、oh、ho2、o3等與激發(fā)原子有機物分子、基團、自由基等反應(yīng),最終使有機物分子氧化降解為co、co2和h2o等產(chǎn)物。故低溫等離子體技術(shù)可用于凈化各類有機廢氣如揮發(fā)性有機氣體vocs等的處理，具有速度快及適應(yīng)性強等特點。

根據(jù)等離子體產(chǎn)生的方式，人造低溫等離子體主要可分為脈沖電暈放電pgd、介質(zhì)阻擋放電dbd、電弧放電等。對于較低濃有機氣體處理，可采用pgd或dbd等離子體氧化處理。等離子體氧化處理較高濃度有機氣體的技術(shù)目前并不成熟，還處于研究階段，因能耗、成本等因素還不易實際應(yīng)用。

為降低等離子體處理的能耗，新近發(fā)展了等離子體催化氧化技術(shù)用于廢氣的處理。一般采用pt、au、pd等貴金屬作為催化材料，等離子體產(chǎn)生后在催化材料作用下可高效氧化分解有機物，但由于貴金屬催化材料高昂的成本而限制了其在廢氣處理領(lǐng)域的應(yīng)用。故需要發(fā)展一類成本較低且高效的催化材料，并能應(yīng)用于各類有機廢氣的處理。如何采用低成本的催化材料與低溫等離子體技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)有機廢氣的低成本處理，是目前產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一種采用具有等離子體催化效應(yīng)的復(fù)合催化材料，其中催化材料采用了碳或金屬氧化物薄膜，以電容式器件結(jié)構(gòu)作為基本反應(yīng)裝置系統(tǒng)，可兼容等離子體離化與催化氧化的協(xié)同效應(yīng)高效去除氣體中的有機物的等離子體催化凈化氣體處理裝置。

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種等離子體催化凈化氣體處理裝置，包括等離子體催化反應(yīng)室，其特征在于：所述等離子體催化反應(yīng)室內(nèi)的左側(cè)均布有若干催化電極，位于催化電極右側(cè)的等離子體催化反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有催化材料室，所述催化材料室內(nèi)填充有顆粒型催化材料；所述等離子體催化反應(yīng)室的左側(cè)開設(shè)有進氣口，等離子體催化反應(yīng)室的右側(cè)開設(shè)有排氣口，所述進氣口和排氣口分別設(shè)有一個傳感檢測模塊。

所述等離子體催化反應(yīng)室由絕緣介質(zhì)基片、催化薄膜、等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負極產(chǎn)生電極和高頻電源組成，所述絕緣介質(zhì)基片呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜，位于絕緣介質(zhì)基片上方的催化薄膜的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極，位于絕緣介質(zhì)基片下方的催化薄膜的下表面設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極，所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負極產(chǎn)生電極之間通過高頻電源相連。

所述等離子體催化反應(yīng)室由絕緣介質(zhì)基片、催化薄膜、等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負極產(chǎn)生電極和高頻電源組成，所述絕緣介質(zhì)基片呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜，位于絕緣介質(zhì)基片內(nèi)的催化薄膜內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極，位于絕緣介質(zhì)基片外的催化薄膜外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極，所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負極產(chǎn)生電極之間通過高頻電源相連。

所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負極產(chǎn)生電極均為網(wǎng)狀金屬電極。

所述絕緣介質(zhì)基片由石英和氧化鋁陶瓷中的一種制成；所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負極產(chǎn)生電極由不銹鋼、鈦、鋁和鋁合金制成，可以制成為薄膜形狀、薄片形狀或網(wǎng)形狀；所述催化薄膜由碳和金屬氧化物催化材料制成。

所述碳包括石墨、碳纖維、納米管、石墨烯和金剛石中的一種或多種，所述金屬氧化物催化材料包括wo3、cuo、moo、sno2、tio2、zno、mgo、cao、fe2o3、nio、v2o5、mno2、mn2o3、mn3o4中的一種或多種，所述催化薄膜摻雜有pt、pd、au、ag、cu、n、f的至少一種元素，所述碳或金屬氧化物催化材料由顆粒尺寸在10～100nm范圍內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的晶體組成。

所述絕緣介質(zhì)基片的厚度為0.1-2mm。

所述高頻電源的頻率為10-500khz，電壓范圍為0.1-10kv，高頻電源的正極與負極之間的電流密度范圍為0.01-10ma/cm²。

所述氣體處理裝置可以對有機廢氣進行處理，包括制藥、化工、皮革、養(yǎng)殖、油漆、涂料、印刷、食品、餐飲、醫(yī)院、污水處理等所產(chǎn)生的廢氣，氣體處理裝置適用于tvoc濃度范圍在10-50000ppm范圍內(nèi)的有機廢氣凈化，所述有機廢氣包括碳氫、氮氫、硫氫類氣體等。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，將等離子體技術(shù)與催化材料相結(jié)合，使催化薄膜材料鍍制在等離子體發(fā)生電極表面，可有效地降低運行時的能耗，提高反應(yīng)效率，使得整體氣體凈化的成本大幅降低，使得氣體凈化，特別是vocs的凈化處理可實現(xiàn)實用化和工程化應(yīng)用；將等離子體催化電極陣列以模塊化的形式，與高效低成本的光電催化材料緊密結(jié)合，將材料、裝備、工藝等一體化集成，可在大氣壓下進行高效率、低能耗的氣體等離子體催化反應(yīng)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等的廢氣，特別是有機廢氣vocs的處理凈化提供了一種低成本的成套解決方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中實施例一的正視圖。

圖3為本發(fā)明中實施例一的俯視圖。

圖4為本發(fā)明中實施例二的正視圖。

圖5為本發(fā)明中實施例二的俯視圖。

參見圖1～圖5，其中，1是催化電極，2是等離子體催化反應(yīng)室，3是催化材料室，4是進氣口，5是排氣口，10是絕緣介質(zhì)基片，11是催化薄膜，12是等離子體正極產(chǎn)生電極，13是等離子體負極產(chǎn)生電極，14是電源電器控制單元。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進一步的說明。

如圖1所示，所述等離子體催化反應(yīng)室2內(nèi)的左側(cè)均布有若干催化電極1，位于催化電極1右側(cè)的等離子體催化反應(yīng)室2內(nèi)設(shè)有催化材料室3，所述催化材料室3內(nèi)填充有顆粒型催化材料；所述等離子體催化反應(yīng)室2的左側(cè)開設(shè)有進氣口4，等離子體催化反應(yīng)室2的右側(cè)開設(shè)有排氣口5，所述進氣口4和排氣口5分別設(shè)有一個傳感檢測模塊。

所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負極產(chǎn)生電極13和高頻電源14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片10的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10上方的催化薄膜11的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，位于絕緣介質(zhì)基片10下方的催化薄膜11的下表面設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極13，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13之間通過高頻電源14相連。

所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負極產(chǎn)生電極13和高頻電源14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片10空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10內(nèi)的催化薄膜11內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極13，位于絕緣介質(zhì)基片10外的催化薄膜11外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13之間通過高頻電源14相連。

所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

所述絕緣介質(zhì)基片10由石英和氧化鋁陶瓷中的一種制成，并且石英和氧化鋁陶瓷均以片狀或管狀存在；所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13由不銹鋼、鈦、鋁和石墨制成，可以制成為薄膜形狀、薄片形狀或網(wǎng)形狀；所述催化薄膜11由碳和金屬氧化物催化材料制成。

所述碳包括石墨、碳纖維、納米管、石墨烯和金剛石中的一種或多種，所述金屬氧化物催化材料包括wo3、cuo、moo、sno2、tio2、zno、mgo、cao、fe2o3、nio、v2o5、mno2、mn2o3、mn3o4中的一種或多種，所述催化薄膜11摻雜有pt、pd、au、ag、cu、n、f的至少一種元素，所述碳或金屬氧化物催化材料由顆粒尺寸在10～100nm范圍內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的晶體組成。

所述絕緣介質(zhì)基片的厚度為0.1-2mm。

所述高頻電源的頻率為10-500khz，電壓范圍為0.1-10kv，高頻電源的正極與負極之間的電流密度范圍為0.01-10ma/cm²。

所述氣體處理裝置可以對有機廢氣進行處理，包括制藥、化工、皮革、養(yǎng)殖、油漆、涂料、食品、餐飲、醫(yī)院、污水處理等所產(chǎn)生的廢氣，氣體處理裝置適用于tvoc濃度范圍在10-50000ppm范圍內(nèi)的有機廢氣凈化，所述有機廢氣包括碳氫、氮氫、硫氫類氣體等。

本發(fā)明的突出技術(shù)特色表現(xiàn)為快速、高效、低能耗和適應(yīng)范圍廣。本發(fā)明的等離子體催化凈化pcc裝置在運行時，除使用電能外，因不消耗其他材料，使得整體運行費用低。pcc裝置適合有機物濃度在10-50000ppm范圍的廢氣凈化處理。設(shè)備模組化，應(yīng)用靈活，可適用于各類風(fēng)量的氣體凈化處理。

本發(fā)明的等離子體催化pcc裝置和方法可處理凈化廢氣如voc類氣體，包括碳氫類氣體如烴、芳烴、脂、酯、醇、醛、酮、醚等；苯類氣體如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等；鹵烴類氣體如cf2clbr、cf3br、cf3cl、氯丁二烯等；氮化物氣體如氨、甲胺、二甲胺、dmf等；硫化物氣體如h2s、cs2、二甲二硫、硫醇、硫醚等；以及其它惡臭性氣體，均可有效地去除或凈化。

本發(fā)明是將等離子體技術(shù)與催化材料相結(jié)合，使催化薄膜材料鍍制在等離子體發(fā)生電極表面，可有效地降低運行時的能耗，提高反應(yīng)效率，使得整體氣體凈化的成本大幅降低，使得氣體凈化，特別是vocs的凈化處理可實現(xiàn)實用化和工程化應(yīng)用。將等離子體催化電極陣列以模塊化的形式，與高效低成本的光電催化材料緊密結(jié)合，將材料、裝備、工藝等一體化集成，可在大氣壓下進行高效率、低能耗的氣體等離子體催化反應(yīng)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等的廢氣，特別是有機廢氣vocs的處理凈化提供了一種低成本的成套解決方案。

實施例一：

如圖2和圖3所示，本實施例采用平行板電容式等離子體催化電極結(jié)構(gòu)，所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負極產(chǎn)生電極13和電源電器控制單元14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片10的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10上方的催化薄膜11的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，位于絕緣介質(zhì)基片10下方的催化薄膜11的下表面設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極13，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13之間通過電源電器控制單元14相連。所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

實施例二：

如圖4和圖5所示，本實施例采用圓筒形電容式等離子體催化電極結(jié)構(gòu)，所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負極產(chǎn)生電極13和電源電器控制單元14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片10空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10內(nèi)的催化薄膜11內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負極產(chǎn)生電極13，位于絕緣介質(zhì)基片10外的催化薄膜11外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13之間通過電源電器控制單元14相連。所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

本發(fā)明在制備過程中，首先采用噴涂、輥涂、印刷、浸涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積等工藝絕緣介質(zhì)基片的表面制備催化薄膜，薄膜的厚度在10nm-1mm范圍；隨后將等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負極產(chǎn)生電極分別連接電源電氣控制單元，高頻電源的正極連接等離子體正極產(chǎn)生電極，高頻電源的負極連接等離子體負極產(chǎn)生電極；最后根據(jù)需要，可以將多片絕緣介質(zhì)基片和基片表面的等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負極產(chǎn)生電極組成催化陣列模組。

本發(fā)明使用時，在等離子體和催化材料的協(xié)同作用下，可高效率去除氣體中的有機物(vocs)、氨氮等污染物。等離子體催化反應(yīng)速率在0.1-10秒范圍內(nèi)，有機物去除效率在95%以上，單位能耗tvoc質(zhì)量去除率在1kg/kwh以上。傳感器安裝等離子體催化反應(yīng)室的進氣端和出氣端，主要用于檢測氣體的流量、流速、溫度、氣壓、氣體濃度等指標，其中氣體濃度包括總有機物濃度tvoc。電源電氣控制單元采用計算機對電源的電流、電壓、功率、處理裝置總的功耗、氣體流量、濃度等傳感器所測得的各類指標參數(shù)進行匯總和分析后，進行優(yōu)化控制，使得本發(fā)明在使用過程中的運行效率達到最優(yōu)化。