專利名稱：一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置 及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，日益增長的有毒有害廢氣排放嚴重干擾居民的日常生活，惡化人們的生存 環(huán)境，進而對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。具有異味的工業(yè)VOCs (揮發(fā)性有機物)和惡 臭尤其成為居民投訴的焦點。國內(nèi)許多省市都已開展“清潔空氣行動”，因此尋求一種切實 可行又經(jīng)濟實惠的技術(shù)來控制工業(yè)排放的VOCs和惡臭已是刻不容緩。生物法和活性炭吸附是目前控制工業(yè)VOCs和惡臭的最常見工藝。生物法具有投 資及運行費用低等優(yōu)點，但占地面積大，處理效果不穩(wěn)定，啟動困難等缺點?；钚蕴吭谶_到 飽和吸附量前具有良好的除臭和吸附VOCs的效果，但其維護管理費用高，吸附飽和后廢炭 再生能耗大，處置麻煩。等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第四種物質(zhì)存在形態(tài)，是由電子、離 子、自由基和中性粒子組成的導(dǎo)電性流體，整體保持電中性。在低溫等離子體內(nèi)，有大量的 高能電子及高能電子激勵產(chǎn)生的· 0、· OH等活性粒子，將有害氣體污染物氧化成無害物或 低毒物。與其他VOCs和惡臭廢氣治理技術(shù)相比，低溫等離子體技術(shù)具有工藝簡單、處理流 程短、投資少、占地小、去除率高、運行費用低(主要表現(xiàn)為電費)、適用范圍廣等特點。然而利用低溫等離子體處理VOCs和惡臭廢氣時，也還存在一些問題1、對一些結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定的VOCs去除效率不高(如噴漆廢氣中的笨、甲苯等)；2、等離子體處理后的尾氣中 含有大量臭氧，造成二次污染；3、放電區(qū)域小，污染氣體停留時間短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置，解決了單一活性炭吸附再 生困難，成本高，單一低溫等離子體技術(shù)去除率不高，存在二次污染的問題。一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置，包括筒狀的帶進氣口和出氣口的絕緣外 殼，絕緣外殼的內(nèi)腔中設(shè)有與高壓脈沖電源連接的電極，絕緣外殼的內(nèi)壁從內(nèi)到外依次附 著有環(huán)繞電極的由活性炭纖維組成的吸附層和接地的金屬片。所述高壓脈沖電源為納秒級脈沖電源，其作用為通過陡前沿、窄脈寬(納秒級)的 高壓脈沖為等離子體反應(yīng)器供能，產(chǎn)生脈沖電暈放電。其特點為采用納秒級脈沖高壓電源 供能，電子被加速成為高能電子，而其它質(zhì)量較大的離子由于慣性大來不及加速而基本保 持靜止，從而避免了直流電暈加速離子而帶來的能量損耗。優(yōu)選的，所述的電極為具有多孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)金屬，它以鎳鉻合金纖維為原料，通過 過布氈、壓制和高溫?zé)Y(jié)制成，有效直徑為0. 5mm。該電極具有3D網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，不同的孔 徑層形成孔徑梯度，孔徑以介孔O-50nm)和大孔(> 50nm)為主，內(nèi)部含有大量連通或半 連通的孔隙，孔隙率可達80 90%，壓力損失小，耐高溫和易加工，是優(yōu)良的催化劑載體。
更優(yōu)選的，在所述電極上負載過渡金屬催化劑，可增強烴類和CO轉(zhuǎn)化成CO2的選 擇性，減少了含碳物質(zhì)在催化電極表面的沉積，避免催化電極的腐蝕問題。所述過渡金屬催 化劑為Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、Co和Ti中的至少一種?；钚蕴坷w維直徑15 20 μ m,比表面積1300 1500m2/g，孔容0. 9 1. 2mL/g,平 均孔徑1. 8 2. Onm。在處理惡臭氣體和VOCs時，活性炭纖維吸附和再生同時進行。其原 理為惡臭氣體或VOCs進入裝置時，在高能電子和等離子體活性粒子作用下發(fā)生一系列反 應(yīng)，分解為無害物質(zhì)，同時少量未反應(yīng)的惡臭氣體或VOCs、反應(yīng)過程中產(chǎn)生的03、· 0和· OH 等活性粒子被活性炭纖維吸附并繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，吸附在活性炭纖維上的惡臭氣體或VOCs 分子被氧化分解，活性炭纖維得以再生。優(yōu)選的，所述的金屬片和吸附層之間設(shè)有由多孔陶瓷組成的阻隔層，更優(yōu)選為，在 阻隔層上負載過渡金屬催化劑，所述過渡金屬為Mn、Cu、Fe, Pb, V、Ni、Co和Ti中的至少一 種?？稍鰪娪袡C小分子和CO轉(zhuǎn)化成(X)2的選擇性，促進吸附在活性炭纖維上的惡臭或VOCs 分子的完全降解，防止活性炭纖維孔道堵塞。所述金屬片為鋁片。所述絕緣外殼由聚甲基丙烯酸甲酯制成。本發(fā)明還提供一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的方法，包括將惡臭氣體或含VOCs 的氣體連續(xù)通入等離子體發(fā)生裝置內(nèi)，所述的等離子體發(fā)生裝置內(nèi)裝有吸附材料。所述的吸附材料為活性炭纖維。所述的等離子體發(fā)生裝置體積為300 500cm3，輸入電壓為10 60kV，氣體停留 時間為0. 8 2s，吸附材料體積與裝置體積比為1 10 20?，F(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點采用過渡金屬催化劑改性的燒結(jié)金屬催 化電極，可避免電極腐蝕問題，并提高難降解VOCs的去除效率；等離子體結(jié)合活性炭纖維 一體化技術(shù)，使活性炭纖維吸附和再生同時進行，極大地延長了活性炭纖維的使用壽命；活 性炭纖維在等離子體中吸附惡臭氣體或VOCs分子，相當(dāng)于極大地延長污染物分子在反應(yīng) 器中的停留時間；對難降解的工業(yè)噴漆廢氣(含苯，甲苯等)去除效率高。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為高壓脈沖電源的輸出電壓波形示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種治理惡臭氣體和工業(yè)V⑶s的裝置，包括圓筒狀的內(nèi)徑為50mm、長 度200mm的絕緣外殼1，絕緣外殼1由聚甲基丙烯酸甲酯制成，兩端端面被封閉，周面兩端分 別設(shè)有進風(fēng)口 6和出風(fēng)口 7。絕緣外殼空腔中軸線處內(nèi)設(shè)有由燒結(jié)金屬(西北有色金屬研 究院)制成的電極5，有效直徑為0.5mm。該電極具有3D網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，不同的孔徑層形成 孔徑梯度，孔徑以介孔O-50nm)和大孔(> 50nm)為主，內(nèi)部含有大量連通或半連通的孔 隙，孔隙率達80 90%，電極5上負載有過渡金屬催化劑，可以選用Mn、Cu、Fe、Pb、V、Ni、 Co和Ti中一種或多種。絕緣外殼1外部設(shè)有與電極5連接的高壓脈沖電源8，它為BPFN型窄脈沖高壓電源，其脈沖寬度500ns左右、脈沖上升前沿小于250ns、重復(fù)頻率200Hz，總電容(電感)為 20nF (2. 4 μ H)，其輸出電壓特性如圖2所示。絕緣外殼1內(nèi)壁附著三層結(jié)構(gòu)，緊貼絕緣外殼1內(nèi)壁的為接地的金屬片2，本實施 例選用鋁片。中間層為由微孔陶瓷組成的阻隔層3，內(nèi)徑為38mm，阻隔層3上同樣負載有過 渡金屬催化劑。最靠近中心的一層為由活性炭纖維構(gòu)成的吸附層4，吸附層厚約4mm，孔容 0. 9mL/g，平均孔徑1. 8nm?；钚蕴坷w維直徑15 μ m,比表面積1300m2/g。當(dāng)惡臭氣體或工業(yè)VOCs從進氣口 6進入裝置，在高能電子和等離子體活性粒子作 用下發(fā)生一系列反應(yīng)，使其分解為無害物質(zhì)，同時少量未反應(yīng)的惡臭或VOCs、反應(yīng)過程中產(chǎn) 生的03、· 0和· OH等活性粒子被活性炭纖維吸附并繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，惡臭或VOCs被氧化分 解，吸附了污染物質(zhì)的活性炭纖維得到再生。處理后的氣體從出氣口 7排出。處理實例采用兩個相同尺寸相同、結(jié)構(gòu)相似的等離子體反應(yīng)器對污染氣體進行處理，其中 一個為上述裝置，另外一個為上述裝置去除吸附層的單一等離子體反應(yīng)裝置。本實施例所 用污染氣體其中含有代表性污染物甲硫醚CH3SCH3，兩個裝置處理氣量均為lOOOmL/min，氣 體停留時間0.8 k。當(dāng)輸入反應(yīng)器的峰值電壓為22kV時，兩組反應(yīng)器的去除率為98. 6%和32. 6%。本 發(fā)明裝置對甲硫醚的去除率遠高于單一的等離子體反應(yīng)器。表1治理含甲硫醚惡臭氣體實驗測試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置，包括筒狀的帶進氣口和出氣口的絕緣外殼， 其特征在于所述的絕緣外殼的內(nèi)腔中設(shè)有與高壓脈沖電源連接的電極，絕緣外殼的內(nèi)壁 從內(nèi)到外依次附著有環(huán)繞電極的由活性炭纖維組成的吸附層和接地的金屬片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的電極為孔隙率達80 90%的燒結(jié)金屬線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的電極上負載有過渡金屬催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的吸附層與金屬片之間設(shè)有由多孔 陶瓷組成的阻隔層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的阻隔層上負載有過渡金屬催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的裝置，其特征在于所述的過渡金屬催化劑為Mn、CU、Fe、 Pb、V、Ni、Co和Ti中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的絕緣外殼為圓筒狀，電極設(shè)置于絕 緣外殼的中軸線上。
8.一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的方法，包括將惡臭氣體或含VOCs的氣體連續(xù)通 過裝有吸附材料的等離子體發(fā)生裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的吸附材料為活性炭纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的等離子體發(fā)生裝置體積為300 500cm3，輸入電壓為10 60kV，氣體停留時間為0. 8 2s,吸附材料體積與裝置體積比為 1 10 20。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種治理惡臭氣體和工業(yè)VOCs的裝置及方法，該裝置包括筒狀的帶進氣口和出氣口的絕緣外殼，絕緣外殼的內(nèi)腔中設(shè)有與高壓脈沖電源連接的電極，絕緣外殼的內(nèi)壁從內(nèi)到外依次附著有環(huán)繞電極的由活性炭纖維組成的吸附層和接地的金屬片。本發(fā)明裝置和方法將等離子體反應(yīng)和活性炭纖維吸附技術(shù)結(jié)合，使得惡臭氣體或VOCs分子在裝置內(nèi)停留時間延長，提高了處理效率，另外活性炭纖維吸附和再生同時進行，極大地延長了活性炭纖維的使用壽命。
文檔編號B01D53/86GK102091514SQ20101060870
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者施耀, 邵振華, 陳杰 申請人:浙江大學(xué)