【正文】 對半導(dǎo)體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度。此外焙燒溫度升高到一定程度，還會引起晶型由銳礦型向金紅型的轉(zhuǎn)變。 (2)光催化凈化空氣技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品 ,大致可分為 3種類型 ： 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) ① 結(jié)構(gòu)材料 :獲得具有光催化功能的新型材料 ,如貼面材料 、 天花板 、墻紙等 。 同時(shí) ,可以吸附中間副產(chǎn)物 ,使其進(jìn)一步被光催化氧化達(dá)到完全凈化 。 本節(jié)主要介紹等離子體及其分類 、制備 、 非平衡等離子體的產(chǎn)生方法及其在空氣凈化中的應(yīng)用 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 非平衡態(tài)的等離子體的電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物分子激發(fā) 、 離解和電離 ,同時(shí)反應(yīng)體系又可保持低溫 ,乃至接近室溫 。 目前存在一些技術(shù)問題 , 電子槍價(jià)格昂貴 ,電子槍 、 靶窗的壽命短以及X射線的屏蔽與防護(hù)問題也不容易解決 ,從而限制了其在室內(nèi)空氣凈化方面的實(shí)際應(yīng)用和推廣 。(3)負(fù)離子發(fā)生。OH、 這種積聚過程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止 。 ② 填充式反應(yīng)器 這種反應(yīng)器是用不同的絕緣介質(zhì)為填充物的極電反應(yīng)器 ,如圖 。 ② 凈化效率隨脈沖峰值電壓的增大而提高 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 從表 ,① 當(dāng)脈沖電壓一定時(shí) ,電暈線直徑較細(xì)的反應(yīng)器中甲苯的凈化效率較高 ,且以絞線的凈化效率最高 。④ 在峰值電壓相同時(shí) ,反應(yīng)器的直徑越大 ,凈化甲苯效率越低 。 陶瓷管為疏松結(jié)構(gòu) ,其多孔性的表面對氣體中甲苯分子的吸附量較大 ,而吸附態(tài)的甲苯分子可與活性粒子繼續(xù)反應(yīng) ,相應(yīng)地增強(qiáng)了甲苯的凈化效率 。 然而 ,當(dāng)電暈極間距減小到 l0mm時(shí) ,反應(yīng)器的效果卻比間距為20mm的反應(yīng)器差 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 放電間隙 /mm 氣體體積流量 /(ml/min) 不同峰值電壓甲苯的凈化效率 /% 30kv 36kv 42kv 48kv 10 330 15 500 20 670 表 反應(yīng)器放電間隙對凈化甲苯效率的影響 3）氣體特性的影響 (1)初始濃度的影響 污染物初始濃度是影響非平衡等離子體凈化揮發(fā)性有機(jī)物效果的一個(gè)重要因素。 目前 ,該技術(shù)主要用于燃煤煙氣脫硫脫硝及揮發(fā)性廢氣處理等領(lǐng)域 。 中 、重空氣離子多為灰塵 、 煙霧等結(jié)合而成的 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 通常在大氣低層 (接近地面 )中 ,1ml空氣含離子 500～ 3000個(gè) 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 空氣離子與人體健康效應(yīng) 空氣的清潔度與空氣中負(fù)離子的濃度密切相關(guān) 。 另外 ,負(fù)氧離子在幫助人體恢復(fù)其正常的平衡 ,促進(jìn)人體的生長發(fā)育和防治疾病方面還具有許多積極作用 : 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 ① 改善肺器官功能 ,改善呼吸系統(tǒng)絨毛的清潔工作效率 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 空氣負(fù)離子的產(chǎn)生技術(shù) 由于空氣負(fù)離子對于改善人體健康和室內(nèi)空氣環(huán)境方面的積極作用 ,空氣負(fù)離子產(chǎn)生技術(shù)便成為人們?yōu)橹Φ姆较?。 水滴帶電是通過外加力剝離水滴形成水霧 (細(xì)小水霧 ),水霧從水滴表面脫離時(shí)帶上負(fù)電荷 。而懸浮的重離子在降落過程中 ,依然附著在室內(nèi)家具，電視機(jī)屏幕、墻壁等物品上 ,當(dāng)人活動時(shí)又會使其再次飛揚(yáng)到空氣中 ,造成室內(nèi)空氣的污染 ,所以負(fù)離子發(fā)生器只是附著灰塵 ,并不能清除空氣污染物或?qū)⑵渑懦鍪彝狻? O O??： 表 。 紫外線輻射法具有重現(xiàn)性好 ,對濕度不敏感以及便于通過對燈功率的線形控制來調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn) 。 ②臭氧在污染治理、消毒、滅菌過程中 ,還原成氧氣和水 ,故在環(huán)境中不存在殘留物。在相對濕度低于 30％時(shí)效果較差 ,一般使用中 ,特別是無菌室使用應(yīng)注意這一點(diǎn)。 短期的臭氧供應(yīng)即使?jié)舛雀?,也會收效不佳 。 我國 《 室內(nèi)空氣中臭氧衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 》 (GB/T18262—1997)規(guī)定 ,室內(nèi)臭氧濃度限值為 ／ m3(1h平均最高容許濃度 )。 但是由于臭氧的強(qiáng)氧化性 ,其濃度過高時(shí)就會危害人體健康 ,引起上呼吸道的炎癥病變 ,削弱上呼吸道的抵抗力 。如果用于室內(nèi)滅菌消毒則一般控制濃度在 ～ mg／ m3。 ④臭氧除了具有滅菌消毒作用外 ,其強(qiáng)氧化性可快速分解帶有臭味及其他氣味的有機(jī)或無機(jī)物質(zhì) ,可迅速消除室內(nèi)各種有機(jī)揮發(fā)性化合物的毒害。但目前的電化學(xué)法臭氧產(chǎn)生裝置依然還存在較多的缺陷 :β 型二氧化鉛在高電壓和酸性條件下易重結(jié)晶 ,造成陽極催化層 β 型二氧化鉛催化效率不穩(wěn)定 。 同時(shí)原子氧和電子也同臭氧反應(yīng)形成氧氣 : 322O O O??32e O O O e??? ? ? ?室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 臭氧凈化 在無聲放電法中 ,臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量比較大 ,可以大量地工業(yè)化生產(chǎn)。 臭氧是由 1個(gè)氧分子 (O2)攜帶 1個(gè)氧原子 (O)組成 , ： ①常溫下是呈淡藍(lán)色、帶草腥味氣體 。 故在此環(huán)境下 ,需要人為產(chǎn)生負(fù)離子來補(bǔ)償不斷被污染物消耗掉的負(fù)離子 :一方面能維持正負(fù)離子的平衡 。 而在電暈外區(qū) ,則形成大量的氣體負(fù)離子 。 ③ 具有較高的活性 ,有很強(qiáng)的氧化還原作用 。 相反 ,空氣中過多的正離子會引起失眠 、頭疼 、 心煩 、 血壓升高等反應(yīng) 。 Deleanu測定室外較清潔空氣中的正 、 負(fù)輕離子濃度為： 65 1 18 7, 56 6 13 9 , 1. 15n n q??? ? ? ? ? 而在關(guān)閉的室內(nèi)空氣 (即使人均占有空間達(dá)到 75～ 100m3)中 ,則輕離子濃度顯著降低 (n+=91177。 空氣離子的帶電量為 1010V。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和開發(fā) ,尋找開發(fā)能與催化劑進(jìn)行最佳配置的等離子體反應(yīng)器、合適催化劑以及研究放電對消除過程中的中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物的影響 ,使用該技術(shù)凈化室內(nèi)空氣污染物將具有非常樂觀的前景。 由于 H2O受高能電子碰撞 后產(chǎn)生的 OH基與有 機(jī)物反應(yīng)是去除有 機(jī)物的重要機(jī)制之 一 ,因此氣流中水 汽含量的增加有利 于增強(qiáng)反應(yīng)過程 。 對于間隙為 l0mm的反應(yīng)器 ,當(dāng)峰值電壓達(dá) 36kV時(shí) ,凈化甲苯效率約為67%, 峰值電壓再升高時(shí)反應(yīng)器出現(xiàn)火花放電 ,凈化甲苯效率也因此而下降 。不過 ,當(dāng)反應(yīng)器長度增加到一定程度后 ,凈化效率隨長度增加變化緩慢 。 圖 峰值電壓與反應(yīng)器直徑對凈化甲苯效率的影響圖 圖 峰值電壓與外筒材料對凈化甲苯效率的影響圖 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 在峰值電壓較低時(shí) ,陶瓷管凈化效率比金屬管略低 ,峰值電壓為 24kV時(shí)約低 5%, 當(dāng)電壓高于 30kV后 ,陶瓷管凈化效率逐漸高于金屬管 ,在 48kV時(shí)高出近 20％ 。 (2)反應(yīng)器直徑的影響 如圖 。 當(dāng)電容值大于最佳值時(shí) ,脈沖能量相對較大 ,但脈沖沿較寬 ,凈化效率降低 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 圖 填充式等離子體反應(yīng)器 空腔式反應(yīng)器與填充式反應(yīng)器性能的對比，其結(jié)果如表 。 深入研究非平衡等離子體降解有機(jī)物的機(jī)理及其應(yīng)用是一個(gè)重要的研究方向 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物主要包括 VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物 ),CO,CO2,H2S,SO2和 NH3,其低溫非平衡等離子體催化凈化的作用機(jī)理如下： ①自由基的產(chǎn)生 : ? ?2H O e 5 . 0 9 e V O H H ?? ? ? ?③ 氣體分子的氧化分解 : ②氣體分子離解 : ? ?2O e 3 . 6 e V O O ?? ? ? ?? ?2C O e 3 . 8 5 e V C O O ?? ? ?? ?C O e 1 1 . 1 2 e V C O? ? ?22C O O H H O C O? ? ? ?22H S O H H S H O? ? ? ?3 2 4H S O H S O??室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 (3)負(fù)離子發(fā)生過程 : 負(fù)離子的作用 :① 調(diào)節(jié)了空氣中的離子平衡 。 ③ (SPM)－ → SPM(沉積在集塵極上 )。 其中 ,電暈放電又包括直流電暈、脈沖電暈和交流電暈。OH, 其電子溫度高達(dá) 104K以上 ,而離子和原子之類的重粒子溫度卻可低到 300K～ 500K。 目前 ,臭氧 —光催化凈化技術(shù)的研究還主要集中在液相中有機(jī)物的去除 。二是燈的表面能達(dá)到自潔 。 ② 經(jīng)濟(jì)性 。表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素。銳欽礦的質(zhì)量密度（ g /cm3） ,金紅石型（ g /cm3）。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 2. TiO2結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響 研究中發(fā)現(xiàn)，由于 TiO2具有高活性和穩(wěn)定性等性質(zhì)，因此目前在光催化技術(shù)中廣泛應(yīng)用超細(xì)微粒 TiO2作為催化劑。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) C：起始質(zhì)量濃度的影響 由圖 513可知，隨著初始質(zhì)量濃度的升高，丙酮凈化效率逐漸降低由于初始質(zhì)量濃度越小，每個(gè)丙酮分子平均吸收的光子能量越多，氧化效率越高，從而丙酮的凈化效率就越高。圖 511顯示了循環(huán)流量對光催化氧化丙酮凈化效率的影響。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 2. 光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 1）光催化反應(yīng)器的模擬與設(shè)計(jì) 光催化反應(yīng)器可以分解為反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、動量傳遞來進(jìn)行處理。 如：耐高溫、耐腐蝕、抗靜電、水、拒油、阻燃、清除有害氣體等而開發(fā)的空氣過濾材料。 上述模型適用于在不同活性中心進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 2T iO h v e h??? ? ?導(dǎo)帶 e 價(jià)帶 h+ 禁帶 TiO2半導(dǎo) 體材料 納米微粒 光催化作用機(jī)理與光催化氧化反應(yīng)模型 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 原理 : 當(dāng)半導(dǎo)體材料受到紫外線照射時(shí) (波長 λ≤ ),價(jià)帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，電子與空穴分離并遷移到粒子表面 的不同位置。結(jié)果表明，這一技術(shù)不但在廢水凈化處理方面具有巨大潛能，在空氣凈化（特別是在揮發(fā)性有機(jī)物 VOC）方面也具有廣闊應(yīng)用前景。 吸附質(zhì) 活性炭纖維 粒狀活性炭 吸附質(zhì) 活性炭纖維 粒狀活性炭 正丁硫醇 甲 苯 333 243 二甲硫醚 環(huán)乙烷 232 185 二硫化碳 丙 醇 319 224 苯 326 213 甲 醇 288 205 苯乙烯 328 219 表 有機(jī)物的平衡吸附容量 單位 :mg/g 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 吸附凈化 與粒狀活性炭相比，活性炭纖維除具有大得多的比表面積外，同時(shí)還具有大量的微孔結(jié)構(gòu)的特征，致使吸附質(zhì)在活性炭纖維內(nèi)擴(kuò)散阻力減小，吸附速度加快。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 吸附凈化 由于式中 CB ,qB 往往是很難實(shí)際測定和判斷的 ,所以還是把吸附的整個(gè)過程歸并到氣相或固相部分 ,綜合表示比較方便。 mV/PV 1/mVP 1/ mBVB2)吸附速率 (速度 ) 吸附過程常需要較長時(shí)間才能達(dá)到兩相平衡，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其接觸時(shí)間是很短的，因此吸附量取決于吸附速率，與吸附過程有關(guān)。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。 (3)活性炭纖維 最近研制出的一種活性碳纖維，纖維直徑為 10～ 20μm ，具有和活性碳一樣的吸附特性?！? 400～ 500 840 木炭 100 ～ 。(2)可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿 。(2)吸附選擇性要好 。根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為： ① 物理吸附 ② 化學(xué)吸附 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 吸附凈化 1）物理吸附 吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間產(chǎn)生的吸附，稱為物理吸附。 物理吸附因不發(fā)生化學(xué)作用，所以在低溫下就能進(jìn)行。(3)具有一定的粒度 ,較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 。(3)能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用 ?！? 600 840 氧化硅膠 窄孔 600～ 850 ～ 。形狀