低温等离子体吸附两段式系统降解硫化氢
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压的增 大 而 提 高，当 充 电 电 压 分 别 为 ３、４、５、６ 和
７ｋＶ时，Ｈ２Ｓ 的 去 除 率 分 别 达 到 １５％、２２％、４０％、
７３％、８８％，所 生 成 的 Ｏ３ 质 量 浓 度 从 １０ ｍｇ／ｍ３ 增
大到 ２３１ ｍｇ／ｍ３，ＳＯ２ 质 量 浓 度 从 １４ ｍｇ／ｍ３ 增 大
第 ４４ 卷 第 １２ 期 ２０１０ 年 １２ 月
浙 江 大 学 学 报 （工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１０．１２．０３０
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１０
到 １４５ ｍｇ／ｍ３．
Ｈ２Ｓ在 ＮＴＰ 反应器中的降解途径如下：
Ｈ２Ｓ＋ｅ→ ·ＳＨ＋ ·Ｈ，
（１）
Ｈ２Ｓ＋ ·ＯＨ→Ｈ２Ｏ＋ ·Ｈ，
（２）
反 应 条 件 ：Ｈ２Ｓ初 始 质 量 浓 度 １００ ｍｇ／ｍ３ ，停 留 时 间 １１ｓ， 脉冲频率１００ Ｈｚ
图２ 单一 ＮＴＰ 充电电压对 Ｈ２Ｓ去除率、生成ＳＯ２ 和 Ｏ３ 质量浓度的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｎ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ＳＯ２、Ｏ３ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ＮＴＰ ａｌｏｎｅ
第 １２ 期
杨 建 涛 ，等 ：低 温 等 离 子 体 吸 附 两 段 式 系 统 降 解 硫 化 氢
电源的电压与 电 流 采 用 Ｌｅｃｒｏｙ ＬＴ２６４ 型 示 波 器测量，Ｈ２Ｓ、Ｏ３、ＳＯ２ 的 质 量 浓 度 用 北 京 劳 保 的 检 测管检测并用标准 方 法 进 行 校 准，其 检 测 限 分 别 为
１，２－风机；３．阀 门；４－流 量 计；５－Ｈ２Ｓ 气 体 发 生 装 置 ；６－蠕 动泵，稀硫酸溶液；７－缓冲 罐；８－ＮＴＰ 反 应 器；９，１０，１４－气 体 采 样 口 ；１２－接 地 极 板 ；１３－ＡＣＦ 反 应 器
通 信 联 系 人 ：施 耀 ，男 ，教 授 ，博 导 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｙａｏ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２４１２
浙 江 大 学 学 报 （工学版） 第４４卷
度 Ｈ２Ｓ 气 体，传 统 的 主 要 处 理 方 法 有：有 机 胺 溶 液 吸收［４］、液相氧 化［５］、离 子 氧 化 等 ［６］ ．这 些 方 法 中 除 离子氧化外能耗都 较 高 且 吸 收 液 需 要 再 生，而 离 子 氧 化 剂 需 要 对 氧 化 剂 进 行 处 理 而 不 经 济［７］；对 低 浓 度 Ｈ２Ｓ气体，过渡金属的催化 氧 化 以 及 活 性 炭 吸 附 等方法得到了广泛 应 用，但 是 催 化 氧 化 需 要 预 热 气 体 ，使 得 能 耗 增 加 ，而 活 性 炭 吸 附 则 需 要 的 吸 附 剂 量 巨大，且需要对吸附剂再生 ． ［８］
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ ｗｉｔｈ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ （ＮＴＰ）ａｌｏｎｅ，ａ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＮＴＰ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｓ （ＡＣＦ）ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ＮＴＰ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ＮＴＰ ａｎｄ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｌｅ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｒｏｖｅｄ １５％ ｏｆ ｔｈｅ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ２６．５％ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｔ ６ｋＶ ｗｉｔｈ ａ ｇａｓ－ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ １１．８ ｍ３／ｈ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ６ｋＶ ｒｅｄｕｃｅｄ ２６．５％ ．ＡＣＦ ｃｏｕｌｄ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ＳＯ２ａｎｄ Ｏ３ ， ｎｏ ＳＯ２ａｎｄ Ｏ３ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ ｗａｓ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ２ｔｏ １６ｔｉｍｅｓ ｂｙ ＮＴＰ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ３ｔｏ ７ｋＶ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ （ＮＴＰ）；ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ （ＡＣＦ）；ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ；ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
近 年 来，低 温 等 离 子 体 技 术 由 于 其 具 有 降 解 效 率 高 、操 作 温 度 低 等 优 点 ，在 污 染 物 处 理 特 别 是 在 低 浓度气体处理方面 越 来 越 得 到 重 视．Ｔｓａｉ等 研 ［９］ 究 了在富氧条件下低温等离子体对恶臭气体甲硫醇和 甲硫醚的降解；Ｓｏｂａｃｃｈｉ等 评 ［１０］ 价 了 低 温 等 离 子 体 处理木材 加 工 业 排 放 的 ＶＯＣｓ，Ｗａｎｇ 等 研 ［１１］ 究 了 低温等离子体降解 Ｈ２Ｓ 的 机 理 与 动 力 学．Ｓｈｉ等［１２］ 的研 究 表 明 Ｈ２Ｓ 能 够 被 脉 冲 电 晕 有 效 降 解．然 而， 单一利用低温等离子体降 解 Ｈ２Ｓ 有 如 下 缺 点：一 是 能耗 过 高，二 是 产 生 许 多 无 机 副 产 物，比 如 Ｏ３、 ＳＯ２ 等．
低温等离子体吸附两段式系统降解硫化氢
杨建涛，潘 华，陈 杰，苏清发，汪大翚，施 耀
（浙江大学 环境工程学系，浙江 杭州 ３１００２７）
摘 要：为 了 克 服 单 一 低 温 等 离 子 体（ＮＴＰ）降 解 硫 化 氢（Ｈ２Ｓ）能 耗 高 和 副 产 物 排 放 的 问 题 ，采 用 低 温 等 离 子 体 活 性 炭 纤 维（ＡＣＦ）吸 附 两 段 式 系 统 降 解 硫 化 氢 ，考 察 不 同 充 电 电 压 两 段 式 系 统 与 单 一 低 温 等 离 子 体 系 统 对 Ｈ２Ｓ 降 解 率 及 副 产 物 的 影 响 ，分 析 低 温 等 离 子 体 与 活 性 碳 纤 维 协 同 降 解 硫 化 氢 的 机 理 ．研 究 表 明 ：两 段 式 系 统 能 够 显 著 提 高 Ｈ２Ｓ的 去 除 率 、降 低 能 耗 、去 除 副 产 物 ，并 能 延 长 ＡＣＦ 的 穿 透 时 间 ，增 加 吸 附 反 应 Ｈ２Ｓ 的 容 量 ．当 气 体 流 量 达 到１１．８ｍ３／ｈ、充 电 电 压 为６ｋＶ 时 ，两 段 式 系 统 能 使 Ｈ２Ｓ的 去 除 率 提 高１５％ ，能 耗 节 省２６．５％ ，ＡＣＦ 能 够 有 效 地 去 除 ＳＯ２ 和 Ｏ３，在 ＡＣＦ 穿 透 前 气 流 出 口 检 测 不 到 污 染 物 ；当 充 电 电 压 从 ３ｋＶ 升 高 到 ７ｋＶ 时 ，ＡＣＦ 的 穿 透 时 间 延 长 ２到 １６倍 ． 关 键 词 ：低 温 等 离 子 体 （ＮＴＰ）；活 性 炭 纤 维 （ＡＣＦ）；硫 化 氢 ；降 解 中 图 分 类 号 ：Ｘ ７０１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－９７３Ｘ（２０１０）１２－２４１１－０５
Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ
ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｔａｏ，ＰＡＮ Ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ，ＳＵ Ｑｉｎｇ－ｆａ，ＷＡＮＧ Ｄａ－ｈｕｉ，ＳＨＩ Ｙａｏ
浙 江 大 学 学 报 （工 学 版 ）网 址 ：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０５７６１２１）．
作者简介：杨建涛 （１９７８—），男，河南浚县人，博士生，主要从事大气污染物的治理技术与应用研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｔｔｅｒｒｙ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
本实验利用 ＮＴＰ＋ＡＣＦ两段式系统对 Ｈ２Ｓ进行降 解，并对低温等离子体和 ＡＣＦ的协同作用进行了研究．
１ 材料与方法
１．１ 实 验 部 分 两段 式 系 统 包 含 ＮＴＰ 反 应 器 和 ＡＣＦ 吸 附 反
应器．ＮＴＰ 反应 器 采 用 典 型 的 线 板 式，反 应 器 的 有 效容积是３６Ｌ （１２００ｍｍ×１２０ ｍｍ×２５０ ｍｍ），电 晕线采用０．５ｍｍ 镍－铬合金线，接地极是０．５ｍｍ 厚 的 铝 板 ，电 晕 线 与 接 地 极 板 的 间 距 是 ６０ ｍｍ，相 邻 电 晕线的间距是５０ｍｍ．试验采用新型 ＢＰＦＮ 形成网络 脉冲高压电源．电源的特性参见文献［１２－１４］，实 验 装 置流程见图１．在 本 实 验 中，脉 冲 频 率 采 用 １００ Ｈｚ， ＢＰＦＮ 网络的电容为 ２０ｎＦ（２．４μＨ）．ＡＣＦ 吸 附 反 应器 尺 寸 为 ６ ｍｍ ×１２０ ｍｍ×２５０ ｍｍ，填 充 有 １０．００ｇ ＡＣＦ，实验 采 用 的 ＡＣＦ 的 主 要 性 质 为：比 表面积 １ ３００ ｍ２／ｇ，平 均 孔 径 １．８ｎｍ，孔 容 积 ０．９ ｍＬ／ｇ，纤维直径１５μｍ．Ｈ２Ｓ气 体 由 硫 化 钠 溶 液 与 稀硫酸反应生成．Ｈ２Ｓ 的 浓 度 通 过 调 节 稀 硫 酸 的 滴 加速 度 来 控 制．实 验 的 总 的 气 体 流 量 为 １１．８ ｍ３／ｈ （相当于 ＮＴＰ 反应器的停留时间１１ｓ）． １．２ 分 析 方 法
图 １ ＮＴＰ＋ＡＣＦ 实 验 流 程 图 Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔｕｐ ｏｆ ＮＴＰ＋ＡＣＦ
０．２、０．２ 和 ２ ｍｇ／ｍ３．
２ 结果与讨论
２．１ Ｈ２Ｓ在单一 ＮＴＰ 反应器中的降解
由图２可见，在单一 ＮＴＰ 反应 器 中，对 Ｈ２Ｓ 的
去除率以及 Ｏ３ 和 ＳＯ２ 质量浓 度 的 生 成 随 着 充 电 电
硫化氢（Ｈ２Ｓ）是 大 气 中 主 要 恶 臭 气 体 之 一，其 具有强烈的刺激性味道［１］．低 浓 度 的 Ｈ２Ｓ 能 够 腐 蚀
设备［２］，高 浓 度 的 Ｈ２Ｓ 威 胁 人 们 的 生 命 健 康［３］，因 此，对 Ｈ２Ｓ 气 体 的 处 理 得 到 了 广 泛 的 研 究．对 高 浓
收 稿 日 期 ：２００９－０３－１０．
压的增 大 而 提 高，当 充 电 电 压 分 别 为 ３、４、５、６ 和
７ｋＶ时，Ｈ２Ｓ 的 去 除 率 分 别 达 到 １５％、２２％、４０％、
７３％、８８％，所 生 成 的 Ｏ３ 质 量 浓 度 从 １０ ｍｇ／ｍ３ 增
大到 ２３１ ｍｇ／ｍ３，ＳＯ２ 质 量 浓 度 从 １４ ｍｇ／ｍ３ 增 大
第 ４４ 卷 第 １２ 期 ２０１０ 年 １２ 月
浙 江 大 学 学 报 （工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１０．１２．０３０
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２０１０
到 １４５ ｍｇ／ｍ３．
Ｈ２Ｓ在 ＮＴＰ 反应器中的降解途径如下：
Ｈ２Ｓ＋ｅ→ ·ＳＨ＋ ·Ｈ，
（１）
Ｈ２Ｓ＋ ·ＯＨ→Ｈ２Ｏ＋ ·Ｈ，
（２）
反 应 条 件 ：Ｈ２Ｓ初 始 质 量 浓 度 １００ ｍｇ／ｍ３ ，停 留 时 间 １１ｓ， 脉冲频率１００ Ｈｚ
图２ 单一 ＮＴＰ 充电电压对 Ｈ２Ｓ去除率、生成ＳＯ２ 和 Ｏ３ 质量浓度的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｎ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ＳＯ２、Ｏ３ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ＮＴＰ ａｌｏｎｅ
第 １２ 期
杨 建 涛 ，等 ：低 温 等 离 子 体 吸 附 两 段 式 系 统 降 解 硫 化 氢
电源的电压与 电 流 采 用 Ｌｅｃｒｏｙ ＬＴ２６４ 型 示 波 器测量，Ｈ２Ｓ、Ｏ３、ＳＯ２ 的 质 量 浓 度 用 北 京 劳 保 的 检 测管检测并用标准 方 法 进 行 校 准，其 检 测 限 分 别 为
１，２－风机；３．阀 门；４－流 量 计；５－Ｈ２Ｓ 气 体 发 生 装 置 ；６－蠕 动泵，稀硫酸溶液；７－缓冲 罐；８－ＮＴＰ 反 应 器；９，１０，１４－气 体 采 样 口 ；１２－接 地 极 板 ；１３－ＡＣＦ 反 应 器
通 信 联 系 人 ：施 耀 ，男 ，教 授 ，博 导 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｙａｏ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２４１２
浙 江 大 学 学 报 （工学版） 第４４卷
度 Ｈ２Ｓ 气 体，传 统 的 主 要 处 理 方 法 有：有 机 胺 溶 液 吸收［４］、液相氧 化［５］、离 子 氧 化 等 ［６］ ．这 些 方 法 中 除 离子氧化外能耗都 较 高 且 吸 收 液 需 要 再 生，而 离 子 氧 化 剂 需 要 对 氧 化 剂 进 行 处 理 而 不 经 济［７］；对 低 浓 度 Ｈ２Ｓ气体，过渡金属的催化 氧 化 以 及 活 性 炭 吸 附 等方法得到了广泛 应 用，但 是 催 化 氧 化 需 要 预 热 气 体 ，使 得 能 耗 增 加 ，而 活 性 炭 吸 附 则 需 要 的 吸 附 剂 量 巨大，且需要对吸附剂再生 ． ［８］
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ ｗｉｔｈ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ （ＮＴＰ）ａｌｏｎｅ，ａ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＮＴＰ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｓ （ＡＣＦ）ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ＮＴＰ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ＮＴＰ ａｎｄ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｌｅ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｒｏｖｅｄ １５％ ｏｆ ｔｈｅ Ｈ２Ｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ２６．５％ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｔ ６ｋＶ ｗｉｔｈ ａ ｇａｓ－ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ １１．８ ｍ３／ｈ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ６ｋＶ ｒｅｄｕｃｅｄ ２６．５％ ．ＡＣＦ ｃｏｕｌｄ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ＳＯ２ａｎｄ Ｏ３ ， ｎｏ ＳＯ２ａｎｄ Ｏ３ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ．Ｔｈｅ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｅ ｏｆ ＡＣＦ ｆｏｒ Ｈ２Ｓ ｗａｓ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ２ｔｏ １６ｔｉｍｅｓ ｂｙ ＮＴＰ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ３ｔｏ ７ｋＶ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ （ＮＴＰ）；ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ （ＡＣＦ）；ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ；ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
近 年 来，低 温 等 离 子 体 技 术 由 于 其 具 有 降 解 效 率 高 、操 作 温 度 低 等 优 点 ，在 污 染 物 处 理 特 别 是 在 低 浓度气体处理方面 越 来 越 得 到 重 视．Ｔｓａｉ等 研 ［９］ 究 了在富氧条件下低温等离子体对恶臭气体甲硫醇和 甲硫醚的降解；Ｓｏｂａｃｃｈｉ等 评 ［１０］ 价 了 低 温 等 离 子 体 处理木材 加 工 业 排 放 的 ＶＯＣｓ，Ｗａｎｇ 等 研 ［１１］ 究 了 低温等离子体降解 Ｈ２Ｓ 的 机 理 与 动 力 学．Ｓｈｉ等［１２］ 的研 究 表 明 Ｈ２Ｓ 能 够 被 脉 冲 电 晕 有 效 降 解．然 而， 单一利用低温等离子体降 解 Ｈ２Ｓ 有 如 下 缺 点：一 是 能耗 过 高，二 是 产 生 许 多 无 机 副 产 物，比 如 Ｏ３、 ＳＯ２ 等．
低温等离子体吸附两段式系统降解硫化氢
杨建涛，潘 华，陈 杰，苏清发，汪大翚，施 耀
（浙江大学 环境工程学系，浙江 杭州 ３１００２７）
摘 要：为 了 克 服 单 一 低 温 等 离 子 体（ＮＴＰ）降 解 硫 化 氢（Ｈ２Ｓ）能 耗 高 和 副 产 物 排 放 的 问 题 ，采 用 低 温 等 离 子 体 活 性 炭 纤 维（ＡＣＦ）吸 附 两 段 式 系 统 降 解 硫 化 氢 ，考 察 不 同 充 电 电 压 两 段 式 系 统 与 单 一 低 温 等 离 子 体 系 统 对 Ｈ２Ｓ 降 解 率 及 副 产 物 的 影 响 ，分 析 低 温 等 离 子 体 与 活 性 碳 纤 维 协 同 降 解 硫 化 氢 的 机 理 ．研 究 表 明 ：两 段 式 系 统 能 够 显 著 提 高 Ｈ２Ｓ的 去 除 率 、降 低 能 耗 、去 除 副 产 物 ，并 能 延 长 ＡＣＦ 的 穿 透 时 间 ，增 加 吸 附 反 应 Ｈ２Ｓ 的 容 量 ．当 气 体 流 量 达 到１１．８ｍ３／ｈ、充 电 电 压 为６ｋＶ 时 ，两 段 式 系 统 能 使 Ｈ２Ｓ的 去 除 率 提 高１５％ ，能 耗 节 省２６．５％ ，ＡＣＦ 能 够 有 效 地 去 除 ＳＯ２ 和 Ｏ３，在 ＡＣＦ 穿 透 前 气 流 出 口 检 测 不 到 污 染 物 ；当 充 电 电 压 从 ３ｋＶ 升 高 到 ７ｋＶ 时 ，ＡＣＦ 的 穿 透 时 间 延 长 ２到 １６倍 ． 关 键 词 ：低 温 等 离 子 体 （ＮＴＰ）；活 性 炭 纤 维 （ＡＣＦ）；硫 化 氢 ；降 解 中 图 分 类 号 ：Ｘ ７０１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－９７３Ｘ（２０１０）１２－２４１１－０５
Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ
ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｔａｏ，ＰＡＮ Ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ，ＳＵ Ｑｉｎｇ－ｆａ，ＷＡＮＧ Ｄａ－ｈｕｉ，ＳＨＩ Ｙａｏ
浙 江 大 学 学 报 （工 学 版 ）网 址 ：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０５７６１２１）．
作者简介：杨建涛 （１９７８—），男，河南浚县人，博士生，主要从事大气污染物的治理技术与应用研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｔｔｅｒｒｙ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
本实验利用 ＮＴＰ＋ＡＣＦ两段式系统对 Ｈ２Ｓ进行降 解，并对低温等离子体和 ＡＣＦ的协同作用进行了研究．
１ 材料与方法
１．１ 实 验 部 分 两段 式 系 统 包 含 ＮＴＰ 反 应 器 和 ＡＣＦ 吸 附 反
应器．ＮＴＰ 反应 器 采 用 典 型 的 线 板 式，反 应 器 的 有 效容积是３６Ｌ （１２００ｍｍ×１２０ ｍｍ×２５０ ｍｍ），电 晕线采用０．５ｍｍ 镍－铬合金线，接地极是０．５ｍｍ 厚 的 铝 板 ，电 晕 线 与 接 地 极 板 的 间 距 是 ６０ ｍｍ，相 邻 电 晕线的间距是５０ｍｍ．试验采用新型 ＢＰＦＮ 形成网络 脉冲高压电源．电源的特性参见文献［１２－１４］，实 验 装 置流程见图１．在 本 实 验 中，脉 冲 频 率 采 用 １００ Ｈｚ， ＢＰＦＮ 网络的电容为 ２０ｎＦ（２．４μＨ）．ＡＣＦ 吸 附 反 应器 尺 寸 为 ６ ｍｍ ×１２０ ｍｍ×２５０ ｍｍ，填 充 有 １０．００ｇ ＡＣＦ，实验 采 用 的 ＡＣＦ 的 主 要 性 质 为：比 表面积 １ ３００ ｍ２／ｇ，平 均 孔 径 １．８ｎｍ，孔 容 积 ０．９ ｍＬ／ｇ，纤维直径１５μｍ．Ｈ２Ｓ气 体 由 硫 化 钠 溶 液 与 稀硫酸反应生成．Ｈ２Ｓ 的 浓 度 通 过 调 节 稀 硫 酸 的 滴 加速 度 来 控 制．实 验 的 总 的 气 体 流 量 为 １１．８ ｍ３／ｈ （相当于 ＮＴＰ 反应器的停留时间１１ｓ）． １．２ 分 析 方 法
图 １ ＮＴＰ＋ＡＣＦ 实 验 流 程 图 Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔｕｐ ｏｆ ＮＴＰ＋ＡＣＦ
０．２、０．２ 和 ２ ｍｇ／ｍ３．
２ 结果与讨论
２．１ Ｈ２Ｓ在单一 ＮＴＰ 反应器中的降解
由图２可见，在单一 ＮＴＰ 反应 器 中，对 Ｈ２Ｓ 的
去除率以及 Ｏ３ 和 ＳＯ２ 质量浓 度 的 生 成 随 着 充 电 电
硫化氢（Ｈ２Ｓ）是 大 气 中 主 要 恶 臭 气 体 之 一，其 具有强烈的刺激性味道［１］．低 浓 度 的 Ｈ２Ｓ 能 够 腐 蚀
设备［２］，高 浓 度 的 Ｈ２Ｓ 威 胁 人 们 的 生 命 健 康［３］，因 此，对 Ｈ２Ｓ 气 体 的 处 理 得 到 了 广 泛 的 研 究．对 高 浓
收 稿 日 期 ：２００９－０３－１０．