低温等离子体结合催化去除VOC_S的研究进展
低温等离子体技术在VOCs和恶臭异味治理领域的应用.doc
低温等离子体技术在VOCs和恶臭异味治理领域的应用双介质阻挡放电低温等离子体在VOCs及恶臭异味治理领域的应用摘要DDBD技术采用双介质阻挡放电（Double Dielectric Barrier Discharge，简称DDBD）形式产生等离子体，所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍，该技术是派力迪公司与复旦大学共同研发成功的。
自1994年由复旦大学开始研发，后来与派力迪合作研发，应用于工业恶臭、异味、有毒有害气体处理。
派力迪开创了DDBD技术大规模化工业应用的先河，该技术节能、环保，应用范围广，所有化工生产环节产生的恶臭异味几乎都可以处理，并对二恶英有良好的分解效果。
关键词VOCs处理；恶臭处理；DDBD低温等离子1.前言山东派力迪环保工程有限公司（简称派力迪公司）多年致力于双介质阻挡放电（DDBD）等离子体设备（简称DDBD设备）的研发及工程应用。
自1994年第一台等离子原理样机诞生以来，为了提高设备的运行稳定性、降低设备的制造成本、提高能量利用率、减少设备的运行费用、扩大设备的应用范围等，进行了无数次的改进，从2000年第一代工程应用产品到2014年的第五代产品，从套管式发展为排级式，目前DDBD设备单台处理能力达到了10万方/小时。
在DDBD设备工程应用方面，从2008年中石化齐鲁分公司腈纶厂废气治理工程开始，至今已经完成了120多个废气治理项目，涵盖了石油化工、农药行业、医药行业、皮革行业、造纸行业、食品行业等，治理的污染物质有酸类、醇类、醛类、硫化物、烯烃、烷烃、芳香烃、酚类、有机胺类、酮类、酯类、杂环类等挥发性有机物。
2.DDBD设备工作原理2.1 DDBD设备概念低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。
低温等离子体处理挥发性有机物的研究进展
第50卷第4期2021年4月应用化工Applied Chemical IndustryVol.50No.4Apr.2021低温等离子体处理挥发性有机物的研究进展夏诗杨蔦米俊锋I,杜胜男蔦邵长军2(1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001；2,沈阳科瑞尔科技有限公司，辽宁沈阳110000)摘要:针对治理大气中有害物质挥发性有机物(VOCs),阐述并归纳了吸附、冷凝、燃烧、光催化等现有处理技术中的工艺特点，介绍了目前典型技术中极具有研究前景及应用价值的低温等离子体净化技术的工艺原理及研究进展，综述了低温等离子体催化协同技术的催化剂分类及放置方式，重点突出催化协同对处理效果的优化作用，指出了今后低温等离子体催化协同处理挥发性有机物的可能发展方向。
关键词:低温等离子体;挥发性有机物;催化剂;催化;优化中图分类号:TQ630.9；TQ150.9文献标识码:A文章编号：1671-3206(2021)04-1130-06Research progress of non-thermal plasmatreatment of volatile organic compoundsXIA Shi-yang1,MI Jun-feng1,DU Sheng-nan9SHAO Chang-juri(1.College of Petroleum Engineering,Liaoning Petrochemical University,Fushun113001,China；2.Shenyang Keruier Technology Co.,Ltd.,Shenyang110000,China)Abstract:For the treatment of harmful substances volatile organic compounds(VOCs)in the atmosphere, the process characteristics of existing treatment technologies such as adsorption,condensation,combustion,photocatalysis,etc.are described and summarized, and the process principles and research progress of non-thermal plasma purification technology with great research prospects and application value in typical technologies are introduced.The classification and placement of catalysts for non-thermal plasma catalytic synergistic technology are reviewed,with emphasis on the optimization of catalytic synergy on the treatment effect,and the possible development direction of non-thermal plasma catalytic synergistic treatment of volatile organic compounds in the future is pointed out.Key words:non-thermal plasma；volatile organic compounds；catalyst；catalysis；optimization随着我国城市化和工业的不断发展，大气环境中作为pm2.5,pm10的前体主要成分VOCs(挥发性有机物)污染物的大量排放引起人们越来越多的关起光化学烟雾和雾霾等现象,对人体健康和自然环境都产生严重的危害3],针对VOCs的处理技术上包括物理方法和化学控制两种处理方式，各种处理注。
低温等离子体技术净化室内VOCs的研究进展
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｎ ｎｔｅｍ ｌ ｍａ ｖｌ ｌ ｏｇｎｃ ｏ ｐ ｕｄ Ｖ Ｃ ） ｒｓａ ｈｐｏ ｅｓ ｏ． ｒ ａ ｐａ ； ｏ ｔｅ ｒａｉ ｃｍ ｏｎ ｓ（ Ｏ ｓ ； ｅｅｒ ｒｇ ｓ ｈ ｌ ｓ ａ ｉ ｃ ｒ
近 年来 ，室 内环 境污染 对人 体健康 的影 响越来 越 受到人 们 的关 注 。室 内许 多污染 源 都能释 放挥发 性 有机 化合 物 （ Ｏ ｓ 、Ｎ Ｏ 等对人 体健 康产 Ｖ Ｃ） Ｏ ，
第３ Ｏ卷第 ３期
２ １ 年 ６月 ０１ ３ Ｎｏ ３
ＳＩ ＣＨＵＡＮ ＥＮＶＩ ＲＯＮＭＥ ＮＴ
Ｊ ｎ ０ ｕ ｅ２ １１
・
综
述 ・
低 温 等 离 子 体 技 术 净 化 室 内 Ｖ Ｃ 的 研 究 进 展 Ｏｓ
徐 建华 ，孙亚兵 ，冯景伟 ，李振 玉
（ ．南京大学环境学 院污染控制与资源化国家重点实验室 ，南京 １ （ ．合肥工业大学土木与水利工程学 院，合肥 ２ ２０ ４ ； １０ ６ ２ ００ ） ３０ ９
摘要 ：低温等 离子体技 术作 为一种新型 室内净化技 术 ， 能够有效降解 室 内挥 发性 有机化合物 （ Ｏ ｓ 。本 文首先 简要介 Ｖ Ｃ） 绍 了室 内Ｖ Ｃ Ｏ ｓ的主要 来源和对人体 的危 害，以及传 统治理技 术的不足 ，详 细分析 了低 温等 离子 体净化 Ｖ Ｃ 的优 势 Ｏｓ 和机理 ，并对低 温等 离子净化 Ｖ Ｃ 存在的问题以及研 究现状做 了引证 阐述 ，最后提 出了有待 解决的难题 。 Ｏｓ 关 键 词 ：低温等离子体 ；挥发性有机化合物 ；研究进展
低温等离子催化降解 VOCs 研究进展
低温等离子催化降解VOCs研究进展福建龙净环保股份有限公司 叶凯摘要：低温等离子催化技术能够实现VOCs的高效降解，在大风量、低浓度VOCs治理领域具有广阔的应用前景。
文章从催化剂布置、放电反应器形式、催化剂活性组分及载体、VOCs特征污染物等方面概述了近年来国内外低温等离子协同催化去除VOCs的实验研究进展，并对该技术的发展方向进行了展望。
关键词：低温等离子体；催化剂；挥发性有机物（VOCs）；催化中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）43-0190-0002近年来，工业领域VOCs减排成为我国亟待解决的大气环保问题，各地高度重视并提出了愈趋严格的排放标准和要求，促进了VOCs治理技术的发展。
常见的VOCs废气治理技术包括吸附法、蓄热式燃烧法、低温等离子体法、光催化分解法等，其中低温等离子技术是近年来新兴的低浓度VOCs废气处理方法，在常温常压条件下可产生大量高能电子、·OH和·O、O3等具有强氧化性的活性粒子，使VOCs分子解离，然后引发一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子（VOCs）污染物转变为无毒或低毒性的小分子，该技术因具有运行管理方便、操作条件温和、工艺流程简单等诸多优点获得了广泛研究[1]。
但是单独低温等离子技术存在降解率较低、中间产物沉积及能耗较高等问题，为进一步解决上述问题，低温等离子与催化技术的协同作用成为近年来的研究热点。
本文从催化剂布置、放电反应器形式、催化剂活性组分及载体、VOCs特征污染物等方面概述了近年来国内外低温等离子协同催化去除VOCs 实验研究进展，并对该技术的发展进行了展望。
一、催化剂布置方式研究进展根据催化剂与等离子放电区的相对位置，低温等离子协同催化反应系统主要包括将催化剂布置于等离子反应区内的一段式等离子协同催化（In-plama catalysis，IPC），以及将催化剂布置于等离子反应区下游的二段式等离子协同催化系统（Post plasma catalysis，PPC）。
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展在现代工业生产与生活中，废气排放问题逐渐引起人们的关注。
废气中含有大量的有害气体和颗粒物，严重污染了环境，危害了人类健康。
因此，研究废气处理技术变得尤为重要。
近年来，低温等离子体协同催化技术作为一种新兴的废气处理技术备受关注，其在废气净化中展现出了良好的效果。
1. 低温等离子体技术简介低温等离子体是一种热带电离气体，在较低的温度下就可以形成。
利用电场、射频场或微波等原理激发气体，使之成为电离态，形成等离子体。
低温等离子体具有高活性、高能量的特点，可在常温下进行废气净化。
2. 催化剂在废气净化中的作用催化剂在废气净化中能够提高反应速率，降低反应温度，增加反应选择性。
通过选择合适的催化剂，可以实现高效的废气净化效果。
在低温等离子体协同催化技术中，催化剂的选择和设计尤为关键。
3. 低温等离子体协同催化技术原理低温等离子体与催化剂相结合，可产生协同效应。
低温等离子体能够激活废气中的有机物和气态污染物，提高其活性，使其更容易与催化剂发生反应。
催化剂则能够提高反应速率和选择性，促进有害气体转化为无害产物。
4. 低温等离子体协同催化净化废气的应用目前，低温等离子体协同催化技术已广泛应用于VOCs（挥发性有机物）的处理、NOx（氮氧化物）的还原、氮氧化物的选择性催化还原等领域。
在实际工程应用中，该技术具有较好的稳定性和效果，并已在一些工业废气处理装置中得到了应用。
5. 未来展望随着环境保护要求的提高，低温等离子体协同催化技术将得到更广泛的应用。
未来的研究重点将集中在提高催化剂的选择性和稳定性、优化反应条件以及降低技术成本等方面，以实现对废气净化效率的进一步提升。
综上所述，低温等离子体协同催化技术作为一种高效的废气处理技术，具有很好的应用前景。
随着技术的不断进步和完善，相信在未来能够更好地服务于环境保护和人类健康的需要。
低温等离子体催化降解有机废气的应用前景研究
低温等离子体催化降解有机废气的应用前景研究- 废气处理【摘要】低温等离子体催化技术被认为是有机废气治理的高新技术之一。
本文主要介绍了低温等离子体催化技术的理论基础和研究现状。
低温等离子体催化技术具有操作简便、不产生副产物、处理效率高等优点，尤其适用于低浓度大风量的有机废气治理，具有广阔的应用前景。
背景有机废气主要指挥发性有机化合物，挥发性有机化合物(volatile organic compounds,简称vocs)是指室温下饱和蒸汽压大于70.91pa，在空气中沸点在260℃以下的有机物。
有机废气主要来源于石油化工、印刷、涂料和其他一些工艺。
传统的vocs治理方法主要有吸附法、液体吸收法、冷凝法、吸附－催化燃烧法、光催化法和生物降解法等，但是这些传统的治理工艺在处理低浓度大风量的有机废气存在一些缺点和不足。
近年来兴起的低温等离子体催化技术由于具有操作简便、投资少、处理效率高等优点，被广泛应用于低浓度大风量的有机废气治理。
1.低温等离子体的定义等离子体就是处于电离状态的气体，其英文名称为plasma。
等离子体是被称作除固态、液态和气态之外的第四种物质存在形态。
它是由大量带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、激发态分子及光子）所组成的体系，因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体根据等离子体的粒子温度，可以把等离子体分为两大类，即热平衡等离子体和非平衡等离子体。
当电子温度te＝离子温度ti时，称为热平衡等离子体，简称为热等离子体。
这类等离子体不仅电子温度高，其他粒子温度也高。
当te>>ti时，称为非平衡态的等离子体。
其电子温度可高达104k以上，而离子和原子之类等其他粒子温度却可低至300～500k，因此也叫做低温等离子体。
2.低温等离子体催化技术去除有机废气的机理有研究指出[1]：对于有机物在低温等离子体中的氧化降解机理，反应主要有以下几个过程：（1）是低温等离子体中的高能电子与气体分子、原子发生非弹性碰撞，将能量转换成基态分子、原子的内能，发生激发、离解和电离等一系列过程，使气体处于活化状态；（2）在碰撞过程中产生了大量的o、oh、ho2等自由基和活性粒子及氧化性极强的o3，这些活性物种很容易与处于活化状态的气体发生化学反应。
低温等离子体处理VOCs技术或快速发展
仅 影 响 人体 健 康 ， 对 自然 环 境 也 会 产 生 巨 大 的 破
坏 作 用
如何有效治理低浓度（ 体积分数 为 １ ． ０ ｘ １ ０ － ４ ￣
１ ． ０ ｘ １ ０ 、大 流量 的 Ｖ ＯＣ ｓ 已成 为现 阶 段技 术 研 究 的热 点 。 传 统 的处 理 方 法 包括 吸 附 法 、 冷凝法 、 膜 分离法 、 吸收法 、 催化 燃烧法 、 光 催化法 、 生 物 法等 。 近 些 年 发 展 起 来 的低 温 等 离子 体 法 由于 具
便、 能耗低 、 运 行 环 境 要 求 低 和 使 用 寿 命 长 等 特
点 。由于 工 业 废气 种类 繁 多 、 成 分复 杂 ． 能 够 同时
处 理 多 种 污 染 物 的 低 温 等 离 子 体 小 型 实 用 处 理
体 降 解 低 浓 度 的 丙 烯 腈 和 氰 化 氢 进 行 化 学 动 力
产 业 观 察
低 温等离子体处理 ＶＯ Ｃ ｓ 技术或快速发展
］张 强 李 智 勇
挥 发性有机污 染物 （ Ｖ ＯＣｓ ） 被 视 为 继 粉 尘 之 后 的 第二 类 量 大 面 广 的大 气 污 染 物 。由于 其 所 含 组 分复杂 ， 表 现 出 来 的 化 学 性 质 也 多 种 多 样 。 不
浓 度 范 围在 １ ． ０ ９ ％￣ ４ ． ３ ６ ％之 间 时 ， ０： 的初 始 浓 度 对 丙 烯 腈降 解 的影 响 效 果 小 于 ０ ． ０ １ ％。而 水 蒸 气
的 初 始 浓 度 对 丙 烯 腈 和 氰 化 氢 降 解 的 影 响 效 果
均小于 Ｏ ． ０ １ ％，即 丙 烯 腈 和 氰 化 氢 的降 解 几乎 不
低温等离子体催化协同降解混合VOCs(甲苯、丙酮及乙酸乙酯)的研究
低温等离子体催化协同降解混合VOCs （甲苯、丙酮及乙酸乙酯）的研究低温等离子体催化协同降解混合VOCs（甲苯、丙酮及乙酸乙酯）的研究摘要：本研究采用低温等离子体催化技术对混合VOCs（甲苯、丙酮及乙酸乙酯）进行降解处理。
实验结果表明：在催化剂氧化还原剂Fe-Cu/H2O2的助催化下，低温等离子体发生器产生的OH自由基能够高效降解混合VOCs，其中以甲苯的降解效率最高，且在温度为50℃、催化剂Fe-Cu/H2O2质量比为1:1、催化剂用量为1.2g/L、空气流速为300mL/min的条件下，甲苯的消除率为87.5%；丙酮的消除率为79.9%，乙酸乙酯消除率为66.6%。
同时，通过GC-MS对降解产物进行分析，发现在催化反应过程中，甲苯分解为苯、苯酚、苯甲醇等物质，丙酮分解为丙醛、乙酸、乙醇等物质，乙酸乙酯分解为乙醇、乙醛、乙烯等物质。
研究结果表明，低温等离子体催化技术是一种有效的环保降解VOCs的方法。
关键词：低温等离子体；VOCs；甲苯；丙酮；乙酸乙酯；催化降解；Fe-Cu/H2O2Abstract:In this study, low-temperature plasma-catalytic technology was used to degrade mixed volatile organic compounds (VOCs) including toluene, acetone, and ethyl acetate. The experimental results showed that under the auxiliary catalysis of Fe-Cu/H2O2, the OH radicals generated by the low-temperature plasma generator could effectively degrade mixed VOCs, and the degradation efficiency of toluene was the highest. Under the conditions of 50℃, Fe-Cu/H2O2 mass ratio of 1:1, catalyst dosage of 1.2g/L, and air flow rate of 300mL/min, the elimination rate of toluene was 87.5%; the elimination rate of acetone was 79.9% and the elimination rate of ethyl acetate was 66.6%. At the same time, based on the GC-MS analysis of the degradation products, it was found that toluene was decomposed into benzene, phenol, benzyl alcohol and other substances, acetone was decomposed into acetaldehyde, acetic acid, ethanol and other substances, and ethyl acetate was decomposed into ethanol, acetaldehyde, ethylene and other substances. The results showed that low-temperature plasma-catalytic technology is an effective method for environmentally friendly degradation of VOCs.Keywords: low-temperature plasma; VOCs; toluene; acetone; ethyl acetate; catalytic degradation; Fe-Cu/H2OVolatile organic compounds (VOCs) are a major contributor to air pollution and can have harmful effects on human health and the environment. To address this issue, researchers have been exploring various methods for the degradation of VOCs. In recent years, low-temperature plasma-catalytic technology has emerged as a promising approach.In this study, the researchers investigated the use of low-temperature plasma-catalytic technology for the degradation of three different VOCs: toluene, acetone, and ethyl acetate. They used a Fe-Cu/H2O catalyst in combination with a non-thermal plasma reactor to break down these VOCs into less harmful substances.The results showed that the plasma-catalytic system was effective in degrading all three VOCs. Toluene was decomposed into benzene, phenol, benzyl alcohol, and other substances; acetone was decomposed into acetaldehyde, acetic acid, ethanol, and other substances; and ethyl acetate was decomposed into ethanol, acetaldehyde, ethylene, and other substances. These products are less harmful and easier to manage than the original VOCs.Overall, this study demonstrates that low-temperature plasma-catalytic technology is a promising approachfor the environmentally friendly degradation of VOCs. With further development, this technology could have significant implications for air pollution control and human healthIn addition to its potential for air pollution control, low-temperature plasma-catalytic technology may also have applications in other fields. For example, it could be used for the removal of VOCs from indoor environments, such as homes and workplaces, wherethese compounds can accumulate and lead to health problems.Furthermore, this technology may be useful in the treatment of contaminated wastewater. Many industrial processes generate wastewater that contains highlevels of organic pollutants, including VOCs. Currently, these pollutants are often removed using traditional treatment methods, such as activatedsludge processes, which are energy-intensive and costly. Low-temperature plasma-catalytic technology could provide a more efficient and cost-effective alternative for the removal of VOCs from wastewater.Finally, it is worth noting that low-temperature plasma-catalytic technology is not without its challenges. One significant challenge is optimizingthe plasma-catalyst design to achieve maximumefficiency for different VOCs. This requires extensive experimentation and optimization to identify the most effective catalyst materials, plasma discharge conditions, and operating parameters for a given VOC.Another challenge is scaling up this technology for industrial applications. While laboratory-scale tests have shown promising results, scaling up thetechnology requires significant capital investment and engineering expertise to ensure reliable and efficient operation on a large scale.In summary, low-temperature plasma-catalytictechnology has shown promise as a novel approach for the environmentally friendly degradation of VOCs. This technology offers several advantages over traditional methods, including lower energy consumption, higher efficiency, and less harmful byproducts. With further development and optimization, this technology could have a significant impact on air pollution control, human health, and water treatmentOne potential application for low-temperature plasma-catalytic technology is in the treatment of wastewater. Traditional wastewater treatment methods, such as activated sludge and biological treatment, can be slowand may not effectively remove certain pollutants. Low-temperature plasma-catalytic technology couldoffer a more efficient and effective method for wastewater treatment.Research has shown that low-temperature plasma-catalytic technology can effectively degrade organic pollutants in water, including dyes and pharmaceuticals. The process works by generating plasma in a gas-liquid interface, which creates reactive species that can break down pollutants. The use of a catalyst can enhance the efficiency of the process and allow for the degradation of more complex pollutants.One study tested the use of low-temperature plasma-catalytic technology for the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole in water. The researchers found that the process was able to degrade over 85% of the sulfamethoxazole in just 10 minutes, with no toxic byproducts formed. This demonstrates the potential of this technology for the treatment of pharmaceutical-contaminated wastewater.In addition to its effectiveness, low-temperature plasma-catalytic technology has several other advantages for wastewater treatment. The process canbe easily integrated into existing treatment systems, and it does not require the use of chemicals or produce any harmful byproducts. It also has the potential to be more energy-efficient than traditional treatment methods.Overall, low-temperature plasma-catalytic technology has the potential to revolutionize wastewater treatment and improve the quality of water resources. Further research and development are needed to optimize the technology for specific applications and address any potential drawbacks, but it is clear that this technology offers a promising solution for the challenges of wastewater treatmentLow-temperature plasma-catalytic technology is a promising solution for the challenges of wastewater treatment. It offers advantages such as improved efficiency, reduced costs, and higher quality treated waters. Although further research and development are needed, this technology has the potential to revolutionize wastewater treatment and improve the quality of water resources in the future。
低温等离子体结合催化去除VOCs的研究进展
并且随后在研究 中发现低 温等离子结合催 化技 术 比传统 的单
一
热 催 化 和 单 一 等 离 子 体 去 除 率 更 高 ［ ：低 温 等 离 子 体 ４ １
效 的去除 Ｖ ｓ ＯＣ 对环境保护和人体健康 都具有重要意义 。 传统 的处理 Ｖ ｓ ＯＣ 的方法 有燃烧法、 吸附法 、 生物法及膜分离法 等， 但都 不同程 度的存在着能耗 高 、 去除效果不理想及 产生二次
温等离子体结合催化技术 ， 能进一步的提高去除率、降低能耗 、减少二次污染 ，为有效 去除 Ｖ Ｃ 指引了一个新 的发 Ｏｓ 展方向。 文章综合概述了国内外近几年对此技术的作用机理 、 影响去除率的因素及尝试去除 Ｖ Ｃ 有机物 的研究进展 ， Ｏ ｓ
最后对此技术进行 了展望 。
［ 关键词】 低温等离子体 ；催化 ；ＶＯ ｓ Ｃ 【 中图分类号］ ４ ． ０６ ３ ３ ［ 文献标 识码】 Ａ 【 文章编号］０ ７ １６ （０ ８１—０ ９０ １０ —８ ５２ ０ ）１０ ９ —４
污 染 的 问题 。 等 离子 体技 术 从 上 世纪 ８ 年 代 就开 始 应 用于 环 境 治理 ｊ Ｏ 。，
（ ｎＴ ｅｍａ Ｐａｍａ ＮＴ ） Ｎｏ —ｈ ｒ ｌ ｌｓ ， Ｐ化学活性高 ， 反应速度快ｐ， Ｊ 对高、 低浓度的有机物 均有很好 的去 除效果 。ＮＴ 中加入催化剂 ， Ｐ 可进一 步降低能耗 ，同时不仅 大大减少 了单纯应用 ＮＴ Ｐ技术 造成的二次污染 问题 ， 还克服了单一采 用催化法的去除效率不 高、污 染物 浓度受 限制的缺点 ，提 高了 Ｃ 的选择 性，使二 Ｏｚ
２０ ０ ８年 第 １ 期 ｌ
广
东
化 工
９ ９
第 ３ 卷 总第 １７期 ５ ８
[低温,等离子体,协同]低温等离子体协同催化净化废气的研究进展
![[低温,等离子体,协同]低温等离子体协同催化净化废气的研究进展](https://img.taocdn.com/s3/m/c7ac62892b160b4e777fcfbd.png)
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展摘要:低温等离子体-催化协同净化技术是一项全新的处理技术,具有能耗低,处理效率高等优点,在处理 VOCs、氮氧化物、机动车尾气方面都有着广阔的发展前景,但实际应用还很不成熟,需要加大力量进行更加深入的理论和实践研究,低温等离子体协同催化净化技术将在废气治理领域发挥重要的作用。
关键词:低温等离子体;协同作用;大气污染控制目前,各种有毒有害气体的排放已造成严重的环境污染。
低浓度有害气态污染物(如SO2、N Ox、VOCs、H2S 等)广泛地产生于能源转化、交通运输、工业生产等过程中。
国际条例加强了对这些有害废气的限制。
传统的治理方法如液体吸收法、活性炭吸附法、焚烧和催化氧化等已很难达到国际排放标准[1]。
近年来兴起的低温等离子体催化(nonthermal plasma catalysis)技术解决了传统的净化方法所不能解决的问题。
用该项技术处理有机废气具有以下优点:①能耗低,可在室温下与催化剂反应,无需加热,极大地节约了能源;②使用便利,设计时可以根据风量变化以及现场条件进行调节;③不产生副产物,催化剂可选择性地降解等离子体反应中所产生的副产物;④不产生放射物;⑤尤其适于处理有气味及低浓度大风量的气体。
但以下两方面还有待改进:①对水蒸气比较敏感,当水蒸气含量高于5 %时,处理效率及效果将受到影响;②初始设备投资较高。
该项技术在环境污染物处理方面引起了人们的极大关注,被认为是环境污染物处理领域中很有发展前途的高新技术之一。
本文将探讨其与污染气体的作用过程及两者协同作用机理,并概述这一技术在废气治理方面的进展。
1 低温等离子体技术原理与协同作用机理1.1 低温等离子体技术原理等离子体是含有大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成的物质的第四种形态。
其总正负电荷数相等宏观上呈电中性,但具有导电和受电磁影响的性质,表现出很高的化学活性。
根据体系能量状态、温度和离子密度,等离子体通常可分为高温等离子体和低温等离子体(包括热等离子体和冷等离子体)。
低温等离子体处理VOCs技术研究进展
机化合物ｒ １ ］ 。ＶＯ Ｃ ｓ 排放 的主要来源 ： 固定源排放 包括石油化工、 橡胶 、 油漆 、 塑料的行业尾气排放 ， 移
动 源 排 放 包 括 汽车 、 船舶 等尾 气 排 放 。ＶＯ Ｃｓ的种 类 繁多 ， 按其 化 学 结 构 可分 为 ： 烷类 、 芳烃类、 酯类 、
醛类和其他等。当前 已有 ３ ０ ０ 多种 ＶＯ Ｃ ｓ 可被鉴
定 。最 常见 的有 甲苯 、 乙苯 、 苯、 二 甲苯 、 对一 二 氯苯 、 苯 乙烯 、 甲醛 、 丙酮、 氯苯、 三氯 甲烷 等 。由于 ＶＯＣ ｓ 种类 和成 分都 比较 复杂 ， 工 业 排 放 源 涉 及 的行业 又 比较 多 ， 分布广 范 而分 散 ， 造 成无 组织 排放 现象 比较 严重 ， 要 想 准 确 监 测 ＶＯＣｓ的 工 业 排 放 源 非 常 困
ＶＯＣ ｓ的环境 中 ，可对 人 体 的健 康 造 成危 害 ， 如： 神 经 系统 、 呼吸 系统 以及 视 觉 、 肾脏 等 ， 甚 至 还 有部 分 ＶＯＣ ｓ 会严 重影 响人 体 的免疫 力 ， 具有 致 癌 、 致 畸变 的 危 害［ ２ ］ 。通 常将 ＶＯＣ ｓ 控 制 技 术 分 为 回收 技 术 和销毁 技术 。回收技 术 主要 有 吸附法 、 冷凝 法 、 膜分
温非平衡等离子体产生方法 。一般常见 的 Ｄ Ｂ Ｄ结
构有 三种 基 本类 型 ： ①立体 Ｄ Ｂ Ｄ、 ②沿 面 ＤＢ Ｄ、 ③ 共
板Ｄ Ｂ Ｄ。一般 电晕放电又可以分为直流电晕放 电、
交 流 电晕放 电和脉 冲 电晕放 电 。直流 电晕 放 电是 在 直 流高 压作 用 下 ， 利 用 电极 间 电场 分 布 不 均匀 性 而 产 生 电晕 的一 种放 电形式 。
VOC废气治理工程中的低温等离子体技术优化研究
低温等离子体技术原理与优势
原理
低温等离子体技术利用高能电子与废 气中的voc分子发生碰撞，使其电离 、激发或化学键断裂，从而转化为无 害物质。
优势
低温等离子体技术具有处理效率高、 能耗低、无二次污染等优点，且操作 简单，适用于各种类型的voc废气处理 。
03
低温等离子体技术优化研究
反应器结构设计优化
随着放电功率的增加，VOCs的去除效率逐渐提高；随着反应气流量和反应温度 的增加，VOCs的去除效率呈现先升高后降低的趋势。
结果分析与讨论
通过对比实验结果，发现低温等离子 体技术对VOCs的去除效率较高，具 有较好的应用前景。
反应气流量和反应温度对VOCs去除 效率的影响较小，但适当的增加反应 气流量和反应温度可以提高VOCs的 去除效率。
实验结果表明，放电功率是影响 VOCs去除效率的主要因素，增加放 电功率可以有效提高VOCs的去除效 率。
实验过程中发现，低温等离子体技术 对不同种类的VOCs去除效率存在差 异，可能与VOCs的化学性质和分子 结构有关。
05
技术应用与展望
技术应用场景与案例
应用场景
voc废气治理、工业尾气处理、汽车尾气净化等。
低温等离子体技术应用
技术优化必要性
为了提高低温等离子体技术的处理效 果和降低运行成本，对其进行优化研 究具有重要的实际意义。
低温等离子体技术在废气治理领域具 有处理效率高、适用范围广等优势， 是当前研究的热点。
研究目的与问题
研究目的
本研究旨在探究不同因素对低温等离 子体技术处理VOCs废气效果的影响 ，并优化相关参数，提高处理效率。
详细描述
通过对电源参数进行优化，可以提高等离子体的产生效率和 使用效果，进而提高废气治理的效率。具体措施包括调整电 源的频率、电压、电流等参数，以及采用脉冲电源等方式。
VOC废气治理工程中低频等离子体放电催化技术的可行性研究
引言VOC废气治理现状及问题低频等离子体放电催化技术原理及优势技术可行性分析工程应用案例与效果评估结论与建议
01
引言
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低频等离子体放电催化技术作为一种新型的废气治理技术，具有高效、环保、低能耗等优点，受到广泛关注。
技术经济分析表明，低频等离子体放电催化技术具有较高的性价比，投资回报率高。
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工程应用案例与效果评估
某化工厂VOC废气治理项目
案例一
某印刷厂有机废气治理项目
案例二
某家具制造企业VOCs治理工程
案例三
对比实验法、数据统计分析法
评估方法
处理效率、污染物去除率、设备运行稳定性、能耗与成本等
评估指标
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拓展该技术在其他领域的应用，如恶臭气体治理、室内空气净化等，拓宽其应用范围。
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深入研究低频等离子体放电催化的反应机理，提高VOCs的降解效率和净化效果。
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探索与其他废气治理技术的联合应用，实现优势互补，提高治理效果。
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产生大量高能电子
通过低频电场作用，气体中的中性分子或原子吸收能量，被激发为自由态的原子或分子，同时产生大量高能电子。
分解有害物质
活性基团与VOC废气中的有害物质发生化学反应，将其分解为无害或低害物质，如二氧化碳和水蒸气等。
与吸附法比较
低频等离子体放电催化技术处理效率高，适用于处理大流量VOC废气。
VOC废气对环境和人体健康造成严重危害，治理VOC废气已成为环境保护领域的重点任务。
低温等离子体技术治理大气污染的研究与应用
低温等离子体技术治理大气污染的研究与应用随着工业化进程的不断发展，大气污染问题越来越突出，已经成为影响人们身体健康的严重问题。
因此，寻找一种有效的污染治理技术变得尤为重要。
近年来，低温等离子体技术因其治理空气污染的高效、环保、节能等特点而备受关注。
一、低温等离子体技术的原理和特点低温等离子体技术是指在大气压下，通过外加电场、磁场或高频电磁波等手段，使气体中的原子、分子等自由基和离子产生化学反应，从而达到治理大气污染的目的。
与传统的化学反应不同，低温等离子体反应具有反应速度快、反应温度低、反应容易控制等优势。
二、低温等离子体技术在治理大气污染中的应用研究1. VOCs治理VOCs是指挥发性有机物，是造成大气污染的主要原因之一。
利用低温等离子体技术对VOCs进行治理已经成为越来越多研究的热点。
通过改变电极形状、材料、电压、频率等参数进行优化，可以在较低的能量消耗下有效治理VOCs，同时也不存在二次污染的问题。
2. NOx治理NOx是指氮氧化物，也是造成大气污染的主要因素之一。
利用低温等离子体技术对NOx进行治理也是一种有效的方式。
研究表明，在合适的电容值和电压下，利用低温等离子体技术可以将NO转化为N2和O2，从而减少氮氧化物对环境的影响。
3. PM2.5治理PM2.5是指直径小于等于2.5微米的大气颗粒物，对人体健康有很大的危害。
利用低温等离子体技术可以有效去除PM2.5。
这种技术通过利用电极产生的等离子体产生的电子和离子，使PM2.5分解为小分子，从而实现去除的目的。
三、低温等离子体技术的发展前景低温等离子体技术在大气污染治理中的应用研究取得了一定的成果，但仍面临一些问题。
比如，低温等离子体技术的设备大多较为复杂，设备成本较高等问题。
未来，在技术方面，可以进一步优化设备结构、改进电极材料、优化反应条件等方面进行探索；在政策方面，可以推出相关鼓励政策，加大技术研发和推广的力度。
总之，低温等离子体技术作为一种高效、绿色、节能的治理大气污染手段，在未来的发展中具有广阔的应用前景，需要更多专家学者的积极研究和探索。
基于低温等离子体技术的VOCs降解研究
基于低温等离子体技术的VOCs降解研究随着人们对环境保护的重视，挥发性有机化合物（VOCs）作为环境污染的重要因素，受到越来越多的关注。
低温等离子体技术是一种高效降解VOCs的治理新技术，其特点是无需添加任何化学试剂，能在室温下快速降解VOCs，同时还具有低成本、节能、易操作等优点，成为目前处理VOCs污染的重要手段。
一、VOCs污染现状VOCs主要来源于化工工业、机械加工、汽车尾气等工业生产活动，此外，室内装饰、毒烟、清洗剂、油漆等也都是VOCs的产生源。
随着工业化和城市化的发展，VOCs污染越来越严重。
VOCs对人体健康和环境造成的危害不容忽视，它们对人体呼吸系统、免疫系统和神经系统的损害非常大，并且对大气环境造成直接的危害，如光化学烟雾、臭氧等。
二、低温等离子体技术降解VOCs低温等离子体技术是一种将普通氧气和水蒸气通过电极产生高电压放电，生成等离子体，从而降解VOCs的技术。
等离子体极化分解VOCs后，其分子结构和化学性质发生了显著的改变，VOCs的质量能量和能级均降低，进而形成较为稳定的无毒化合物。
低温等离子体技术的处理过程中，氧化反应的产物只是水和二氧化碳，不会产生二次污染。
相比传统的VOCs处理方法，低温等离子体技术具有多项优势，如：1. 高效降解：在室温下各种VOCs进行等离子体氧化分解，降解效果明显，除去率达到95%以上；2. 无需其他化学试剂：低温等离子体技术只需使用净化空气或氧气等常规气体即可，不需其他化学试剂，无二次污染；3. 低成本：相比传统的VOCs治理技术，低温等离子体技术的操作成本更低，维护成本更低，降解效果更稳定。
三、低温等离子体技术降解VOCs的影响因素低温等离子体技术降解VOCs的效果受到多种因素的影响，包括等离子体的电极配置、空气温度、相对湿度、VOCs浓度和反应时间等因素。
1. 电极配置：电极结构参数是等离子体反应过程中最影响成效的因素。
通常采用螺旋型电极或和板式电极，螺旋型电极的反应效果较好。
低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究进展
存在着处理效果不明显 、 运行费用高 、 吸附（ 吸收 ） 剂
再生 困难 、 二 次污 染等 缺 陷【 ５ ． ８ ］ 。近年 来 ， 国 内外研 究 了新 兴 的低 温等离 子体 技术 ， 因其具 有设 备 投资 少 、 工艺 简 单 、能耗低 、处 理效 果好 及 二次 污 染少 等优
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离子体技术处理挥发性有机废气的研究进展 体
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技 术
处
理
郑 水生 Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｉ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ （ 广东核 力工 程勘 察 院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ８ ０ ０ ）
（ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ８ ０ ０ ）
温等 离子体 技术 在 Ｖ ＯＣ ｓ 治理 中 的应 用 和进展 。
我 国相继颁发了《 大气污染物综合排放标准》 、 《 恶臭 污染物排放标准》 和《 室 内空气质量标准》 ， 因此 ， 开 发适用的 Ｖ Ｏ Ｃ ｓ 治理技术 已刻不容缓 。 在我 国 ２ ０ １ ０
219444004_低温等离子体降解VOCs_分子动力学模拟的研究进展
基金项目：山东省自然科学基金面上项目（ＺＲ２０２０ＭＡ１０４）；山东省高等教育本科教学改革研究项目（Ｚ２０２２２１５）。
第一作者：司佩壮，中国石油大学（华东）环境工程专业２０２１级在读硕士，研究方向：低温等离子体降解甲苯的分子动力学模拟。
通信地址：山东省青岛市黄岛区长江路街道长江西路６６号中国石油大学（华东），２６６５８０。
Ｅ ｍａｉｌ：１９７０２０６５６３＠ｑｑ．ｃｏｍ。
通讯作者：韩丰磊，中国石油大学（华东）副教授，硕士生导师，博士，研究方向为大气污染治理技术。
通信地址：山东省青岛市黄岛区长江路街道长江西路６６号中国石油大学（华东），２６６５８０。
Ｅ ｍａｉｌ：ｈａｎｆｌ＠ｕｐｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。
低温等离子体降解ＶＯＣｓ分子动力学模拟的研究进展司佩壮１ 杨景兰１ 张宇鹏１ 郭长景２ 韦韧２ 韩丰磊１（１．中国石油大学（华东）化学化工学院；２．中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司）摘 要 低温等离子体（Ｎｏｎ ｔｈｅｒｍａｌＰｌａｓｍａ，ＮＴＰ）技术处理挥发性有机污染物具有结构简单、反应条件温和、处理费用少等优点，但是单纯的实验研究对反应机理、活性物质难以进行细节研究。
随着计算机技术的发展，分子模拟已经成为一种高效、快速的研究手段，尤其是在直接测量成本高昂或难以实施的情况下，可以对实验研究进行不可或缺的补充。
文章基于大量文献对分子模拟方法和模型进行了调查研究，综述了近三十年来分子模拟在ＮＴＰ降解气体污染物中的研究进展，对反应机理和反应模型按时间顺序进行梳理，并希望模拟技术朝着多污染物、多维度、多技术结合的方向发展。
关键词 低温等离子体；分子模拟；挥发性有机化合物ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５ ３１５８．２０２３．０３．００２ 文章编号：１００５ ３１５８（２０２３）０３ ０００８ ０７犚犲狊犲犪狉犮犺犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犕狅犾犲犮狌犾犪狉犇狔狀犪犿犻犮狊犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犞犗犆狊犇犲犵狉犪犱犪狋犻狅狀犫狔犖狅狀 狋犺犲狉犿犪犾犘犾犪狊犿犪ＳｉＰｅｉｚｈｕａｎｇ１ ＹａｎｇＪｉｎｇｌａｎ１ ＺｈａｎｇＹｕｐｅｎｇ１ ＧｕｏＣｈａｎｇｊｉｎｇ２ ＷｅｉＲｅｎ２ ＨａｎＦｅｎｇｌｅｉ１（１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犆犺犲犿犻狊狋狉狔犪狀犱犆犺犲犿犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿（犈犪狊狋犆犺犻狀犪）；２．犆犺犻狀犪犖犪狋犻狅狀犪犾犘犲狋狉狅犾犲狌犿犆狅狉狆狅狉犪狋犻狅狀犌狌犪狀犵犱狅狀犵犘犲狋狉狅犮犺犲犿犻犮犪犾犅狉犪狀犮犺）犃犅犛犜犚犃犆犜 Ｎｏｎ ＴｈｅｒｍａｌＰｌａｓｍａ（ＮＴＰ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｐｒｏｖｅｄｔｏｈａｖｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｉｌｄｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｌｏｗｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｏｓｔｓｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｃｏｎｄｕｃｔｄｅｔａｉｌｅｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｃｔｉｖｅｓｕｂｓｔａｎｃｅ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｄｂｅｃｏｍｅａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｒａｐｉｄｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｓａｎｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｔｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｃａｓｅｓｗｈｅｒｅｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｃｏｓｔｌｙｏｒｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｍｏｄｅｌｓｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＮＴＰｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｇａｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｖｅｒｔｈｅｐａｓｔ３０ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｅｒｅｓｏｒｔｅｄｏｕｔｉｎｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｃａｌｏｒｄｅｒ，ａｎｄｉｔｉｓｈｏｐｅｄｔｈａｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｌｌｄｅｖｅｌｏｐｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｍｕｌｔｉ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ａｎｄｍｕｌｔｉ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．犓犈犢犠犗犚犇犛 ｎｏｎ ｔｈｅｒｍａｌｐｌａｓｍａ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＶＯＣｓ０ 引 言等离子体一词于１９２８年由ＩｒｖｉｎｇＬａｎｇｍｕｉｒ提出［１］，它被认为是物质的第四种形态［２］，主要由气体放电产生，在放电区，电离的气体电子被电场激发。
不同低温等离子体反应器降解VOCs的研究进展
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅａｃｔｏｒꎬａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｉｒｅ ｂｏａｒｄｓ ｈａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ. Ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ
子被电离产生局部放电的现象. 电晕放电反应器是一种用于产生低温等离子体环境的设备ꎬ可用于去除
空气中的有害气体和颗粒物ꎬ改善空气质量ꎬ或在工业生产中对废气进行处理ꎬ实现污染物的降解和去
除. 常用的两种电晕放电反应器结构如图 ３ 所示 [１４] . 一些新兴的技术ꎬ例如烟气中有毒化合物( 如氮氧化
物、硫氧化物等) 的等离子体转化、工业过程中碳氢化合物的分解或生物衍生气体燃料中焦油类物质的分
ｂｙ￣ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ. Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｃａｔａｌｙｓｔ ｗｈｅｎ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ＶＯＣｓ. Ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ
ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ.
收稿日期:２０２３－０９－０５.
基金项目:国家自然科学基金项目(５１８７８３５６) 、江苏省高等学校基础科学( 自然科学) 研究项目(２２ＫＪＢ６１００１８) .
低温等离子体协同催化剂降解VOCs的研究进展
低温等离子体协同催化剂降解VOCs的研究进展
赵梦梦;马信缘;赵大海;王甜甜;韩丰磊
【期刊名称】《化工安全与环境》
【年(卷),期】2024(37)7
【摘要】挥发性有机物(VOCs)会对自然环境和人类健康带来巨大危害,如何有效降解VOCs已成为目前环境保护研究中的重要领域。
低温等离子体催化技术被证明可以有效降解VOCs。
选取乙酸乙酯、甲苯、三氯乙烯等3种比较具有代表性的VOCs,介绍低温等离子体催化降解VOCs的机理和低温等离子体协同催化剂降解VOCs技术的研究进展。
【总页数】3页(P43-45)
【作者】赵梦梦;马信缘;赵大海;王甜甜;韩丰磊
【作者单位】中国石油大学(华东)化学化工学院;中石油煤层气有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】X70
【相关文献】
1.低温等离子体及协同催化降解VOCs研究进展
2.低温等离子体协同催化技术降解VOCs现状
3.低温等离子体协同催化降解VOCs的研究进展
4.低温等离子体协同催化剂降解甲醛气体研究进展
5.低温等离子体耦合催化剂降解VOCs的研究进展
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低温等离子体结合催化去除VOC S的研究进展姚伟卿(华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州 510006)[摘 要]等离子体技术因其工艺简单、处理流程短及适用范围广的优点被用于VOCs的去除，而近年来兴起的低温等离子体结合催化技术，能进一步的提高去除率、降低能耗、减少二次污染，为有效去除VOCs指引了一个新的发展方向[0]。
文章综合概述了国内外近几年对此技术的作用机理、影响去除率的因素及尝试去除VOCs有机物的研究进展，最后对此技术进行了展望。
[关键词]低温等离子体；催化；VOCs[中图分类号]O643.3 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2008)11-0099-04Research Development on Removal of VOC S by a Method ofNon-thermal Plasma Conbined CatalysisYao Weiqing(College of Environmental Science and Engineering, South China Universityof Technology, Guangzhou 510006, China)Abstract: The plasma technique is acceptable for the removal of VOCs with the advantage of simplicity, short process, and wide application. The method of non-thermal plasma conbined catalysis emerging in recent years can be used in enhancing the removal efficiency further, reducing energy consumption, and reducing the second pollution, directs oversee new of research direction on removal of VOCs. The latest research development of the mechanism, influencing factors and the removal of more VOCs native and abroad were systematically summarized in recent years in the paper. Finally, the development prospect of this method in the future was discussed.Keywords: non-thermal plasma；catalysis；VOCs挥发性有机污染物(V olatile Organic Compounds，VOCs)来源广泛且多数具有极强的毒性[1]，所以如何经济、安全、有效的去除VOCs对环境保护和人体健康都具有重要意义。
传统的处理VOCs的方法有燃烧法、吸附法、生物法及膜分离法等，但都不同程度的存在着能耗高﹑去除效果不理想及产生二次污染的问题。
等离子体技术从上世纪80年代就开始应用于环境治理[2-3]，并且随后在研究中发现低温等离子结合催化技术比传统的单一热催化和单一等离子体去除率更高[4]：低温等离子体(Non-Thermal Plasma，NTP)化学活性高，反应速度快[5]，对高、低浓度的有机物均有很好的去除效果。
NTP中加入催化剂，可进一步降低能耗，同时不仅大大减少了单纯应用NTP技术造成的二次污染问题，还克服了单一采用催化法的去除效率不高、污染物浓度受限制的缺点，提高了CO2的选择性，使二[收稿日期]2008-05-06[作者简介]姚伟卿(1982-)，女，河南新乡人，硕士研究生，主要研究方向为大气污染控制。
者优势互补，进一步提高了VOC S的去除率。
NTP结合催化技术的催化剂加入方式有两种：直接加催化剂到放电区域(In-Plasma Catalysis，ICP)的方式和加催化剂到放电区之后(Post Plasma Catalysis，PPC)的方式[6]。
目前研究较多的是ICP形式。
下文中涉及到的协同催化若无特殊说明，均指ICP式的NTP协同催化技术。
近年来，国内外针对该技术对VOCs的去除进行了一系列的实验研究。
国内很多高校和科研单位对该技术降解有机废气都进行过研究，研究内容主要是根据应用该技术对某污染物的作用效果来探讨各个条件因素对VOCs去除率的影响，并简单地预测及推断其协同作用过程。
国外NTP协同催化技术的研究则更广泛一些，包括协同机理的研究，如何合理控制影响因素提高去除率，以及尝试对更多的有机污染物进行有效去除。
文章主要从这几方面来概述近几年来国内外的研究成果。
1 协同作用机理研究目前国内外关于NTP协同催化的作用机理研究不是很多，研究者仅研究某一因素对反应的影响较多，而进行系统性研究的相对较少。
一般认为[6]，该技术是利用气体放电产生的具有高度反应活性的电子、分子、原子和自由基与各种有机污染物分子反应，使污染物分解成小分子化合物。
催化剂的加入在一定程度上会影响甚至改变等离子体的放电类型，改变加速电子的分布情况，从而对被激发物和短寿命的等离子体活性物种造成一定的影响，在放电阶段产生新的活性物种(比如原子氧，O2ˉ羟基自由基)，这些短寿命亚稳态的活性物种的小碎片基团或原子又重新组合成长寿命更稳定的活性物种(例如臭氧)。
这些高活性物种和电子到达位于放电区域下游的催化材料上后，通过改变催化材料的物理性质来影响VOCs在催化剂表面的吸附。
这样，VOCs在等离子场中的催化作用下迅速发生各种化学反应，将VOCs较彻底的分解。
同时，催化剂还可选择性地促进其副产物进一步反应,生成无污染的物质。
F·Holzer[7]首先证明了在等离子体协同催化作用过程中多孔催化剂的内部确实存在着活性物种。
Jim[6]认为，VOCs 的分解情况主要受吸附过程的影响，而不是放电特性。
在等离子体操作过程中气体温度的提高会对催化材料产生热能的刺激。
催化剂在光子照射下也能增强其活化作用。
Wallis等[8]通过实验证明，进行热催化的多种催化剂在与NTP共同作用时，大都表现出相似的协同性，这类催化剂包括铂基催化剂、质子沸石、经过改良的Y-沸石、去除铝酸盐的Y-沸石、NaX和NaY沸石、LaCoO3等[9]。
Seung-Min Oha等[10]通过在等离子体反应器中加入沸石催化剂的研究表明，苯的分解和产物的成分依赖于反应器结构和沸石吸附苯的能力。
首先，苯被吸附到沸石的微孔中，不能与等离子体颗粒直接碰撞进而发生分解反应，所以在等离子体反应器前端苯不能被完全分解，但由于在等离子体区域的末端产生的臭氧和原子氧增强了被吸附苯的氧化作用，所以苯在第一个反应器后端和等离子体区域之外的第二个反应器中可以得到更充分的分解。
沸石协同作用的特性取决于沸石的吸附苯的能力和等离子体的循环操作。
Vladimir Demidyuk等[11]经过实验发现，不同的催化剂在等离子体中有着不同作用机理：NTP可以减少Ag2O-Al2O3催化剂的活化能，而不会增加Ag2O表面的活性中心的数目；对于MnO2-Al2O3催化剂来说，NTP不会改变催化剂的活化能，但能使催化剂形成更多的活性中心从而提高去除效果。
2 影响VOCs去除率的因素影响NTP协同催化去除VOCs的因素很多，主要包括放电形式及反应器结构、催化剂组成、湿度、反应气氛、停留时间、能量密度、温度等。
通过研究发现，在控制好影响因素的条件下，苯的去除率和碳平衡甚至可达到100 %[6]。
近几年国内外在如何选择恰当的条件提高VOCs去除率的研究方面做了大量的工作，并取得了一定的进展。
聂勇等[12]在线板式反应器内进行了结构改进实验，考察了线板式反应器内的电晕线间距即在反应器内进入的折流板、阻挡介质陶瓷板和催化剂对甲苯去除率的影响。
结果表明，电晕线间距和电晕线与极板间距之比以0.8左右较好，反应器内加折流板，会提高甲苯的去除率；一般来说，负载锰催化剂的陶瓷板阻挡反应器的去除率及能量利用率最高，陶瓷板阻挡的次之，无阻挡的最低；峰值电压增大，反应器的峰值阻挡降低，其与脉冲电源的输出特定阻挡比值β趋近1，电源的能量效率相应增大，最大可达92 %。
周勇平等[13]分别考察了有机污染物浓度、温度、电压、湿度和停留时间等不同因素对去除率的影响。
实验结果表明,降低气体温度和一定的湿度能够提高脱除效率，电压增高也可以提高脱除效率，停留时间长使得脱除效率升高，但能量效率降低。
有机物的浓度增大，会使得脱除效率降低，但同时能提高能量的利用效率。
Kim等[14]注意到了在去除VOCs过程中催化剂材料金属负载的存在能进一步提高VOCs的去除率。
传统的单纯TiO2和Ag/TiO2在苯分解时作用不相同。
TiO2是苯开始分解的主要因素，但是苯在催化剂表面分解过程中，Ag同样起着重要的作用。
实验证明，银的负载量越高，矿化度就越好。
Wu等[15]发现，在TiO2中加入La能提高催化剂的多孔性、均一性和表面粗糙度，从而促进TiO2的吸附和对有机物的分解。
这些结果表明催化剂的物理化学特性在去除过程中起着重要作用。
陈韦丽[16]通过以介质阻挡放电的NTP结合催化去除甲苯，实验结果表明，几种不同活性组分的催化剂降解甲苯的催化活性顺序是Ag/Mn>Mn>Ag。
负载Ag的催化剂更有利于提高CO2相对选择性。
含5 % O2的N2中湿度为0.2 %时甲苯的低温等离子体降解效率最高；不管为何种背景气体，水汽的存在均可使得CO2的相对选择性提高。
NTP协同催化的能量效率随着污染物初始浓度的增加而增加[17]。
徐荣等[18]运用气体放电产生的NTP和紫外光TiO2光催化作用提供激发能源，选定合适的TiO2后置于放电器的接地极板上，实验表明，在气体放电作用下甲醛降解迅速，气体的初始质量浓度ρ0(CH2O)过低或过高都不利于甲醛的去除；催化剂对于甲醛有明显的促进作用，有TiO2薄膜时，甲醛的去除率的峰值由73 %提高到84 %；电场强度是降解效率的主要决定因素，降解效率随着电场强度的增加而上升。
李党生等[19]采用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge ，DBD)与催化剂(MnO2，TiO2)联用降解空气中低浓度的苯。
研究发现，苯的转化率随能量密度的增加而增加，当注入DBD反应器的能量密度为1200 J/L时，NTP协同催化剂MnO2氧化苯的转化率达到了92 %，苯的氧化产物为CO和CO2。