電暈放電與光催化協(xié)同凈化室內(nèi)空氣研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了以線極為高壓極的電暈放電伏安關(guān)系，確定采用以針板式直流電暈放電為核心技術(shù)研制成空氣凈化單元。以室內(nèi)空氣凈化為研究目標(biāo)，針對(duì)空氣中的顆粒物、細(xì)菌與病毒及氣態(tài)污染物三大污染進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用試驗(yàn)研究。通過條件實(shí)驗(yàn)確定優(yōu)化的電極結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)、探索分析各污染物的去除機(jī)理；并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行封閉空間內(nèi)的凈化試驗(yàn)。研制成可實(shí)用的空氣凈化器，使得最終能夠在室內(nèi)空氣凈化中同時(shí)、一體、且高效凈化顆粒物、致病細(xì)菌和病毒、及氣態(tài)污染物。

2、　　 室內(nèi)空氣污染物呈多元性，主要包括顆粒物污染，微生物污染、揮發(fā)性有機(jī)化合物污染及其他化學(xué)污染，這些污染物之間還具有交叉作用。目前主要凈化技術(shù)包括過濾、靜電收塵、臭氧等，但在可處理污染物顆粒大小、處理效率、處理毒害氣體及殺菌的廣普性和一體性方面，已無法滿足要求。電暈放電非熱等離子體和光催化劑結(jié)合被視為在空氣凈化中具有更多優(yōu)勢(shì)，分別對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行綜述，提出發(fā)展以電暈放電引發(fā)的等離子體技術(shù)和光催化技術(shù)聯(lián)合為核心的凈化器。
　　

3、 系統(tǒng)研究以線極為發(fā)射極的不同構(gòu)型直流電暈放電的伏安關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的外加電壓及放電電流值，對(duì)各構(gòu)型下的電暈放電伏安關(guān)系式進(jìn)行推導(dǎo)得到線發(fā)射極電暈放電伏安關(guān)系式為I=AV2(V-Vc)/L[R/In(R/ro)]2。對(duì)結(jié)果進(jìn)行理論分析，認(rèn)為電暈放電的遷移區(qū)中形成電流的是正離子和/或負(fù)離子；且由c-V曲線可區(qū)分電暈放電的階段：起始階段、穩(wěn)定階段及預(yù)擊穿過渡階段。相對(duì)于單極電暈放電，雙極電暈放電的遷移區(qū)中離子密度均倍增，且推知其電離區(qū)中電

4、子密度也相應(yīng)倍增；遷移區(qū)中正負(fù)離子的復(fù)合可以忽略，且雙極電暈放電中正負(fù)電暈放電間存在相互電離作用?？紤]到在可注入能量密度及放電穩(wěn)定性方面針極電暈放電優(yōu)于線極電暈放電，選擇優(yōu)化的針極電極結(jié)構(gòu)作為空氣凈化的放電反應(yīng)器。
　　 以可吸入顆粒物為研究對(duì)象，采用研制的空氣凈化單元進(jìn)行一次通過處理實(shí)驗(yàn)，得到電暈放電捕集可吸入顆粒物的效率，η隨顆粒物粒徑Dp,的增大而增大，隨風(fēng)量Q的減小而增大；CADR隨Q和Dp的增大顯著提高。通過理論分析，

5、定性揭示高效捕集可吸入顆粒物的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行懸浮顆粒物和可吸入顆粒物捕集的室內(nèi)應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明能快速有效的將較高初始濃度的懸浮顆粒物凈化至達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；較低濃度的情況下下降一個(gè)數(shù)量級(jí)；對(duì)不同粒徑的可吸入顆粒物具有高效捕集率及潔凈空氣量值。針板式電暈放電雙極電暈放電凈化裝置對(duì)粒徑≤1μm的細(xì)小顆粒物比單級(jí)放電具有更好的處理效果。證明該凈化單元具有快速高效去除室內(nèi)空氣中的懸浮顆粒物及可吸入顆粒物、高潔凈空氣量等優(yōu)點(diǎn)。
　　

6、 以空氣中細(xì)菌為研究對(duì)象，采用研制的空氣凈化單元進(jìn)行一次通過處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明殺菌效率隨消毒時(shí)間延長(zhǎng)和放電電壓增高而增高；處理風(fēng)量越小，殺菌效果越好。得到放電場(chǎng)中的最優(yōu)風(fēng)速及單位放電體積對(duì)應(yīng)最優(yōu)風(fēng)量。探討細(xì)菌的消毒機(jī)理，認(rèn)為電暈放電殺滅空氣自然菌的過程中，高能電子和活性粒子起主導(dǎo)作用。細(xì)菌消毒的室內(nèi)應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明在室內(nèi)自然菌嚴(yán)重污染的條件下，非熱放電凈化器處理30min后達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；處理60min后達(dá)到衛(wèi)生部版標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類區(qū)域的潔凈度要

7、求。對(duì)常見的副流感病毒及單純皰疹病毒進(jìn)行滅活實(shí)驗(yàn)，證實(shí)針陣列對(duì)板電暈放電能快速、高效滅活空氣中PIV和HSV-I病毒。認(rèn)為放電產(chǎn)生的紫外光、高能電子和自由基的共同作用是滅活PIV和HSV-I病毒的主因。
　　 分別發(fā)生較高濃度的多種氣態(tài)污染物，模擬封閉室內(nèi)氣態(tài)污染物污染，采用針陣列對(duì)板電暈放電發(fā)生裝置為核心的空氣凈化單元進(jìn)行凈化試驗(yàn)。結(jié)果顯示，本凈化裝置對(duì)氣態(tài)污染物具有廣普的凈化作用；凈化效率和速率優(yōu)于目前同類的優(yōu)質(zhì)空氣凈化器產(chǎn)

8、品，其凈化作用具有高效性。較細(xì)致研究本凈化裝置對(duì)典型室內(nèi)甲醛污染的凈化效果，運(yùn)行風(fēng)量和放電功率較大時(shí)有利于甲醛去除；正電暈放電效果優(yōu)于負(fù)電暈放電。定性解釋甲醛去除機(jī)理、分析自由基反應(yīng)過程。最后采用提出的非熱放電結(jié)合光催化作用方式PPC，以燃煙燃燒產(chǎn)生的污染氣體為研究對(duì)象，一次通過凈化裝置，通過比較NTP和PPC作用方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析作用規(guī)律。確證PPC方式具有協(xié)同凈化效應(yīng)，原因?yàn)樵诟邏簭?qiáng)電場(chǎng)、電子、離子和紫外的共同作用下同時(shí)發(fā)生等離子