用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及吸附劑再生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及有機(jī)廢氣非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]吸附法是應(yīng)用最廣泛的有機(jī)廢氣處理方法。吸附過程的主要原理是通過吸附劑的表面范德華力和靜電作用力把吸附質(zhì)吸附在吸附劑的表面，同時(shí)吸附劑表面的吸附質(zhì)分子也會(huì)通過脫附過程重返氣相或液相中，最終達(dá)到吸附平衡。吸附法具有去除率高、工藝成熟、成本低廉、能耗低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。理想的吸附劑一般具有較高的比表面積、吸附量大、吸附可逆、表面疏水性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性高、再生容易、成本低廉等特點(diǎn)。常見的吸附劑有活性炭、粘土類吸附劑、Tenax系列的有機(jī)吸附劑、沸石分子篩、活性碳纖維等。
[0003]其中，活性炭是應(yīng)用最廣泛的吸附劑。但是活性炭理化性質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致其再生難，活性炭能與大分子VOCs發(fā)生聚合反應(yīng)而無法回收導(dǎo)致二次污染等問題。研究表明粘土類吸附劑(如膨潤土)經(jīng)過季銨鹽改性，加入中性胺，并以硅酸四乙酯作為無機(jī)前驅(qū)體，可制備出多孔粘土異質(zhì)材料(Porous Clay Heterostructures, PCH)，對VOCs有較理想的吸附性能，而且膨潤土理化性質(zhì)穩(wěn)定。我國擁有全世界最豐富的膨潤土礦產(chǎn)資源，占全世界總量的60%左右，分布在23個(gè)省、市、自治區(qū)，400多處礦點(diǎn)，已探明的儲(chǔ)量就已超過20億噸。因此，膨潤土是一種值得關(guān)注的吸附材料，在今后的有機(jī)廢水、廢氣的吸附處理以及環(huán)境污染的修復(fù)等領(lǐng)域中有良好的應(yīng)用潛力。
[0004]在吸附工藝中，當(dāng)吸附劑吸附飽和后會(huì)失去繼續(xù)吸附的能力，由于吸附劑在吸附有害物質(zhì)后，吸附劑自身成為一種有毒有害的廢物，需要正確的處理，一般對吸附劑進(jìn)行再生。吸附劑再生是指在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去，從而使吸附飽和的吸附劑能夠重復(fù)使用的處理過程。目前常用的再生方法有:加熱法、蒸汽法、溶劑法、臭氧化法及生物法。其中熱再生發(fā)是目前應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的再生方法，但是它需要消耗高熱量且需要高溫條件，并且吸附劑自身容易損失。
[0005]等離子技術(shù)是指利用等離子體獲得高溫?zé)嵩吹囊豁?xiàng)技術(shù)。在化學(xué)工業(yè)中，利用等離子技術(shù)能實(shí)現(xiàn)一系列的反應(yīng)過程。其凈化作用機(jī)理包含兩個(gè)方面:一是在產(chǎn)生等離子體的過程中，高頻放電所產(chǎn)生的瞬間高能足夠打開一些有害氣體分子的化學(xué)能，使之分解為單質(zhì)原子或無害分子；二是等離子體中包含大量的高能電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些活性粒子和部分有機(jī)氣體分子碰撞結(jié)合，在電場作用下，使有機(jī)氣體分子處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)有機(jī)氣體分子獲得的能量大于其分子鍵的結(jié)合能時(shí)，機(jī)氣體分子的化學(xué)鍵斷裂，直接分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成得無害氣體分子。同時(shí)產(chǎn)生的大量.0H、.H02、.0等活性自由基和氧化性極強(qiáng)的03，與有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成無害產(chǎn)物。由于等離子體技術(shù)的無選擇強(qiáng)氧化性，所以該技術(shù)更加適合于本身吸附材質(zhì)不易氧化的非碳基等吸附劑，而不適用于碳基吸附劑。采用等離子體技術(shù)將非碳基吸附劑中的有機(jī)分子在強(qiáng)氧化性自由基的作用下降解為無害的0)2和H20，能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)分子的高效降解，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。而且等離子體放電過程中的氧化性基團(tuán)能夠改變吸附劑本身的化學(xué)特性，促進(jìn)化學(xué)吸附，從而提高吸附劑的吸附性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器及方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器，包括支架，所述支架內(nèi)設(shè)置有內(nèi)置空腔的反應(yīng)套筒；所述反應(yīng)套筒的空腔上偵叭下側(cè)分別設(shè)置有上電極和下電極；所述反應(yīng)套筒上端、下端分別設(shè)置有上進(jìn)氣口、下出氣口貫通其側(cè)壁后與反應(yīng)套筒的空腔相連通；所述支架上端設(shè)置高壓端接口與上電極相連接，所述支架下端設(shè)置接地端接口與下電極相連接。
[0008]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述支架為不銹鋼材料制成的不銹鋼支架；所述反應(yīng)套筒包括石英玻璃材料制成的上、下不封口的石英玻璃套筒，所述石英玻璃套筒的上、下兩端分別通過聚四氟乙烯材料制成的封蓋與底座封口 ；所述石英玻璃套筒與封蓋和底座之間分別設(shè)置有氟膠密封圈密封；所述上進(jìn)氣口、下出氣口分別貫穿封蓋、底座后與石英玻璃套筒、封蓋和底座構(gòu)成的密閉空間相連通。
[0009]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述上電極包括上電極板，所述上電極板設(shè)置有均勻分布的氣孔和針孔；所述針孔呈六邊形分布；所述針孔上設(shè)置有不銹鋼材質(zhì)制成的電極針。
[0010]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述電極針的尖針長度10?20mm，尖針頂端直徑0.5?1mm ;尖針間隔10?15mm。
[0011]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述上電極板的上側(cè)面設(shè)置有調(diào)整其高度的連接桿II，所述連接桿II貫穿封蓋后與高壓端接口相連。
[0012]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述下電極包括不銹鋼粉末燒結(jié)板構(gòu)成的下電極板；所述下電極板中的平均孔隙是2?
5μπι，厚度2?5_ ;所述下電極板通過連接桿I貫穿底座后與接地端接口相連。
[0013]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述連接桿1、連接桿II與底座、封蓋之間分別通過聚四氟乙烯密封圈密封。
[0014]用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)方法，包括以下步驟:1)將需要處理的飽和吸附劑均勻地平鋪在下電極板上；2)調(diào)節(jié)上電極板與下電極板之間的距離，控制電極針的針端與下電極板的間距；3)將上進(jìn)氣口連接氧氣體或空氣，并控制流量計(jì)調(diào)節(jié)至一定的流量氣體自上而下流動(dòng)至下出氣口排出；4)上電極板接負(fù)高壓，下電極板接地；打開高壓電源開始高壓火花放電；5)下出氣口(6)處基本上檢測不到有機(jī)物質(zhì)時(shí)，再生結(jié)束；6)取出處理后的吸附劑，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次再生。
[0015]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的改進(jìn):所述步驟2)中，電極針的針端與下電極板的間距為1?2cm;所述步驟3)中，控制氣體在放電間隙的流速在0.001?0.003m/s ;所述步驟4)中，將電壓調(diào)節(jié)至5?10kV/cm。
[0016]作為對本實(shí)用新型所述的用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟5)的放電時(shí)間控制在3?4小時(shí)。
[0017]吸附工藝中，吸附劑吸附飽和后失去繼續(xù)吸附的能力，使之成為一種二次污染物，并需要處理和處置，為此本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新穎的等離子體再生反應(yīng)器，對吸附劑高效再生，實(shí)現(xiàn)吸附劑的循環(huán)使用，降低吸附工藝的運(yùn)行成本。
[0018]采用等離子體方法能夠有效氧化吸附的有機(jī)廢氣，通過等離子體放電產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基0、0103等，將有機(jī)分子分解為0)2和H20，實(shí)現(xiàn)無害化再生，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。另外，在等離子體放電氧化過程能夠使吸附劑表面形成豐富的孔隙，有助于物理吸附；同時(shí)等離子體放電過程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基能夠與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在吸附劑中形成更多的氧化性基團(tuán)，有助于化學(xué)吸附。與傳統(tǒng)的熱再生相比，等離子體再生不存在二次污染問題，且再生效果好，再生速度快，具有天然的優(yōu)勢。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的創(chuàng)新點(diǎn):
[0020]1)利用等離子體的方法對吸附有機(jī)廢氣的非碳基吸附劑進(jìn)行再生，相對于常規(guī)的熱再生法普遍存在能耗高、吸附劑容易失活和造成二次污染等問題，等離子體再生法能耗僅為熱再生的1/4，而且再生后有機(jī)廢氣完全轉(zhuǎn)化為無害的0)2和H20，再生效果較為理想。
[0021]2)本反應(yīng)裝置采用流通式設(shè)計(jì)，不銹鋼粉末燒結(jié)板作為電極，能夠使含有大量氧化性活性自由基的氣體均勻的通過吸附劑再生層，同時(shí)含氧氣體的輸入為等離子體過程提供源源不斷的活性自由基，吸附劑中有機(jī)廢氣氧化充分，再生效果好。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]圖1是本實(shí)用新型的主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1的剖視圖；
[0025]圖3是圖1實(shí)際使用時(shí)，等離子體吸附劑再生流程圖；
[0026]圖4是圖1等離子體再生和熱再生比較(環(huán)己酮的吸附量和能耗)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1、圖1?圖4給出了一種用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器。
[0028]用于非碳基吸附劑再生的等離子體放電反應(yīng)器包括不銹鋼材料制成的不銹鋼支架4 ;在不銹鋼支架4內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)套筒；該反應(yīng)套筒包括石英玻璃材料制成的上、下不封口的石英玻璃套筒8，石英玻璃套筒8的上、下兩端分別通過聚四氟乙烯材料制成的封蓋9與底座10封口 ；石