脉冲电晕法去除甲苯废气的研究

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脉冲 电晕法去 除 甲苯废气 的研究
胡 孙春宝 ， 平 ， 丁德玲
（ ．北京科 技 大 学土木与 环境 工程 学院 ， １ 北京 １ ０ ８ ； ．北 京化 工大 学材料 学 院 ， ００ ３ ２ 北京 １０ ２ ） ０ ０ ９
摘 要 ：对脉冲 电晕等离子体技术净化有 机污 染物 甲苯进 行 了实验 研究 ， 考察 脉 冲峰值 电压 、 冲频 率 、 脉 气体 流
向 。利 用 大 气 采 样 器 ， 取 少 部 分 气 流 ， 过 吸 收 抽 通
管， 由吸收 剂将 气流 中 的 甲苯 吸 收下来 ， 所得 溶液 用
气 相 色谱仪 分 析测定 其 中 甲苯 的浓度 。
１ ５ 分 析 方 法 ．
采用元 水 乙醇 溶液 进行 吸 收 采样 ， 吸收 时 间 ３ ０
板式 脉 冲 电晕 反 应 器 ， 压 脉 冲放 电产 生 的非平 衡 高
作者 简 介 ； 胡
平 （９ ７ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 环 境 监 测 及 固 体 废 弃 物 处 置 与 处 理 。 Ｅ ｍａ ； ｃ ａｕ ｓｈ ． ｏ １７一 ， 硕 研 — ｉ ｌ ｋ ｈ ＠ ｏ ｕ ｃｍ ｌｕ
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第１ ４卷 第 ２期
２ ０ 年 ０ ７ ６月
安 全 与 环 境 工 程
Ｓａ ｅ ｙ ａ ｖ ｒ ｍ ｅ ｔ ｌＥｎｇ ｎｅ ｒｎｇ ｆ ｔ ｎｄ Ｅｎ ｉｏｎ ｎ ａ ｉ ｅｉ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ２ １１ ．
Ｊ ｎ ｕ．
甲苯 、 元水 乙醇 、 二硫 化 碳 （ ９ ５，， 析纯 ， ９． 分 ９ ６ 北 京 北化精 细化学 品有 限责任公 司 ） 。
１ ３ 电 晕 反 应 器 ．
自制等 离子 体线 一板式反 应器 ， 图 １所示 ， 如 壳
体 为有机玻 璃 ， 平行 排列 ８片 ２ ０ｍｍＸ １ ０ｍｍ 铝 ２ ４ 片 作为 阴极 ， 板距 １ ８ｍｍ； 电晕线 为直 径 ０ ５ｍｍ 的 ． 镍铬 线 ， 电 有 效 长 度 为 １ ０ｍｍ， 排 ５根 ， 放 ４ 单 电晕 线 间距 ５ ０ｍｍ； 电晕 线 与 极 板 间 距 ８ｍｍ。反 应 器
Ｋｅ ｒ ｓ ｕｌｅ ｃ ｒ ｎａ￣ｐ ａ ｍａ；ｔ ｌ ｎｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｐ ｓ ｏ ｏ ｌｓ ｏ ｕｅ
２ ０世 纪 ９ ０年 代 初 ， Ｙ ｍａ ｔ 先 报 道 脉 Ｔ． ａ ｍｏｏ首
０ 引 言
苯、 甲苯 、 甲苯 合 称“ 苯” 在工 业 上 应 用较 二 三 ， 广， 是很好 的溶 剂 和原料 。但 “ 苯 ” 三 废气 毒性 大 ， 长
Ｈ Ｕ ｉ ｇ ，Ｓ Ｐ ｎ ＵＮ ｈ ｎ ｂ ｏ ，ＤＩ Ｃ ｕ － ａ ＮＧ －ｉ ｇ Ｄｅ ｌ 。 ｎ
（ ．Ｓ ｈ ｏ ｉｉ ａ ｄ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｇ ｎｅｉｇ，Ｂ ｉｉｇＵｎｖ ｒｉ ｆ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ， １ ｃ ｏ ｌ ｆ Ｃ ｖｌ ｎ ｖｒｎ ｎａ ｏ Ｅｎ ｉｅｒｎ ｅｊｎ ｉｅｓ ｙ ｏ ｃｅ ｃ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｔ ａ Ｂ ｉｉｇ １ ０ ８ ， ｈｎ ；． ｏｌｇ ｆ Ｍａｅｉｌ Ｓ ｉｎｅａ ｄＥｎ ｉｅｒｎ ｅ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ２ Ｃ ｌ ｅ ｔ ａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅｉｇ，Ｂ ｉｉｇ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｊ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｎｖｒｉ ｆ ｊ ｔ
关 键 词 ：脉 冲 电 晕 ； 离 子 体 ； 等 甲苯 中 图分 类 号 ： ７ Ｘ８ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １１ ５ （０ ７０ —０ ８０ １ ７—５ ６２ ０ ） ２０ ６—４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｇ ａ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｅ ｔ ｌ ｅ Ｃｏ ｏ ａ Ｐｌ ｓ ａ ｓ ａ ｃ ｎ Ｄｅ ｒ ｄ ｔｏ ｆＴｏ ｕ ｎｅ ｗｉｈ Ｐｕ ｓ ｒ ｎ ａ ｍ
空 压机
图 ２ 实 验装 置 示 意 图
被广 泛应 用 于大 型 除尘 器 上 ， 而将 其 作 为 脉 冲 电 然
晕反 应 器用 于 Ｓ 、 ） 、 Ｏ。 Ｎ（ ＶＯＣ 、 Ｉ ｓ 恶臭 等污 染物 的治 理， 尚处 于 实 验 室 研 究 阶 段［ ］ ５ 。笔 者 采 用 自制 线
技术 仍然 十分 重要 。
收稿 日期 ｔ０ ６０—７ ２ ０ —９２ 修 回 日期 ：０ ６１—０ ２ ０ —１２
中长方体 部分 尺寸 为 ２ ０ｍｍＸ１ ０ｍｍＸ １ ０ｍｍ。 ４ ８ ６
放 电形式 为正 电晕 放 电 。
ｍｉ。采用 Ｇ ３ ０ ｎ 一９ ０气 相 色 谱 分 析 ， ０ ５ Ｌ注 射 用 ． 器进 样 ， 次０５ 每 ． Ｌ。 据 标 准 曲 线 折 算 甲苯 的浓 根
率 的关 系 。
１ 实验部分
１ １ 实验仪 器 ．
正视 图
／
Ｉ
＼
Ｇ ３０ 一 ９ ０气相 色谱 仪 （ 火 焰 离 子 化 检 测 器 ， 氢 日
本 日立公 司 ） 。
高压脉 冲 电源 （ 冲峰 峰 值 ： ～ １ ０ｋ 可 调 ； 脉 ０ ０ Ｖ
脉冲重 复频 率 ：０ ０ １ ￣３ ０次／ ｓ可调 ， 天津 立奥 科 技 有
放 电 电压较高 ， 除率 较线 筒式 反应 器高 ［ ， 去 ４ 目前 已 ］
进行 治理 十分必 要 。 目前 工业 中实 际处理 方法 主要 有活性 炭吸 附法 、 收法 、 化 燃 烧法 、 物 过滤 器 吸 催 生 法、 膜分 离法 等［ 。但这 些方 法存 在控 制难 度 大 、 ２ ］ 能 耗 高等 缺点 ， 因此 研究 和 开 发 治理 “ 苯 ” 气 的新 三 废
量、 气体入 口质量浓度等 因素对净化效率 的影 响。结 果表 明 ： 甲苯去 除率随脉 冲峰值 电压 、 冲频 率增大而 升高 ， 脉 随气体流量 、 气体进 口质量浓度增大而降低 ； 对低浓度 、 大流 量的 甲苯废气能 达到较 好 的去 除效果 。 最高去 除率可
达 ８ ． 。 ５４
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第 ２期
胡 平 等 ： 冲 电 晕 法 去 除 甲苯 废 气 的 研 究 脉
态等 离子 体处理 甲苯 ， 以气 相 色 谱 仪 和氢 火 焰 离 子
化检 测器 为主要 的分析手 段 ， 研究 脉 冲峰值 电压 、 脉 冲 频率 、 体流 量 、 气 气体进 口质量 浓度 等 因素和 去除
限公 司） 。
＼
俯视 图
／
Ｓ －０ ＧＤ ３ ０型氮 氢空 发 生 器 （ 京 东 方 精华 苑科 北
技 有 限公 司） 。
图 １ 线 板 式 等 离 子体 反 应 器
Ｆｉ ． Ｗ ｉｅ ｐ ａ ｅ ｐ ａ ｍａ ｒ ａ ｔ ｒ ｇ１ ｒ － ｌｔ ｌｓ ｅ ｃ ｏ
ＱＣ １型大气 采样 仪 （ － 北京 市劳 动保 护科学 研究
流： 一路 经 过 流 量 计 ， 入 装 有 甲苯 液 体 的 广 口瓶 进
中， 通过 鼓 泡带 出 甲苯 分子 进入 缓 冲瓶 ； 另一路 经过 流 量计直 接进 入缓 冲瓶 ； ２路 气 流 在 缓 冲 瓶混 合 当
趋 于稳定 后 ， 入 等离 子 体 反 应 器 。为 了保 持 甲苯 进 气 体浓 度 的稳定 性 ， 装 有 甲苯 液 体 的广 口瓶 放在 将 恒 温水 浴槽 中。反 应 器 的进 出 口设 置 甲苯采 样 口， 二硫化 碳溶 液 吸收尾 气 。图 中箭头 指示 气路 流动方
所 ） 。
１４ ． 实 验 流 程
恒温水 浴槽 （ 温范 围 ： 温 ￣４ ｏＣ， 苏金 坛 控 室 ｏ￣ 江 市华 欧实验 仪器 厂 ） 。
气体 流量计 （ 江苍南 仪 器厂 ） 浙 。 ５ Ｌ注射器 。
１ ２ 实验 试剂 ．
实验 流 程 如 图 ２所 示 ， 气 经 空气 压 缩 机后 分 空
衡 等离 子体 ， 即产 生大 量 的高能 电 子和 Ｏ、 ＯＨ 等活
性 粒子 ， 对有 害物 质 分 子 进 行 氧化 、 降解 反应 ， 终 最 转化 为无 害 物 。脉 冲放 电等 离 子 体 技术 ， 有工 艺 具
简单 、 耗低 等优 点 ， 步 显现 出 良好 的技 术 优势 。 能 逐
损伤 、 造血 器官 及神 经 系统 的损 害 ， 晚期 可发展 为再
生 障碍性 贫 血 ， 至发 展 成 白血 病 ［ 。 因此 ， 涂 甚 １ ］ 对 漆 、 鞋 、 料及 各种 化工 行业 中产ห้องสมุดไป่ตู้ 的“ 制 染 三苯 ” 废气
线 板式 电晕 反 应 器 内 电场 分 布较 为 合理 ， 电晕
ｌ ｗ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｂ ｇ ｆｏ ｒ ｔ ｏ ｕ ｎ ．Ｔｈ ｉ ｈ ｓ ｅ ｖ ｌｅ ｆｃｅ ｃ ｆｔ ｌ ｅ ｅ ｗａ ５ ４ ． ｏ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｌ ｗ ａ ｅ ｔ ｌ ｅ ｅ ｏ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔｒ ｍｏ ａ ｆｉｉ ｎ ｙ ｏ ｏ ｕ ｎ ｓ８ ．
期接 触后 ， 通过 吸人 和皮 肤吸 收到体 内， 引起 肝 的 将
冲放 电 等 离 子 体 治 理 低 浓 度 有 机 废 气 的 实 验 研
究 ［ 。其 基本 原 理 是 通 过 前 沿 陡 峭 、 宽 窄 （ 秒 ３ ］ 脉 纳 级 ） 高压脉 冲 电晕 放 电 ， 常 温 、 压 下 获 得非 平 的 在 常
Ｃｈ ｍｉａ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｃ ｌＴｅｈ ｏｏ ｙ，Ｂｅｊ ｎ ０ ０ ９， ｈ ｎ ） ｉｉ ｇ １ ０ ２ Ｃ ｉ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｉ ａ ｒ ｓ ｕｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｒ ａ ｃ ｐｏ ｌ ａ ｔ ｌ ｅ ｃ ｏ ｌ ｓ ｅ ｈｎ ｏ ． Ｔｈｅ ｅ ｅ ｉ ｓ ｐ ｐｅ ｔ ｉ ｄ ｃｅ ｎｉ ｇ ｏ ｇ ｎｉ ｌｕｔ ｎｔｗｉｈ ｐｕ ｓ ｏｒ ｎａ ｐ ａ ｍａ ｔ ｃ ｏｌ ｇｙ ｘｐ ｒ— ｍｅ ｓｗｅ ｅ ｃ ｎｔ ｒ ｏｎｄ ｔ ｄ ｗｉｈ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｔ ｔ ｉ ｆｕｅ ｅ ｈｅｒ ｍ ｏ ａ ｆｉ ｉｎｃ ｕｃ ｅ ｔ ｉｆ ｒ ｎ ａ ａ ｔ ｒ ｈａ ｎ ｌ ｎｃ ｄ ｔ ｅ ｖ １ｅ ｆｃ ｅ ｙ。ｓ ｈ ａ ａ ｏｌ— ｕｃ ｓ ｐｅ ｋ ｖ ｔ ａ ｅ，ｐ ｓ ｆｅ ｕｅ ｃ ｇ ｕｌｅ ｒ ｑ ｎ ｙ， ｇ ｓ ｆｏ ｒ ｔ ａ ｌ ｗ ａ ｅ， ａ ｄ ｉ ｅ ｏｎ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｏｆ ｔ ｌ ｎｅ Ｔｈｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｉａ ｅ ｈａ ｔ ｎ ｎｌｔ ｃ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｏ ｕｅ ． ｅ ｕ ｔ ｎｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ｔ ｈｅ ｃｅ ｎ ｎ ｆｉｉ ｎｃ ｎｃ ｅ ｓ ｄ ｗｉｈ ｅ ｋ ｏ ｔ ｇ ｎｄ ｐｕ ｓ ｒ ｑ ｅ ｙ ｉ ｒ ｍｅ ，ａ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｌ ａ ｉ ｇ ｅ ｆｃｅ ｙ ｉ ｒ ａ ｅ ｔ ｐ ａ ｖ ｌａ ｅ ａ ｌ ｅ ｆ ｅ ｕ ｎｃ ｎｃ ｅ ｎｔ ｎｄ ｄ ｃ ｅ ｓ ｄ ｗｉｈ ｎｌ ｔ ｃ ｎｃ ｎｔａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｕｅ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｔ ａ ａ ｌ ｗ ａ ｅ Ｔｈｉ ｅ ｈｏ ｄ ｕｎ ｑｕ ｆ ｅ ｔｏｎ ｔ ｒ ａ ｍ ｅ ｆ ｏ ｅ ｒ ｔｏ ｆｔ ｌ ｎ ｎｃ ｅ ｎ ｎｄ ｇ ｓ ｆｏ ｒ ｔ ． ｓ ｍ ｔ ｄ ｈａ ｉ ｅ ｅ ｆ ｃ ｈｅ ｔ ｅ ｔ ｎｔ ｏ