【正文】 高 、 氣體阻力相對(duì)較大 。在反應(yīng)器中填充的主要介質(zhì)有 :TiO Al2O BaTiO3等 。 這些反應(yīng)器都是從電除塵器發(fā)展而來的 ,與其不同之處是電除塵器中供電方式大多采用直流負(fù)電 ,其主要目的是脫除廢氣中的顆粒物 ,而在非平衡等離子體反應(yīng)器中 ,為了提供高濃度的等離子體大多采用高壓納秒級(jí)脈沖或高壓納秒級(jí)脈沖疊加直流供電 ,其主要目的是脫除空氣中的有害氣體 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 非平衡等離子體空氣凈化反應(yīng)器 根據(jù)等離子體區(qū)中是否填充了絕緣介質(zhì) ,把等離子體反應(yīng)器分為空腔式和填充式 2種類型 ,下面介紹它們的組成結(jié)構(gòu) 。 非平衡等離子體降解污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的過程 ,而且影響這一過程的因素很多 。 除了積聚過程外 ,在有限的空間里空氣中帶負(fù)電的顆粒物還被吸附到帶正電的表面上 ,而通常情況下 ,房間里面大多數(shù)物體的表面 (包括墻壁 、 地面 、 家具 、 電器等 ) 都是帶正電的 。 則這些帶負(fù)電的顆粒物就會(huì)吸引其周圍帶正電的顆粒物 (通?？諝庵械募?xì)菌 、 病毒 、 孢子等是帶正電 )。 ② 有效地清除空氣中的污染物。 在化學(xué)反應(yīng)的過程中 ,添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎?,能使分子化學(xué)鍵松動(dòng)或削弱 ,降低氣體分子的活化能從而加速化學(xué)反應(yīng) 。HO ② 等離子體中包含了大量的高能電子 、 離子 、 激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基 ,這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能 ,它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞 ,打開氣體分子的化學(xué)鍵生成單原子分子和固體顆粒 ,同時(shí)產(chǎn)生的大量 靜電集塵是一個(gè)物理過程 ,在這個(gè)過程中 ,對(duì)懸浮在空氣中直徑小于100μm 的總懸浮顆粒 (TSP)和直徑小于 l0μm 的可吸入顆粒 (PM10)有較高的清除效率 。 ② OM－ + SP(固體顆粒 )→(SPM) － 。 (1)預(yù)荷電集塵原理 : 利用極不均勻電場(chǎng) ,形成電暈放電 ,產(chǎn)生等離子體 ,其中包含的大量電子和正負(fù)離子在電場(chǎng)梯度的作用下 ,與空氣中的顆粒污染物發(fā)生非彈性碰撞 ,從而附著在上面 ,使之成為荷電離子 ,在外加電場(chǎng)力的作用下 ,被集塵極所收集 。(2)催化凈化 。 共同的特點(diǎn) :均能夠在較高的氣體壓力下 (常壓 )形成非平衡等離子體。③ 表面放電。 (2)氣體放電法 ①電暈放電 。 利用電子束輻射使氣體電離產(chǎn)生等離子體具體有以下幾種 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 ①利用放射性同位素發(fā)出的 α,β,γ 射線； ②利用 x射線； ③利用帶電粒子。HO2, (1)電子束輻射法 電子束輻射法 (Ebean)的原理是利用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束 ,直接照射待處理的氣體 ,通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子碰撞 ,使之解離 ,形成非平衡等離子體 ,其中所產(chǎn)生大量活性粒子 (如 隨著技術(shù)的日益成熟 ,非平衡態(tài)的等離子體應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)?huì)越來越多 ,空氣凈化大多通過非平衡等離子體實(shí)現(xiàn) 。 ② 非熱平衡等離子體。 因此 ,按其重粒子溫度也叫做低溫等離子體 (Cold P1asma)或冷等離子體 。 (2)分類 :依據(jù)等離子體的粒子間溫度差 (即電子溫度 Te與離子溫度 Ti之差 ),可以把等離子體分為 2大類 : 當(dāng) Te≥T i 時(shí) , 稱為非 平衡態(tài) 的等離 子 (Nonthermal Equilibrium P1asma)。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 等離子體及其分類、制備 當(dāng) Te=Ti時(shí) ,稱為熱平衡等離子體 ,簡(jiǎn)稱熱等離子體 (Thermal Plasma)。 等離子體法具有處理流程短 、 效率高 、 能耗低 、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn) ， 等離子體既可用于處理廢氣 ， 又可用于處理廢水 、固體廢物 、 污泥 ， 甚至放射性廢物 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 20世紀(jì) 60年代形成的等離子體化學(xué)是基于高能物理 、 放電物理 、放電化學(xué) 、 反應(yīng)工程學(xué) 、 高壓脈沖技術(shù)等領(lǐng)域的一門交叉科學(xué) 。還可以去除一些在單獨(dú)一種方法無法分解的有機(jī)物 。 (2)光催化與臭氧氧化聯(lián)用 : 利用臭氧裝置產(chǎn)生的臭氧進(jìn)入光催化反應(yīng)裝置 ,臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑與紫外光激發(fā)的光催化氧化協(xié)同作用 ,具有分解有機(jī)污染物 、 滅菌和除臭等高效率的凈化作用 。 從而達(dá)到提高光催化氧化反應(yīng)速率 。 總之 ,因光催化空氣凈化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和 、 經(jīng)濟(jì)和對(duì)污染物全面治理的特點(diǎn) ,所以可廣泛應(yīng)用于有限空間空氣凈化領(lǐng)域 (如建筑室內(nèi) 、隧道 、 交通工具 、 飛行器等有限空間 )。 潔凈燈具具有 2種功能 :一是人員在燈具下辦公空間的空氣環(huán)境得到凈化 。 ② 綠色健康產(chǎn)品 :可在現(xiàn)有的家用電器產(chǎn)品上 (如空調(diào)器 、 加濕器 、 空氣凈化器 、 暖風(fēng)機(jī)等 )附設(shè)光催化凈化功能 ,開發(fā)而成的新一代高效綠色健康產(chǎn)品 。 無論從降低微生物數(shù)目的效率 ,還是從殺滅微生物的徹底性 ,從而使其失去繁殖能力都比單獨(dú)采用紫外線技術(shù)或過濾技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢(shì) 。 光催化在常溫下進(jìn)行 ,直接利用空氣中的氧氣作氧化劑 。 光催化對(duì)幾乎所有的污染物都具有治理能力 。 下表列出了不同熱處理?xiàng)l件對(duì) TiO2粒子表面特征的影響。這是因?yàn)楸簾龝?huì)對(duì) TiO2的表面產(chǎn)生影響，隨著焙燒溫度提高，比表面積減少，表面吸附量降低。在晶格缺陷等其它因素相同時(shí)，表面積越大則吸附量越大，活性越高。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) C：表面積的影響 在反應(yīng)物充足的情況下，表面積越大則活性越高。粒徑越小，電子從體內(nèi)擴(kuò)散到表面的時(shí)間越短，所以電子與空穴復(fù)合幾率越小，電荷分離效果越好，從而導(dǎo)致催化活性的提高。這意味著納米半導(dǎo)體粒子獲得了更強(qiáng)的還原和氧化能力，從而使催化活性隨尺寸量子化程度的提高而提高。 ②金紅石型 TiO2對(duì) O2的吸附能力較差，比表面積較小，光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致催化活性降低。這主要是因?yàn)椋? ① 兩種晶型結(jié)構(gòu)均可由相互聯(lián)結(jié)的八面體表示，兩者的差別在于八面體的畸變程度和八面體間相互聯(lián)結(jié)的方式不同。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) A：晶型的影響 TiO2 有三種晶型：銳鈦礦型、金紅石型和銳鈦礦型。制備途徑： ①粘結(jié)法：直接負(fù)載于載體上； ②熱處理固化在載體上。 超細(xì)微粒的 TiO2催化劑只有將其復(fù)制于載體上，成型后才能用于實(shí)際場(chǎng)合。但反應(yīng)速率對(duì)溫度的依賴性不大。 G：其他因素的影響 pH值的變化對(duì)不同反應(yīng)物降解的影響也不同，且與光強(qiáng)大小有一定關(guān)系。例如： H2O會(huì)抑制丙酮的光催氧化。 圖 513 初始濃度對(duì)丙酮凈化效率的影響 圖 514 光照時(shí)間對(duì)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) D：光照時(shí)間的影響 從圖 514看出，反應(yīng)開始時(shí)，反應(yīng)物的質(zhì)量濃度比較 高，新鮮催化劑的吸附性較好，丙酮凈化效率隨著反應(yīng)時(shí) 間的延長(zhǎng)增加得較快，隨后，凈化效率的變化趨勢(shì)逐漸平 緩，其原因?yàn)椋? ①反應(yīng)物的減少和生成物的增加抑制了反應(yīng)的正向進(jìn)行 ②氧的存在對(duì)反應(yīng)起很大的作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和反應(yīng)的 進(jìn)行，系統(tǒng)中氧的含量逐漸減少，反應(yīng)速率減慢； ③反應(yīng)產(chǎn)物中有水，水蒸汽的存在對(duì)丙酮的降解起抑制作用 E： O2含量的影響 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) F： H2O含量的影響 H2O在光催化反應(yīng)中起著重要作用，但是隨著 H2O含量的增加， TiO2的催化活性就不確定了。繼續(xù)增加催化劑的用量，催化劑之間的遮蔽會(huì)逐漸嚴(yán)重，某些催化劑會(huì)因得不到光照射而失去光催化活性，無法發(fā)揮催化作用，導(dǎo)致凈化效率降低。 分析：隨著用量的增加，系統(tǒng)中催化劑粒子的質(zhì)量濃度增加，對(duì)丙酮的吸附能力加強(qiáng)，光催化活性提高，凈化效率上升。圖 512為 TiO2用量及面密度對(duì)丙酮凈化效率的影響 [ 6]。 圖 511流量 /流速對(duì)丙酮凈化效率的影響 圖 512 TiO2 質(zhì)量與面密度對(duì)丙酮凈化效率的影響 結(jié)果表明，丙酮凈化效率隨流量的增加而增大。流量的大小決定了丙酮以及氧向 TiO2表面的遷移速度，也影響著丙酮在 TiO2表面的停留時(shí)間和產(chǎn)物脫附的速度。 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)器的結(jié)構(gòu)型式 設(shè)計(jì)光催化反應(yīng)器時(shí)應(yīng)考慮光催化反應(yīng)器能提供盡可能大的能被光照射的催化劑比表面積盡可能大的安裝催化劑的面積。光催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的原則就是盡可能的激活光催化劑，或者提供盡可能大的能被光照射的催化劑比表面積。影響反應(yīng)器內(nèi)輻射能量分布的主要因素包括： ①反應(yīng)器的幾何尺寸；②反應(yīng)器的光學(xué)厚度；③光源與反應(yīng)器的相互位置；④輻射波長(zhǎng)；⑤反應(yīng)體系中多相共存的影響；⑥反應(yīng)器的混合特征。而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能耗低、操作簡(jiǎn)單、無二次污染，可形成透明薄膜，價(jià)格低廉。（如：防水、放油服裝等） 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) ④ 阻燃 納米材料的粒徑超細(xì)、經(jīng)表面處理后其活性極大，當(dāng)燃燒時(shí)其熱分解速度可大大的加快，吸熱能力增強(qiáng)，降低材料表面溫度，且超細(xì)的納米材料顆粒能覆蓋在聚烯烴凝聚相的表面，能很好地促進(jìn)碳化層的形成，在燃燒源和基材間形成不燃性屏障，從而起到隔離阻燃的作用。納米材料特殊的導(dǎo)電、電磁性能、超強(qiáng)的吸收性和寬頻帶性，為導(dǎo)電吸波織物的研究開發(fā)創(chuàng)造了新條件。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 2）過濾材料的應(yīng)用 ① 高效微?？諝鈨艋统?xì)微?？諝鈨艋? 納米纖維具有較大的比表面積（單位體積或單位質(zhì)量顆粒的總表面積） 利用納米纖維的這些特征性可用它制作吸附材料和過濾材料，應(yīng)用于亞微米高效微?？諝鈨艋统?xì)微粒空氣凈化，能有效地用于原子工業(yè)，無菌室、精密工業(yè)、涂飾等行業(yè)，其過濾效率較之常規(guī)過濾材料效率大大提高。其中后整理法是將納米材料借助于分散劑、穩(wěn)定劑、粘合劑等助劑，利用吸浸法、浸軋法、涂層法等工藝方法處理到過濾材料中，從而使濾料具有某種特殊功能。 圖 1/r0和 1/C0的關(guān)系 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 納米過濾材料與光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 1. 納米過濾材料 1）納米技術(shù)與過濾材料 納米技術(shù)在空氣過濾材料開發(fā)上的應(yīng)用，主要集中在利用一些金屬及氧化物的納米級(jí)粒子所具有的特性，通過一定的方法加工到纖維中或處理到織物濾料上，使濾料具有某些特殊功能，即功能性過濾材料。 1 1 1 1r k K C k? ? ? ?C1CdC kKdt K? ? ? ? ?＝ 實(shí)例驗(yàn)證 :設(shè)實(shí)驗(yàn)條件為光源是直型 9W紫外燈 ,波長(zhǎng) ,且是常溫常壓 ,丙酮初始濃度分別為 、 、 、,以丙酮光催化降解前 15min質(zhì)量濃度下降值來考察初始質(zhì)量濃度 1/C0和初始降解速率 1/r0的關(guān)系 ,二者線性關(guān)系 ,如圖 示。對(duì)于室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物光催化氧化過程 ,在 O2和 H2O濃度保持不變，該模型可簡(jiǎn)化如下： 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 對(duì)上式求積分后化簡(jiǎn)可得： 式中， C ——有機(jī)物濃度 。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 研究表明 ,TiO2光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)符合蘭繆爾 欣伍德 LangmiurHinshelwood(LH)模型 ,最具有代表性 ,其表達(dá)式為： 2222( 1 ) ( 1 )nnO R O RnnO O R RkK K P PK P K P? ??＝?Kkpn式中， ——反應(yīng)速率； ——反應(yīng)物吸附平衡常數(shù)； ——光催化反應(yīng)常數(shù)； ——反應(yīng)物分壓； ——指數(shù)。其二 ,光催化反應(yīng)過程。 光催化（觸媒）凈化原理圖 光催化 (光觸媒 )凈化方法