本發(fā)明涉及等離子體催化治理氣態(tài)污染物領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體催化反應(yīng)器用突刺電極及由該突刺電極組成的等離子體催化反應(yīng)器。

背景技術(shù)：
對于室外大氣而言，有機類PM2.5顆粒是大氣PM2.5的重要組成部分，其主要來源為工業(yè)燃煤排放以及機動車尾氣排放。有機類PM2.5顆粒不僅可以在大氣反應(yīng)中提供氧化劑，是造成光化學(xué)污染的重要污染源之一；而且對紅外線還具有較強的吸收特性，是導(dǎo)致地球變暖的主要物質(zhì)之一。此外，有機類PM2.5顆粒物對城市大氣環(huán)境和區(qū)域氣候產(chǎn)生明顯的影響。室內(nèi)空氣中，有機類PM2.5顆粒物主要來源為廚房油煙、香煙以及室外空氣污染等，對人體健康有重大危害。等離子體法捕集降解大氣中的有機類PM2.5顆粒是近年來科研的熱點，主要原理是等離子體放電產(chǎn)生大量電子，電子附著在顆粒物上使其帶電，然后由靜電的吸引作用沉降在電極板上。同時，等離子體電場中產(chǎn)生大量的強氧化性的基團（活性氧、羥基等）與顆粒物反應(yīng)，通過電極板表面涂覆的催化劑進行快速地催化降解。等離子體法捕集降解有機類PM2.5顆粒物的優(yōu)點在于其處理效率高、能耗低、運行成本低，無需定期清灰。等離子體降解氣體中有機物的反應(yīng)器一般分為平板式和圓筒式，例如，申請?zhí)枮?01220269277的實用新型專利申請公開一種板式等離子體處理臭氣的裝置，包括進氣口、排氣口和至少兩組以上的處理裝置，其特征在于：所述處理裝置包括長方形支撐框架，支撐框架內(nèi)交錯安裝有若干個高壓電極板和低壓電極板，兩相鄰低壓電極板在其中一端頭連接有封閉絕緣板，低壓電極板上開設(shè)有若干個氣流方孔。其具有處理臭氣效果好，結(jié)構(gòu)可靠，制作簡單，生產(chǎn)成本低，設(shè)備氣流阻力小，電場強度均勻等優(yōu)點。公開號為CN102179145A的中國發(fā)明專利申請公開了一種圓筒式等離子體催化協(xié)同治理VOCs的反應(yīng)器，包括筒體，筒體為石英玻璃管，石英玻璃管的外壁面包裹金屬導(dǎo)電物，金屬導(dǎo)電物接交流高壓電源作為介質(zhì)阻擋放電的外電極；筒體內(nèi)部正中間設(shè)置不銹鋼管，不銹鋼管接地作為介質(zhì)阻擋放電的內(nèi)電極；不銹鋼管管壁開孔，并連接外部氣源；石英玻璃管和不銹鋼管之間形成放電氣隙，放電氣隙內(nèi)填充吸附劑和催化劑；筒體的一端為進氣口端，另一端為出氣口端，進氣口端和出氣口端分別設(shè)有氣流均布板。然而，無論是上述的平板式反應(yīng)器，還是圓筒式反應(yīng)器，均是采用光滑的金屬板（筒）作為放電電極，他們擁有兩個共同的缺點，即煙氣在反應(yīng)器中的停留時間短和煙氣在反應(yīng)器中的濃度分布不均勻。在等離子體有機類PM2.5顆粒捕集碳化反應(yīng)器中，煙氣的停留時間過短，會使得煙氣在反應(yīng)室中沒有充足的時間降解，導(dǎo)致處理效率不高。如果為了延長煙氣的停留時間而增加反應(yīng)器的長度或提高放電功率，就會大大提高設(shè)備的投資成本和運行成本。同時，煙氣在反應(yīng)器中的濃度分布不均勻，將會增加反應(yīng)器的局部負荷，導(dǎo)致電極板上涂覆的催化劑容易出現(xiàn)局部失活，產(chǎn)生二次污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種等離子體催化反應(yīng)器用突刺電極及由該突刺電極組成的等離子體催化反應(yīng)器，突刺電極的突刺分布均勻，加工方便，放電效果好；突刺的交錯分布，有助于煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的紊流流動，在不改變反應(yīng)器大小的情況下，延長了煙氣的停留時間；突刺的分布有助于改善煙氣污染在反應(yīng)器內(nèi)混合狀況，使得煙氣在反應(yīng)器中的濃度分布更加均勻；同時突刺有助于顆粒態(tài)的污染物在內(nèi)電極表面的沉積，提高反應(yīng)器內(nèi)污染物的濃度，從而提高等離子體催化反應(yīng)過程的能量效率。一種等離子體催化反應(yīng)器用突刺電極，包括：上下兩層不銹鋼板外電極；緊貼不銹鋼板外電極內(nèi)表面設(shè)置的上下兩塊陶瓷板介質(zhì)；位于兩塊陶瓷板介質(zhì)中心的突刺內(nèi)電極板，該突刺內(nèi)電極板的兩面帶有若干個突刺；突刺內(nèi)電極板與陶瓷板介質(zhì)之間的間隙為廢氣通道。內(nèi)外電極接正負脈沖高壓電源，本發(fā)明的突刺電極，內(nèi)電極表面帶有若干個突刺，突刺可以強化電極放電，增強氣流擾動，廢氣中的有機類PM2.5顆粒易于沉淀，增強對有機類PM2.5顆粒的捕集效果。突刺內(nèi)電極位于兩塊陶瓷板介質(zhì)的正中間處。作為優(yōu)選，所述的突刺內(nèi)電極由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板表面沖擊出半圓形或錐形突刺，不銹鋼板疊置時突刺朝外。在不銹鋼板表面沖擊半圓形或錐型突刺，沖壓加工方便，沖壓成型的突刺分布和高度均勻性好。突刺高度過低，對煙氣的擾動不夠；突刺的高度過高，反應(yīng)器容易堵塞，并且放電時容易出現(xiàn)電火花，使電路短路，造成損失。因此，作為優(yōu)選，所述突刺的高度為1～2mm，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上。更優(yōu)選，所述突刺高度為1m，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上。進一步優(yōu)選，所有突刺與不銹鋼板銜接處的直徑為2～4mm，相鄰兩個突刺之間的間隔為5mm，突刺按照該優(yōu)選方式分布時對煙氣擾流的效果最佳。作為優(yōu)選，所述突刺在不銹鋼鐵皮上交錯分布，分布密度為1×104～2×104個/m2。按照突刺直徑2～4mm，間隔5mm，經(jīng)計算可得出突刺的分布范圍大約在1×104～2×104個/m2。更優(yōu)選，分布密度為1.2×104個/m2。作為優(yōu)選，所述突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm。放電間隙過小，放電電壓容易擊穿，影響能量注入和最終的污染物降解效果；而放電間隙過大，突刺電極起不到擾流和顆粒沉積作用。所以本發(fā)明優(yōu)選放電間隙設(shè)置在1～2mm，更優(yōu)選為1mm。最優(yōu)選地，所述的突刺內(nèi)電極由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板表面沖擊出半圓形或錐形突刺，不銹鋼板疊置時突刺朝外；所述突刺的高度為1～2mm且所有突刺的刺尖位于同一水平面上；所述突刺在不銹鋼鐵皮上交錯分布，所有突刺與不銹鋼板銜接處的直徑為2～4mm，相鄰兩個突刺之間的間隔為5mm；所述突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm。本發(fā)明還提供了一種等離子體催化反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體，該反應(yīng)器殼體的一端為進氣口，另一端為出氣口，還包括位于所述反應(yīng)器殼體內(nèi) 的放電電極，所述放電電極包括若干組疊置的突刺電極，每組突刺電極包括：上下兩層不銹鋼板外電極；緊貼不銹鋼板外電極內(nèi)表面設(shè)置的上下兩塊陶瓷板介質(zhì)；位于兩塊陶瓷板介質(zhì)中心的突刺內(nèi)電極板，該突刺內(nèi)電極板的兩面帶有若干個突刺；突刺內(nèi)電極板與陶瓷板介質(zhì)之間的間隙為廢氣通道，該廢氣通道的兩端分別對應(yīng)進氣口和出氣口。作為優(yōu)選，所述的突刺內(nèi)電極由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板表面沖擊出半圓形或錐形突刺，不銹鋼板疊置時突刺朝外。作為優(yōu)選，所述突刺的高度為1～2mm，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上。更優(yōu)選，所述突刺高度為1m，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上。作為優(yōu)選，所述突刺在不銹鋼板上交錯分布，分布密度為1×104～2×104個/m2。更優(yōu)選，分布密度為1.2×104個/m2。作為優(yōu)選，所述突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm。更優(yōu)選為1mm。作為優(yōu)選，所述反應(yīng)器殼體的進氣口和出氣口處均設(shè)置多孔板。進一步優(yōu)選地，所述的突刺內(nèi)電極由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板表面沖擊出半圓形或錐形突刺，不銹鋼板疊置時突刺朝外；所述突刺的高度為1～2mm且所有突刺的刺尖位于同一水平面上；所述突刺在不銹鋼板上交錯分布，所有突刺與不銹鋼板銜接處的直徑為2～4mm，相鄰兩個突刺之間的間隔為5mm；所述突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm。更進一步優(yōu)選，突刺高度為1mm，放電間隙為1mm，突刺分布密度為1.2*104個/m2。在該優(yōu)選反應(yīng)器下，對柴油車尾氣中的黑煙進行處理，在20W以上的功率下，發(fā)現(xiàn)對柴油車尾氣中黑煙的凈化效率達到90%以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：1、通過突刺狀電極對煙氣的擾流，一定程度上延長了煙氣在反應(yīng)器中的停留時間，也使得煙氣在反應(yīng)器中的濃度分布更加均勻，有充分的時間被反應(yīng)降解；2、突刺狀電極中突刺的個數(shù)與突刺的分布的最優(yōu)化，在保證介質(zhì)阻擋放電均勻性的基礎(chǔ)上，復(fù)合尖端放電效果，使介質(zhì)阻擋放電的能量注入水平更高，有助于氧化性自由基的產(chǎn)生，促進污染物的氧化轉(zhuǎn)化。3、內(nèi)電極突刺電極的布置有助于PM2.5顆粒在內(nèi)電極上的沉積，對于柴油車尾氣等顆粒態(tài)污染物的處理，能夠延長污染物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間和反應(yīng)濃度，有助于難降解廢氣的深度氧化。附圖說明圖1是本發(fā)明突刺電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明等離子體催化反應(yīng)器內(nèi)放電電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明內(nèi)電極的突刺分布圖。其中，圖中所示附圖標(biāo)記如下：1-不銹鋼板外電極2-陶瓷板介質(zhì)3-突刺內(nèi)電極板4-內(nèi)電極支撐墊片5-突刺具體實施方式如圖1和圖3所示，一種突刺電極，包括上下布置的兩層不銹鋼板外電極1，緊貼兩塊不銹鋼板外電極1內(nèi)表面設(shè)置的兩塊陶瓷板介質(zhì)2和位于兩塊陶瓷板介質(zhì)中心的突刺內(nèi)電極板3。突刺內(nèi)電極板3由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板上沖擊若干個半圓形或圓錐形的突刺5，兩塊不銹鋼板疊置時，突刺朝外，突刺的高度為1～2mm，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上，所有突刺在不銹鋼鐵皮上按一定規(guī)則交錯分布，分布密度為1×104～2×104個/m2；突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm，突刺內(nèi)電極板與陶瓷板介質(zhì)之間的間隙為廢氣通道，突刺內(nèi)電極板3兩端設(shè)置絕緣材料制成的內(nèi)電極支撐墊片4，以保證突刺電極尖端和陶瓷板2之間的間隙和突刺內(nèi)電極板3處于陶瓷板2的正中間。應(yīng)用于等離子體反應(yīng)器中時，內(nèi)外電極連接正負脈沖高壓電源。如圖1～圖3所示，一種等離子體催化反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體，該反應(yīng)器殼體為矩形殼體，殼體的一端為進氣口，另一端為出氣口，反應(yīng)器殼 體內(nèi)設(shè)置若干組疊置的突刺電極，每組突刺電極包括：上下布置的兩層不銹鋼板外電極1，緊貼兩塊不銹鋼板外電極1內(nèi)表面設(shè)置的兩塊陶瓷板介質(zhì)2和位于兩塊陶瓷板介質(zhì)正中心的突刺內(nèi)電極板3。突刺內(nèi)電極板3由兩塊不銹鋼板疊置而成，每塊不銹鋼板上沖擊若干個半圓形或圓錐形的突刺5，兩塊不銹鋼板疊置時，突刺朝外，突刺的高度為1～2mm，且所有突刺的刺尖位于同一水平面上，所有突刺在不銹鋼鐵皮上按一定規(guī)則交錯分布，分布密度為1×104～2×104個/m2；突刺的尖端與陶瓷板介質(zhì)之間的放電間隙為1～2mm，突刺內(nèi)電極板與陶瓷板介質(zhì)之間的間隙為廢氣通道，廢氣通道的兩端分別對應(yīng)進氣口和出氣口。為了氣體流動更加均勻，進氣口和出氣口位置可設(shè)置多孔板。突刺內(nèi)電極板3兩端設(shè)置絕緣材料制成的內(nèi)電極支撐墊片4，以保證突刺電極尖端和陶瓷板2之間的間隙和突刺內(nèi)電極板3處于陶瓷板2的正中間。反應(yīng)器殼體內(nèi)的內(nèi)外電極分別連接正負脈沖高壓電源。應(yīng)用例1采用平滑內(nèi)電極的等離子體催化反應(yīng)器，對柴油機尾氣中的黑煙進行處理，反應(yīng)器放電間隙為2mm，處理的柴油機尾氣中黑煙的顆粒濃度為2*108個/cm3，尾氣流量1.5L/min。當(dāng)反應(yīng)器器中注入的功率為20W時，黑煙的凈化效率達到81%。應(yīng)用例2采用帶有突刺內(nèi)電極的等離子體催化反應(yīng)器（即本發(fā)明的等離子體反應(yīng)器），對柴油機尾氣中的黑煙進行處理。反應(yīng)器突刺高度為1mm，放電間隙為1mm，突刺分布密度為1.2*104個/m2。處理的柴油機尾氣中黑煙的顆粒濃度為2*108個/cm3,尾氣流量1.5L/min。當(dāng)反應(yīng)器器中注入的功率為20W時，黑煙的凈化效率達到93%。突刺電極和平滑電極對柴油機的處理效果比較圖如圖4所示，很明顯，當(dāng)平滑內(nèi)電極改造成突刺電極時，黑煙的凈化效率顯著提升。