【正文】 對半導體粒子而言，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變。 (2)光催化凈化空氣技術的應用產品 ,大致可分為 3種類型 ： 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內污染控制與潔凈技術 ① 結構材料 :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 ,可以吸附中間副產物 ,使其進一步被光催化氧化達到完全凈化 。 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生方法及其在空氣凈化中的應用 。 室內污染控制與潔凈技術 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物分子激發(fā) 、 離解和電離 ,同時反應體系又可保持低溫 ,乃至接近室溫 。 目前存在一些技術問題 , 電子槍價格昂貴 ,電子槍 、 靶窗的壽命短以及X射線的屏蔽與防護問題也不容易解決 ,從而限制了其在室內空氣凈化方面的實際應用和推廣 。(3)負離子發(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 填充式反應器 這種反應器是用不同的絕緣介質為填充物的極電反應器 ,如圖 。 ② 凈化效率隨脈沖峰值電壓的增大而提高 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 從表 ,① 當脈沖電壓一定時 ,電暈線直徑較細的反應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 ,反應器的直徑越大 ,凈化甲苯效率越低 。 陶瓷管為疏松結構 ,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 ,相應地增強了甲苯的凈化效率 。 然而 ,當電暈極間距減小到 l0mm時 ,反應器的效果卻比間距為20mm的反應器差 。 室內污染控制與潔凈技術 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)性有機物效果的一個重要因素。 目前 ,該技術主要用于燃煤煙氣脫硫脫硝及揮發(fā)性廢氣處理等領域 。 中 、重空氣離子多為灰塵 、 煙霧等結合而成的 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 通常在大氣低層 (接近地面 )中 ,1ml空氣含離子 500～ 3000個 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 空氣離子與人體健康效應 空氣的清潔度與空氣中負離子的濃度密切相關 。 另外 ,負氧離子在幫助人體恢復其正常的平衡 ,促進人體的生長發(fā)育和防治疾病方面還具有許多積極作用 : 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 ① 改善肺器官功能 ,改善呼吸系統(tǒng)絨毛的清潔工作效率 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 空氣負離子的產生技術 由于空氣負離子對于改善人體健康和室內空氣環(huán)境方面的積極作用 ,空氣負離子產生技術便成為人們?yōu)橹Φ姆较?。 水滴帶電是通過外加力剝離水滴形成水霧 (細小水霧 ),水霧從水滴表面脫離時帶上負電荷 。而懸浮的重離子在降落過程中 ,依然附著在室內家具，電視機屏幕、墻壁等物品上 ,當人活動時又會使其再次飛揚到空氣中 ,造成室內空氣的污染 ,所以負離子發(fā)生器只是附著灰塵 ,并不能清除空氣污染物或將其排出室外。 O O??： 表 。 紫外線輻射法具有重現性好 ,對濕度不敏感以及便于通過對燈功率的線形控制來調節(jié)臭氧的產量等優(yōu)點 。 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％時效果較差 ,一般使用中 ,特別是無菌室使用應注意這一點。 短期的臭氧供應即使?jié)舛雀?,也會收效不佳 。 我國 《 室內空氣中臭氧衛(wèi)生標準 》 (GB/T18262—1997)規(guī)定 ,室內臭氧濃度限值為 ／ m3(1h平均最高容許濃度 )。 但是由于臭氧的強氧化性 ,其濃度過高時就會危害人體健康 ,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 ,其強氧化性可快速分解帶有臭味及其他氣味的有機或無機物質 ,可迅速消除室內各種有機揮發(fā)性化合物的毒害。但目前的電化學法臭氧產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晶 ,造成陽極催化層 β 型二氧化鉛催化效率不穩(wěn)定 。 同時原子氧和電子也同臭氧反應形成氧氣 : 322O O O??32e O O O e??? ? ? ?室內污染控制與潔凈技術 臭氧凈化 在無聲放電法中 ,臭氧發(fā)生器的產量比較大 ,可以大量地工業(yè)化生產。 臭氧是由 1個氧分子 (O2)攜帶 1個氧原子 (O)組成 , ： ①常溫下是呈淡藍色、帶草腥味氣體 。 故在此環(huán)境下 ,需要人為產生負離子來補償不斷被污染物消耗掉的負離子 :一方面能維持正負離子的平衡 。 而在電暈外區(qū) ,則形成大量的氣體負離子 。 ③ 具有較高的活性 ,有很強的氧化還原作用 。 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 。 Deleanu測定室外較清潔空氣中的正 、 負輕離子濃度為： 65 1 18 7, 56 6 13 9 , 1. 15n n q??? ? ? ? ? 而在關閉的室內空氣 (即使人均占有空間達到 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。通過不斷的技術創(chuàng)新和開發(fā) ,尋找開發(fā)能與催化劑進行最佳配置的等離子體反應器、合適催化劑以及研究放電對消除過程中的中間產物或最終產物的影響 ,使用該技術凈化室內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 后產生的 OH基與有 機物反應是去除有 機物的重要機制之 一 ,因此氣流中水 汽含量的增加有利 于增強反應過程 。 對于間隙為 l0mm的反應器 ,當峰值電壓達 36kV時 ,凈化甲苯效率約為67%, 峰值電壓再升高時反應器出現火花放電 ,凈化甲苯效率也因此而下降 。不過 ,當反應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 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 在峰值電壓較低時 ,陶瓷管凈化效率比金屬管略低 ,峰值電壓為 24kV時約低 5%, 當電壓高于 30kV后 ,陶瓷管凈化效率逐漸高于金屬管 ,在 48kV時高出近 20％ 。 (2)反應器直徑的影響 如圖 。 當電容值大于最佳值時 ,脈沖能量相對較大 ,但脈沖沿較寬 ,凈化效率降低 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 圖 填充式等離子體反應器 空腔式反應器與填充式反應器性能的對比，其結果如表 。 深入研究非平衡等離子體降解有機物的機理及其應用是一個重要的研究方向 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 室內空氣中的氣態(tài)污染物主要包括 VOCs(揮發(fā)性有機物 ),CO,CO2,H2S,SO2和 NH3,其低溫非平衡等離子體催化凈化的作用機理如下： ①自由基的產生 : ? ?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??室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 (3)負離子發(fā)生過程 : 負離子的作用 :① 調節(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 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 —光催化凈化技術的研究還主要集中在液相中有機物的去除 。二是燈的表面能達到自潔 。 ② 經濟性 。表面積是決定反應基質吸附量的重要因素。銳欽礦的質量密度（ g /cm3） ,金紅石型（ g /cm3）。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內污染控制與潔凈技術 2. TiO2結構和性質的影響 研究中發(fā)現，由于 TiO2具有高活性和穩(wěn)定性等性質，因此目前在光催化技術中廣泛應用超細微粒 TiO2作為催化劑。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內污染控制與潔凈技術 C：起始質量濃度的影響 由圖 513可知，隨著初始質量濃度的升高，丙酮凈化效率逐漸降低由于初始質量濃度越小，每個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 室內污染控制與潔凈技術 2. 光催化反應器的設計 1）光催化反應器的模擬與設計 光催化反應器可以分解為反應、傳質、傳熱、動量傳遞來進行處理。 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行的氧化還原反應。 2T iO h v e h??? ? ?導帶 e 價帶 h+ 禁帶 TiO2半導 體材料 納米微粒 光催化作用機理與光催化氧化反應模型 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內污染控制與潔凈技術 原理 : 當半導體材料受到紫外線照射時 (波長 λ≤ ),價帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進入導帶，同時在價帶上產生相應的空穴，電子與空穴分離并遷移到粒子表面 的不同位置。結果表明，這一技術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)性有機物 VOC）方面也具有廣闊應用前景。 吸附質 活性炭纖維 粒狀活性炭 吸附質 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 有機物的平衡吸附容量 單位 :mg/g 室內污染控制與潔凈技術 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，同時還具有大量的微孔結構的特征，致使吸附質在活性炭纖維內擴散阻力減小，吸附速度加快。 室內污染控制與潔凈技術 吸附凈化 由于式中 CB ,qB 往往是很難實際測定和判斷的 ,所以還是把吸附的整個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間才能達到兩相平衡，而在實際生產過程中，其接觸時間是很短的，因此吸附量取決于吸附速率，與吸附過程有關。它是設計和生產的一個重要因素。 (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)可以耐強酸、強堿 。(2)吸附選擇性要好 。根據固體表面吸附力的不同，吸附可分為： ① 物理吸附 ② 化學吸附 室內污染控制與潔凈技術 吸附凈化 1）物理吸附 吸附劑和吸附質之間通過分子間產生的吸附，稱為物理吸附。 物理吸附因不發(fā)生化學作用，所以在低溫下就能進行。(3)具有一定的粒度 ,較高的機械強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 。(3)能經受水浸、高溫、高壓作用 ?！? 600 840 氧化硅膠 窄孔 600～ 850 ～ 。形狀