本發(fā)明涉及環(huán)保設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置和凈化方法。

背景技術(shù)：

廢氣是指人類在生產(chǎn)和生活過程中排出的有毒有害的氣體。特別是化工廠、鋼鐵廠、制藥廠以及煉焦廠和煉油廠等，排放的廢氣氣味大，嚴(yán)重污染環(huán)境和影響人體健康；而有機(jī)污染物則是廢氣中對人體傷害最大的氣體之一，有機(jī)污染物是指以碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有機(jī)物質(zhì)及某些其他可生物降解的人工合成有機(jī)物質(zhì)為組成的污染物；現(xiàn)有的技術(shù)對有機(jī)污染物的處理措施主要是通過物理吸附或靜電吸附，但是上述方法對有機(jī)污染物的處理程度有限，并且運行成本高，因此普通工廠一般會放棄上述方法而直接將廢氣排出至外界，導(dǎo)致對周邊環(huán)境和居民的身體健康造成損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置和凈化方法。本技術(shù)方案通過過濾層過濾掉有機(jī)污染物中的顆粒物，通過等離子層向通道內(nèi)釋放高壓電將有機(jī)污染物電離、解離或激發(fā)為離子或小分子自由基并最終生成二氧化碳和水；光化學(xué)層將有機(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水，并將二氧化碳和水通過排煙煙囪排出至外界；本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，使用成本低廉，能夠極大的降低甚至徹底消除工廠排放的廢氣中的有機(jī)污染物，并且排放對環(huán)境無害的水和二氧化碳，提高了工廠的環(huán)保等級，避免了工廠周邊環(huán)境被有機(jī)污染物破壞，保護(hù)了工廠周邊居民的身體健康。

本發(fā)明中的一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置，包括箱體、過濾層、等離子層和光化學(xué)層；所述箱體內(nèi)部具有連通所述箱體兩端的通道，所述過濾層、等離子層和化學(xué)層依次固定在所述通道內(nèi)；所述通道的一端為入口；

所述通道的另一端為出口，所述過濾層固定在所述通道朝向所述入口的一端上，所述等離子層固定在所述過濾層背向所述入口的一側(cè)的通道內(nèi)，所述光化學(xué)層固定在所述等離子層背向所述過濾層的一側(cè)的通道內(nèi)；

所述光化學(xué)層固定在所述通道內(nèi)背向所述過濾層的一側(cè)；所述光化學(xué)層包括UV光層和催化層，所述UV光層位于所述光化學(xué)層朝向所述過濾層的一側(cè)，所述催化層位于所述光化學(xué)層背向所述過濾層的一側(cè)；

所述等離子層向所述通道內(nèi)釋放高壓電將有機(jī)污染物電離、解離或激發(fā)為離子或小分子自由基并最終生成二氧化碳和水；所述光化學(xué)層將有機(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水。

上述方案中，還包括集氣罩口、引力風(fēng)機(jī)、排煙煙囪和檢測平臺；所述通道的入口所述過濾層的一端與集氣罩口連接，所述通道的出口所述過濾層的一端與引力風(fēng)機(jī)連接，所述引力風(fēng)機(jī)背向所述箱體的一端與排煙煙囪連接；所述排煙煙囪的側(cè)面具有抽樣孔，所述檢測平臺與的頂部對應(yīng)所述抽樣孔。

上述方案中，所述過濾層包括過濾網(wǎng)和過濾框架，所述過濾網(wǎng)鋪展在所述過濾框架內(nèi)部，所述通道的軸向與所述過濾網(wǎng)垂直。

上述方案中，所述UV光層包括UV框架和紫外燈，所述紫外燈固定在所述UV框架上，所述UV框架固定在所述通道內(nèi)。

上述方案中，所述催化層包括光觸媒濾網(wǎng)和催化框架，所述光觸媒濾網(wǎng)鋪展在所述催化框架內(nèi)并與所述催化框架連接；所述催化框架固定在所述通道內(nèi)，所述通道的軸向與所述光觸媒濾網(wǎng)垂直，所述紫外燈向所述光觸媒濾網(wǎng)發(fā)射紫外光；所述光觸媒濾網(wǎng)由二氧化鈦膠性懸浮液涂布在濾網(wǎng)基板上制成。

上述方案中，所述等離子層包括電源箱、振蕩升壓裝置、放電電極和基板；所述等離子電源箱與所述振蕩升壓裝置連接，所述振蕩升壓裝置與所述放電電極連接，所述放電電極固定在所述基板上，所述基板固定在所述通道內(nèi)部。

上述方案中，所述振蕩升壓裝置包括整流電路、第一濾波電路、諧振電路、第二濾波電路、推挽電路和變壓電路；

所述整流電路與電源箱連接，所述整流電路還與第一濾波電路連接，所述第一濾波電路與諧振電路連接，所述諧振電路與所述第二濾波電路連接，所述第二濾波電路與所述推挽電路連接，所述推挽電路與所述變壓電路連接。

上述方案中，所述整流電路包括二極管D1、D2、D3和D4；所述二極管D1的正極和所述二極管D3的負(fù)極分別與所述電源箱的火線連接，所述二極管D2的正極和所述二極管D4的負(fù)極分別與所述電源箱的零線連接；

所述第一濾波電路包括電容C1，所述電容C1的一端分別與所述二極管D1的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極連接，所述電容C2的另一端分別與所述二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；

所述諧振電路包括三極管VQ、電感L1、電容C2和二極管D5；所述三極管VQ的集電極分別與所述二極管D1的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極連接，所述三極管VQ的發(fā)射極分別與所述電感L1和二極管D5的負(fù)極連接；所述電感L1背向所述三極管VQ的一端與所述電容C2的一端連接，所述電容C2的另一端與所述二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；所述二極管D5的正極與與所述二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；

所述第二濾波電路包括電容C3，所述電容C3與所述電容C2相互并聯(lián)連接。

上述方案中，所述推挽電路包括三極管Q1、Q2、Q3、Q4，二極管D6、D7、D8、D9，電容C4和電感L2；所述變壓電路包括相互耦合的初級線圈L3和次級線圈L4；

所述二極管D6與所述三極管Q1并聯(lián)，所述三極管Q1的集電極與所述二極管D6的負(fù)極連接，所述三極管Q1的發(fā)射極與所述二極管D6的正極連接，所述三極管Q1的發(fā)射極還與所述電容C4的一端連接，所述電容C4的另一端與所述電感L2連接，所述三極管Q1的集電極還與所述電感L1背向所述三極管VQ的一端連接；所述電感L2背向所述電容C4的一端與所述初級線圈L3的一端連接；

所述二極管D8與所述三極管Q3并聯(lián)，所述三極管Q3的集電極與所述二極管D8的負(fù)極連接，所述三極管Q3的發(fā)射極與所述二極管D8的正極連接，所述三極管Q3的集電極還與所述電容朝向所述三極管Q1的發(fā)射極的一端連接；所述三極管Q3的發(fā)射極還與所述二極管D3和二極管D4的正極連接；

所述二極管D7與所述三極管Q2并聯(lián)，所述三極管Q2的集電極與所述二極管D7的負(fù)極連接，所述三極管Q2的發(fā)射極與所述二極管D7的正極連接，所述三極管的發(fā)射極還與所述初級線圈L3背向所述電感L2的一端連接，所述三極管Q2的集電極還與所述電感L1背向所述三極管VQ的一端連接；

所述二極管D9與所述三極管Q4并聯(lián)，所述三極管Q4的集電極與所述二極管D9的負(fù)極連接，所述三極管Q4的發(fā)射極與所述二極管D9的正極連接，所述三極管Q4的集電極還與所述初級線圈L3背向所述電感L2的一端連接，所述三極管Q4的發(fā)射極還與所述二極管D3和二極管D4的正極連接；

所述變壓電路還包括電容C5和電容C6；所述電容C5與所述初級線圈L3相互并聯(lián)連接，所述電容C6與所述次級線圈L4相互并聯(lián)連接；所述次級線圈L4的兩端分別與所述放電電極連接。

一種等離子協(xié)同光催化凈化方法，包括以下步驟：

S1.將有機(jī)污染物通過集氣罩口沖入通道內(nèi)；

S2.過濾網(wǎng)過濾有機(jī)污染物中的顆粒物；

S3.等離子層的振蕩升壓裝置將電源箱的火線提供的220V電壓或380V電壓提升至12000V-19000V，并通過放電電極形成高壓50赫茲強電場；高壓50赫茲強電場對有機(jī)污染物進(jìn)行電離、解離或激發(fā)，使有機(jī)污染物內(nèi)的有機(jī)分子分解離子或小分子自由基并最終生成二氧化碳和水；

S4.未經(jīng)等離子層電離、解離或激發(fā)形成二氧化碳和水的有機(jī)污染物再次進(jìn)入到光化學(xué)層；UV光層向催化層發(fā)射紫外光，位于光觸媒濾網(wǎng)中的二氧化鈦的價帶上的電子將被紫外光所激發(fā)，并躍遷到導(dǎo)帶形成自由電子，所述二氧化鈦的價帶將形成一個帶正電的空穴，所述自由電子和空穴將形成為電子空穴對；

S5.電子空穴對和光觸媒濾網(wǎng)上的水和氧氣再次反應(yīng)，形成具有氧化能力的自由基；所述自由基將有機(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水；

S6.將所述等離子層電離、解離或激發(fā)有機(jī)污染物所形成的二氧化碳和水，以及所述光化學(xué)層氧化分解有機(jī)污染物所形成的二氧化碳和水通過通道的出口排出至排煙煙囪，并由所述排煙煙囪排出至外界；

S7.工作人員還可通過抽樣孔檢測排煙煙囪排出的氣體。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于：本發(fā)明提供一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置和凈化方法，結(jié)構(gòu)簡單，使用成本低廉，能夠極大的降低甚至徹底消除工廠排放的廢氣中的有機(jī)污染物，并且排放對環(huán)境無害的水和二氧化碳，提高了工廠的環(huán)保等級，避免了工廠周邊環(huán)境被有機(jī)污染物破壞，保護(hù)了工廠周邊居民的身體健康。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置中振蕩升壓裝置的電路圖。

圖中：1、箱體 2、過濾層 3、等離子層 4、光化學(xué)層

5、集氣罩口 6、引力風(fēng)機(jī) 7、排煙煙囪 8、檢測平臺

11、通道 12、入口 13、出口 21、過濾網(wǎng) 22、過濾框架

31、電源箱 32、振蕩升壓裝置 33、放電電極 34、基板

321、整流電路 322、第一濾波電路 323、諧振電路

324、第二濾波電路 325、推挽電路 326、變壓電路

41、UV光層 42、催化層 43、輔助UV光層 411、UV框架

412、紫外燈 421、光觸媒濾網(wǎng) 422、催化框架 71、抽樣孔

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明是一種等離子協(xié)同光催化凈化裝置，包括箱體1、過濾層2、等離子層3和光化學(xué)層4；箱體1內(nèi)部具有連通箱體1兩端的通道11，過濾層2、等離子層3和化學(xué)層依次固定在通道11內(nèi)；通道11的一端為入口12；

通道11的另一端為出口13，過濾層2固定在通道11朝向入口12的一端上，等離子層3固定在過濾層2背向入口12的一側(cè)的通道11內(nèi)，光化學(xué)層4固定在等離子層3背向過濾層2的一側(cè)的通道11內(nèi)；

光化學(xué)層4固定在通道11內(nèi)背向過濾層2的一側(cè)；光化學(xué)層4包括UV光層41和催化層42，UV光層41位于光化學(xué)層4朝向過濾層2的一側(cè)，催化層42位于光化學(xué)層4背向過濾層2的一側(cè)；

等離子層3向通道11內(nèi)釋放高壓電將有機(jī)污染物電離、解離或激發(fā)為離子或小分子自由基并最終生成二氧化碳和水；光化學(xué)層4將有機(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水。

可選的，在等離子層3朝向過濾層的一側(cè)還具有輔助UV光層43，輔助UV光層向等離子層3和催化層42發(fā)射紫外光。

可選的，過濾層2具有兩個，兩個過濾層2在通道11內(nèi)依次布置。

優(yōu)選的，等離子協(xié)同光催化凈化裝置還包括集氣罩口5、引力風(fēng)機(jī)6、排煙煙囪7和檢測平臺8；通道11的入口12過濾層2的一端與集氣罩口5連接，通道11的出口13過濾層2的一端與引力風(fēng)機(jī)6連接，引力風(fēng)機(jī)6背向箱體1的一端與排煙煙囪7連接；排煙煙囪7的側(cè)面具有抽樣孔71，檢測平臺8與的頂部對應(yīng)抽樣孔71。

具體的，過濾層2包括過濾網(wǎng)21和過濾框架22，過濾網(wǎng)21鋪展在過濾框架22內(nèi)部，通道11的軸向與過濾網(wǎng)21垂直。

具體的，UV光層41包括UV框架411和紫外燈412，紫外燈412固定在UV框架411上，UV框架411固定在通道11內(nèi)。

具體的，催化層42包括光觸媒濾網(wǎng)421和催化框架422，光觸媒濾網(wǎng)421鋪展在催化框架422內(nèi)并與催化框架422連接；催化框架422固定在通道11內(nèi)，通道11的軸向與光觸媒濾網(wǎng)421垂直，紫外燈412向光觸媒濾網(wǎng)421發(fā)射紫外光；光觸媒濾網(wǎng)421由二氧化鈦膠性懸浮液涂布在濾網(wǎng)基板34上制成。

具體的，等離子層3包括電源箱31、振蕩升壓裝置32、放電電極33和基板34；等離子電源箱31與振蕩升壓裝置32連接，振蕩升壓裝置32與放電電極33連接，放電電極33固定在基板34上，基板34固定在通道11內(nèi)部。

具體的，振蕩升壓裝置32包括整流電路321、第一濾波電路322、諧振電路323、第二濾波電路324、推挽電路325和變壓電路326；

整流電路321與電源箱31連接，整流電路321還與第一濾波電路322連接，第一濾波電路322與諧振電路323連接，諧振電路323與第二濾波電路324連接，第二濾波電路324與推挽電路325連接，推挽電路325與變壓電路326連接。

進(jìn)一步的，整流電路321包括二極管D1、D2、D3和D4；二極管D1的正極和二極管D3的負(fù)極分別與電源箱31的火線連接，二極管D2的正極和二極管D4的負(fù)極分別與電源箱31的零線連接；

第一濾波電路322包括電容C1，電容C1的一端分別與二極管D1的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極連接，電容C2的另一端分別與二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；

諧振電路323包括三極管VQ、電感L1、電容C2和二極管D5；三極管VQ的集電極分別與二極管D1的負(fù)極和二極管D2的負(fù)極連接，三極管VQ的發(fā)射極分別與電感L1和二極管D5的負(fù)極連接；電感L1背向三極管VQ的一端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端與二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；二極管D5的正極與與二極管D3的正極和二極管D4的正極連接；

第二濾波電路324包括電容C3，電容C3與電容C2相互并聯(lián)連接；

推挽電路325包括三極管Q1、Q2、Q3、Q4，二極管D6、D7、D8、D9，電容C4和電感L2；變壓電路326包括相互耦合的初級線圈L3和次級線圈L4；

二極管D6與三極管Q1并聯(lián)，三極管Q1的集電極與二極管D6的負(fù)極連接，三極管Q1的發(fā)射極與二極管D6的正極連接，三極管Q1的發(fā)射極還與電容C4的一端連接，電容C4的另一端與電感L2連接，三極管Q1的集電極還與電感L1背向三極管VQ的一端連接；電感L2背向電容C4的一端與初級線圈L3的一端連接；

二極管D8與三極管Q3并聯(lián)，三極管Q3的集電極與二極管D8的負(fù)極連接，三極管Q3的發(fā)射極與二極管D8的正極連接，三極管Q3的集電極還與電容朝向三極管Q1的發(fā)射極的一端連接；三極管Q3的發(fā)射極還與二極管D3和二極管D4的正極連接；

二極管D7與三極管Q2并聯(lián)，三極管Q2的集電極與二極管D7的負(fù)極連接，三極管Q2的發(fā)射極與二極管D7的正極連接，三極管的發(fā)射極還與初級線圈L3背向電感L2的一端連接，三極管Q2的集電極還與電感L1背向三極管VQ的一端連接；

二極管D9與三極管Q4并聯(lián)，三極管Q4的集電極與二極管D9的負(fù)極連接，三極管Q4的發(fā)射極與二極管D9的正極連接，三極管Q4的集電極還與初級線圈L3背向電感L2的一端連接，三極管Q4的發(fā)射極還與二極管D3和二極管D4的正極連接；

變壓電路326還包括電容C5和電容C6；電容C5與初級線圈L3相互并聯(lián)連接，電容C6與次級線圈L4相互并聯(lián)連接；次級線圈L4的兩端分別與放電電極33連接。

具體的，電源箱31向振蕩升壓裝置32提供的220V電壓或380V；

當(dāng)電源箱31的火線輸出的交流電為正半周時，該交流電經(jīng)過二極管D1輸入至三極管VQ的集電極，操作三極管VQ的基極對該交流電進(jìn)行放大并輸出至電感L1，電感L1和電容C2組成諧振電路323對放大后的交流電進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后輸出至三極管Q1的集電極，操作三極管Q1的基極對該交流電再次進(jìn)行放大，并以此經(jīng)三極管Q1的發(fā)射極、電容C4和電感L2輸出至初級線圈L3，變壓電路326對該交流電的電壓再次進(jìn)行放大使次級線圈L4獲得12000V-19000V的高壓；電感L3將交流電通過三極管Q4和二極管D4回傳至電源箱31的零線；

當(dāng)電源箱31的火線輸出的交流電為負(fù)半周時，該交流電經(jīng)過二極管D2輸入至三極管VQ的集電極，操作三極管VQ的基極對該交流電進(jìn)行放大并輸出至電感L1，電感L1和電容C2組成諧振電路323對放大后的交流電進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)后輸出至三極管Q2的集電極，操作三極管Q2的基極對該交流電再次進(jìn)行放大，并以此經(jīng)三極管Q2的發(fā)射極輸出至初級線圈L3，變壓電路326對該交流電的電壓再次進(jìn)行放大使次級線圈L4獲得12000V-19000V的高壓；電感L3將交流電依次通過電感L2、電容C4和三極管Q3和二極管D3回傳至電源箱31的火線；

通過利用推挽電路325和變壓電路326對電源箱31提供的220V電壓或380V進(jìn)行升壓，提高了升壓效率并縮短了升壓時間，降低了等離子層3的升壓能耗。

一種等離子協(xié)同光催化凈化方法，包括以下步驟：

S1.將有機(jī)污染物通過集氣罩口5沖入通道11內(nèi)；

S2.過濾網(wǎng)21過濾有機(jī)污染物中的顆粒物；

S3.等離子層3的振蕩升壓裝置32將電源箱31的火線提供的220V電壓或380V電壓提升至12000V-19000V，并通過放電電極33形成高壓50赫茲強電場；高壓50赫茲強電場對有機(jī)污染物進(jìn)行電離、解離或激發(fā)，使有機(jī)污染物內(nèi)的有機(jī)分子分解離子或小分子自由基并最終生成二氧化碳和水；

其中，在高壓50赫茲強電場作用下，等離子層3附近將產(chǎn)生大量的平均能量在1eV～10eV的高能電子，進(jìn)而可以實現(xiàn)一般情況下難以實現(xiàn)或速度很慢的化學(xué)反應(yīng)，水分子或氧氣分子將受到高能電子轟擊形成活性基因，活性基因?qū)⑴c有機(jī)污染物反應(yīng)生成二氧化碳和水；其能量傳遞過程如下：

A.強電場+電子→高能電子

B.

如：O₂+e→O·+O₃+O₂-；

H₂O+e→HO·+H；

C.活性基因+有機(jī)污染物分子(或原子)→生成物+熱

如：CnHm+(n+m/4)O₂+e→nCO₂+mH₂O+熱

D.活性基因+活性基因→生成物+熱。

S4.未經(jīng)等離子層3電離、解離或激發(fā)形成二氧化碳和水的有機(jī)污染物再次進(jìn)入到光化學(xué)層4；UV光層41向催化層42發(fā)射紫外光，位于光觸媒濾網(wǎng)421中的二氧化鈦的價帶上的電子將被紫外光所激發(fā)，并躍遷到導(dǎo)帶形成自由電子，二氧化鈦的價帶將形成一個帶正電的空穴，自由電子和空穴將形成為電子空穴對；

其中，上述過程的反應(yīng)式為：

二氧化鈦+紫外光→e+H+

S5.電子空穴對和光觸媒濾網(wǎng)421上的水和氧氣再次反應(yīng)，形成具有氧化能力的自由基；自由基將有機(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水；

其中，光觸媒濾網(wǎng)421通過催化框架422固定在通道11內(nèi)部，為有機(jī)污染物的氧化分解提供了穩(wěn)定而持續(xù)的催化劑和適宜的催化面積，光觸媒濾網(wǎng)421內(nèi)還具有分子篩(圖中未示出)，分子篩的吸附力可使有機(jī)污染物和臭氧以及自由基富集在分子篩的微孔內(nèi)并充分反應(yīng)。

O₂+e→O·+O₃+O₂-；

H₂O+e→HO·+H；

CnHm+(n+m/4)O₂+e→nCO₂+mH₂O+熱；

CnHm+(2n+m)HO·+e→nCO₂+mH₂O+熱；

S6.將等離子層3電離、解離或激發(fā)有機(jī)污染物所形成的二氧化碳和水，以及光化學(xué)層4氧化分解有機(jī)污染物所形成的二氧化碳和水通過通道11的出口13排出至排煙煙囪7，并由排煙煙囪7排出至外界；

S7.工作人員還可通過抽樣孔71檢測排煙煙囪7排出的氣體；工作人員可通過排煙煙囪7排出的氣體的檢測結(jié)果，對過濾層2、等離子層3和光化學(xué)層4進(jìn)行調(diào)校。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。