本發(fā)明涉及氣體凈化領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種等離子體催化凈化氣體處理裝置。

背景技術(shù)：

大氣污染主要包括燃煤、燃油所排放的氧化硫、氧化氮等及可揮發(fā)性有機(jī)化合物vocs等。其中氧化硫、氧化氮可通過(guò)催化氧化等技術(shù)可將其轉(zhuǎn)換為硫酸鹽和硝酸鹽而去除。vocs處理目前主要的處理方法有燃燒、吸附、吸收和冷凝等技術(shù),此類技術(shù)存在運(yùn)行費(fèi)用高、處理效果不理想、易造成二次污染以及安全隱患等問(wèn)題。如燃燒法適合高濃度的vocs氣體處理，易造成二次污染；活性炭吸附法主要是利用碳材料的大比表面的微孔對(duì)有機(jī)分子進(jìn)行吸附，特點(diǎn)是吸附設(shè)備簡(jiǎn)單，但活性炭吸附飽和后需要更換，易造成二次污染，使用成本較高，一般適合濃度較低、流量較小的氣體凈化。

目前新發(fā)展的去除vocs的技術(shù)主要包括等光催化氧化和離子體氧化等技術(shù)。光催化法一般采用納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎?，在紫外光照射下可氧化分解氣體中的有機(jī)物，是一種新的有機(jī)物去除技術(shù)，適合濃度較低、流量較小的氣體凈化，特別是氣體除臭。但對(duì)于較高濃廢氣，此法能耗較大、效率低、處理效果較差。而采用等離子體處理氣體污染物是一種清潔、高效的工藝技術(shù)。低溫等離子體處理vocs是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)，具有設(shè)備緊湊、處理效率高、應(yīng)用范圍廣等許多潛在優(yōu)勢(shì)，但因等離子體產(chǎn)生的方法不同，其處理效果差異較大，發(fā)展實(shí)用化的等離子體凈化處理vocs的技術(shù)顯得十分重要。

物質(zhì)有四種形態(tài)組成,即固、液、氣和等離子態(tài)組成，其中宇宙間等離子態(tài)占整個(gè)物質(zhì)形態(tài)的99.9%以上。等離子體按所產(chǎn)生的方式可分為高溫和低溫等離子體兩類，等離子體中含有大量的活性電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和光子等。其中高溫等離子體中電子和離子的能量相近，溫度一般在上千度，人造高溫等離子體技術(shù)有許多應(yīng)用包括等離子體切割、噴涂等。而低溫等離子體是在室溫條件下通過(guò)施加交變電場(chǎng)在電容式陰陽(yáng)電極間產(chǎn)生氣體的離化而產(chǎn)生等離子體。在大氣壓下，空氣中所產(chǎn)生的等離子體因高能粒子和電子與氣體分子碰撞，會(huì)產(chǎn)生大量的oh、o、ho2等自由基和氧化性強(qiáng)的o3等；有機(jī)物分子則被激發(fā)形成具反應(yīng)活性的小基團(tuán)或原子；o、oh、ho2、o3等與激發(fā)原子有機(jī)物分子、基團(tuán)、自由基等反應(yīng),最終使有機(jī)物分子氧化降解為co、co2和h2o等產(chǎn)物。故低溫等離子體技術(shù)可用于凈化各類有機(jī)廢氣如揮發(fā)性有機(jī)氣體vocs等的處理，具有速度快及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

根據(jù)等離子體產(chǎn)生的方式，人造低溫等離子體主要可分為脈沖電暈放電pgd、介質(zhì)阻擋放電dbd、電弧放電等。對(duì)于較低濃有機(jī)氣體處理，可采用pgd或dbd等離子體氧化處理。等離子體氧化處理較高濃度有機(jī)氣體的技術(shù)目前并不成熟，還處于研究階段，因能耗、成本等因素還不易實(shí)際應(yīng)用。

為降低等離子體處理的能耗，新近發(fā)展了等離子體催化氧化技術(shù)用于廢氣的處理。一般采用pt、au、pd等貴金屬作為催化材料，等離子體產(chǎn)生后在催化材料作用下可高效氧化分解有機(jī)物，但由于貴金屬催化材料高昂的成本而限制了其在廢氣處理領(lǐng)域的應(yīng)用。故需要發(fā)展一類成本較低且高效的催化材料，并能應(yīng)用于各類有機(jī)廢氣的處理。如何采用低成本的催化材料與低溫等離子體技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的低成本處理，是目前產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一種采用具有等離子體催化效應(yīng)的復(fù)合催化材料，其中催化材料采用了碳或金屬氧化物薄膜，以電容式器件結(jié)構(gòu)作為基本反應(yīng)裝置系統(tǒng)，可兼容等離子體離化與催化氧化的協(xié)同效應(yīng)高效去除氣體中的有機(jī)物的等離子體催化凈化氣體處理裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種等離子體催化凈化氣體處理裝置，包括等離子體催化反應(yīng)室，其特征在于：所述等離子體催化反應(yīng)室內(nèi)的左側(cè)均布有若干催化電極，位于催化電極右側(cè)的等離子體催化反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有催化材料室，所述催化材料室內(nèi)填充有顆粒型催化材料；所述等離子體催化反應(yīng)室的左側(cè)開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口，等離子體催化反應(yīng)室的右側(cè)開(kāi)設(shè)有排氣口，所述進(jìn)氣口和排氣口分別設(shè)有一個(gè)傳感檢測(cè)模塊。

所述等離子體催化反應(yīng)室由絕緣介質(zhì)基片、催化薄膜、等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極和高頻電源組成，所述絕緣介質(zhì)基片呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜，位于絕緣介質(zhì)基片上方的催化薄膜的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極，位于絕緣介質(zhì)基片下方的催化薄膜的下表面設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極，所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極之間通過(guò)高頻電源相連。

所述等離子體催化反應(yīng)室由絕緣介質(zhì)基片、催化薄膜、等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極和高頻電源組成，所述絕緣介質(zhì)基片呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜，位于絕緣介質(zhì)基片內(nèi)的催化薄膜內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極，位于絕緣介質(zhì)基片外的催化薄膜外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極，所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極之間通過(guò)高頻電源相連。

所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極均為網(wǎng)狀金屬電極。

所述絕緣介質(zhì)基片由石英和氧化鋁陶瓷中的一種制成；所述等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極由不銹鋼、鈦、鋁和鋁合金制成，可以制成為薄膜形狀、薄片形狀或網(wǎng)形狀；所述催化薄膜由碳和金屬氧化物催化材料制成。

所述碳包括石墨、碳纖維、納米管、石墨烯和金剛石中的一種或多種，所述金屬氧化物催化材料包括wo3、cuo、moo、sno2、tio2、zno、mgo、cao、fe2o3、nio、v2o5、mno2、mn2o3、mn3o4中的一種或多種，所述催化薄膜摻雜有pt、pd、au、ag、cu、n、f的至少一種元素，所述碳或金屬氧化物催化材料由顆粒尺寸在10～100nm范圍內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的晶體組成。

所述絕緣介質(zhì)基片的厚度為0.1-2mm。

所述高頻電源的頻率為10-500khz，電壓范圍為0.1-10kv，高頻電源的正極與負(fù)極之間的電流密度范圍為0.01-10ma/cm²。

所述氣體處理裝置可以對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，包括制藥、化工、皮革、養(yǎng)殖、油漆、涂料、印刷、食品、餐飲、醫(yī)院、污水處理等所產(chǎn)生的廢氣，氣體處理裝置適用于tvoc濃度范圍在10-50000ppm范圍內(nèi)的有機(jī)廢氣凈化，所述有機(jī)廢氣包括碳?xì)?、氮?dú)洹⒘驓漕悮怏w等。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，將等離子體技術(shù)與催化材料相結(jié)合，使催化薄膜材料鍍制在等離子體發(fā)生電極表面，可有效地降低運(yùn)行時(shí)的能耗，提高反應(yīng)效率，使得整體氣體凈化的成本大幅降低，使得氣體凈化，特別是vocs的凈化處理可實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和工程化應(yīng)用；將等離子體催化電極陣列以模塊化的形式，與高效低成本的光電催化材料緊密結(jié)合，將材料、裝備、工藝等一體化集成，可在大氣壓下進(jìn)行高效率、低能耗的氣體等離子體催化反應(yīng)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等的廢氣，特別是有機(jī)廢氣vocs的處理凈化提供了一種低成本的成套解決方案。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中實(shí)施例一的正視圖。

圖3為本發(fā)明中實(shí)施例一的俯視圖。

圖4為本發(fā)明中實(shí)施例二的正視圖。

圖5為本發(fā)明中實(shí)施例二的俯視圖。

參見(jiàn)圖1～圖5，其中，1是催化電極，2是等離子體催化反應(yīng)室，3是催化材料室，4是進(jìn)氣口，5是排氣口，10是絕緣介質(zhì)基片，11是催化薄膜，12是等離子體正極產(chǎn)生電極，13是等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極，14是電源電器控制單元。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，所述等離子體催化反應(yīng)室2內(nèi)的左側(cè)均布有若干催化電極1，位于催化電極1右側(cè)的等離子體催化反應(yīng)室2內(nèi)設(shè)有催化材料室3，所述催化材料室3內(nèi)填充有顆粒型催化材料；所述等離子體催化反應(yīng)室2的左側(cè)開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口4，等離子體催化反應(yīng)室2的右側(cè)開(kāi)設(shè)有排氣口5，所述進(jìn)氣口4和排氣口5分別設(shè)有一個(gè)傳感檢測(cè)模塊。

所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13和高頻電源14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片10的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10上方的催化薄膜11的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，位于絕緣介質(zhì)基片10下方的催化薄膜11的下表面設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13之間通過(guò)高頻電源14相連。

所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13和高頻電源14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片10空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10內(nèi)的催化薄膜11內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13，位于絕緣介質(zhì)基片10外的催化薄膜11外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13之間通過(guò)高頻電源14相連。

所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

所述絕緣介質(zhì)基片10由石英和氧化鋁陶瓷中的一種制成，并且石英和氧化鋁陶瓷均以片狀或管狀存在；所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13由不銹鋼、鈦、鋁和石墨制成，可以制成為薄膜形狀、薄片形狀或網(wǎng)形狀；所述催化薄膜11由碳和金屬氧化物催化材料制成。

所述碳包括石墨、碳纖維、納米管、石墨烯和金剛石中的一種或多種，所述金屬氧化物催化材料包括wo3、cuo、moo、sno2、tio2、zno、mgo、cao、fe2o3、nio、v2o5、mno2、mn2o3、mn3o4中的一種或多種，所述催化薄膜11摻雜有pt、pd、au、ag、cu、n、f的至少一種元素，所述碳或金屬氧化物催化材料由顆粒尺寸在10～100nm范圍內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的晶體組成。

所述絕緣介質(zhì)基片的厚度為0.1-2mm。

所述高頻電源的頻率為10-500khz，電壓范圍為0.1-10kv，高頻電源的正極與負(fù)極之間的電流密度范圍為0.01-10ma/cm²。

所述氣體處理裝置可以對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，包括制藥、化工、皮革、養(yǎng)殖、油漆、涂料、食品、餐飲、醫(yī)院、污水處理等所產(chǎn)生的廢氣，氣體處理裝置適用于tvoc濃度范圍在10-50000ppm范圍內(nèi)的有機(jī)廢氣凈化，所述有機(jī)廢氣包括碳?xì)?、氮?dú)?、硫氫類氣體等。

本發(fā)明的突出技術(shù)特色表現(xiàn)為快速、高效、低能耗和適應(yīng)范圍廣。本發(fā)明的等離子體催化凈化pcc裝置在運(yùn)行時(shí)，除使用電能外，因不消耗其他材料，使得整體運(yùn)行費(fèi)用低。pcc裝置適合有機(jī)物濃度在10-50000ppm范圍的廢氣凈化處理。設(shè)備模組化，應(yīng)用靈活，可適用于各類風(fēng)量的氣體凈化處理。

本發(fā)明的等離子體催化pcc裝置和方法可處理凈化廢氣如voc類氣體，包括碳?xì)漕悮怏w如烴、芳烴、脂、酯、醇、醛、酮、醚等；苯類氣體如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等；鹵烴類氣體如cf2clbr、cf3br、cf3cl、氯丁二烯等；氮化物氣體如氨、甲胺、二甲胺、dmf等；硫化物氣體如h2s、cs2、二甲二硫、硫醇、硫醚等；以及其它惡臭性氣體，均可有效地去除或凈化。

本發(fā)明是將等離子體技術(shù)與催化材料相結(jié)合，使催化薄膜材料鍍制在等離子體發(fā)生電極表面，可有效地降低運(yùn)行時(shí)的能耗，提高反應(yīng)效率，使得整體氣體凈化的成本大幅降低，使得氣體凈化，特別是vocs的凈化處理可實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和工程化應(yīng)用。將等離子體催化電極陣列以模塊化的形式，與高效低成本的光電催化材料緊密結(jié)合，將材料、裝備、工藝等一體化集成，可在大氣壓下進(jìn)行高效率、低能耗的氣體等離子體催化反應(yīng)，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等的廢氣，特別是有機(jī)廢氣vocs的處理凈化提供了一種低成本的成套解決方案。

實(shí)施例一：

如圖2和圖3所示，本實(shí)施例采用平行板電容式等離子體催化電極結(jié)構(gòu)，所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13和電源電器控制單元14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈平行板形狀，絕緣介質(zhì)基片10的上下表面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10上方的催化薄膜11的上表面設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，位于絕緣介質(zhì)基片10下方的催化薄膜11的下表面設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13之間通過(guò)電源電器控制單元14相連。所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

實(shí)施例二：

如圖4和圖5所示，本實(shí)施例采用圓筒形電容式等離子體催化電極結(jié)構(gòu)，所述等離子體催化反應(yīng)室1由絕緣介質(zhì)基片10、催化薄膜11、等離子體正極產(chǎn)生電極12、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13和電源電器控制單元14組成，所述絕緣介質(zhì)基片10呈空心圓筒形管狀，絕緣介質(zhì)基片10空心管狀的內(nèi)外側(cè)面分別設(shè)有一層催化薄膜11，位于絕緣介質(zhì)基片10內(nèi)的催化薄膜11內(nèi)側(cè)設(shè)有等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13，位于絕緣介質(zhì)基片10外的催化薄膜11外側(cè)設(shè)有等離子體正極產(chǎn)生電極12，所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13之間通過(guò)電源電器控制單元14相連。所述等離子體正極產(chǎn)生電極12和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極13均為網(wǎng)狀金屬電極。

本發(fā)明在制備過(guò)程中，首先采用噴涂、輥涂、印刷、浸涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積等工藝絕緣介質(zhì)基片的表面制備催化薄膜，薄膜的厚度在10nm-1mm范圍；隨后將等離子體正極產(chǎn)生電極和等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極分別連接電源電氣控制單元，高頻電源的正極連接等離子體正極產(chǎn)生電極，高頻電源的負(fù)極連接等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極；最后根據(jù)需要，可以將多片絕緣介質(zhì)基片和基片表面的等離子體正極產(chǎn)生電極、等離子體負(fù)極產(chǎn)生電極組成催化陣列模組。

本發(fā)明使用時(shí)，在等離子體和催化材料的協(xié)同作用下，可高效率去除氣體中的有機(jī)物(vocs)、氨氮等污染物。等離子體催化反應(yīng)速率在0.1-10秒范圍內(nèi)，有機(jī)物去除效率在95%以上，單位能耗tvoc質(zhì)量去除率在1kg/kwh以上。傳感器安裝等離子體催化反應(yīng)室的進(jìn)氣端和出氣端，主要用于檢測(cè)氣體的流量、流速、溫度、氣壓、氣體濃度等指標(biāo)，其中氣體濃度包括總有機(jī)物濃度tvoc。電源電氣控制單元采用計(jì)算機(jī)對(duì)電源的電流、電壓、功率、處理裝置總的功耗、氣體流量、濃度等傳感器所測(cè)得的各類指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行匯總和分析后，進(jìn)行優(yōu)化控制，使得本發(fā)明在使用過(guò)程中的運(yùn)行效率達(dá)到最優(yōu)化。