一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器的制作方法

本发明涉及废气处理装置技术领域，特别涉及一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器。

背景技术：

有机废气特别是挥发性有机物VOCs，是重要的空气污染源之一，是一种对人类身体健康危害极大的物质。大部分的VOCs具有毒性、致癌性和特殊的气味，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害，甚至许多VOCs已被确认是致癌物，如甲醛、多环芳烃、芳香胺类等。VOCs多半还能与大气中碳氢化合物和NOx反应形成光化学烟雾，造成二次污染。部分的卤代烃类的VOCs，进入高空气层还将引起臭氧层的破坏。研究和开发高效的有机废气处理装置有着现实的迫切需求和重大的应用价值。

在VOCs净化领域，相比于传统的吸附法、吸收法、冷凝法、燃烧法、生物法，新的工艺和方法也在不断出现。近年来低温等离子体技术以其处理流程短、效率高、适用范围广等特点，引起了人们极高的重视。但是低温等离子体技术自身存在许多不足之处，例如其能量效率不高、选择性不好以及容易产生CO和臭氧等方面的缺陷，限制了该技术的工业化应用。紫外光催化技术，作为催化领域的新兴技术，它具有能耗低、副产物少、反应条件温和、过程简单、易操作等优点，是一种环境友好型催化反应过程，在环境污染治理方面的应用越来越广泛。而单一的光催化技术也面临反应器受紫外光源的限制、处理效率不高、能量利用率低、光催化性能低，水蒸汽对催化剂催化性能的毒害，光催化剂的失活，有毒副产物的产生，难以处理高浓度大风量气体等缺点。为此，将等离子体技术和光催化剂技术有机结合，克服单一技术的缺陷，开发反应速度快，处理效果好的有机废气净化技术，能为有机废气净化提供新的途径和方法。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器，包括壳体、绝缘层，所述绝缘层固定于壳体外部，所述壳体内设有若干个等离子体放电单元、进气口、出气口、过滤除尘单元，所述等离子体放电单元包括两个不锈钢钢板，所述两个不锈钢钢板位于等离子体放电单元的两端，所述过滤除尘单元位于进气口和等离子体放电单元之间，所述进气口与过滤除尘单元的一端相连接，所述过滤除尘单元的另一端通过若干个等离子体放电单元与出气口相连接，两个不锈钢钢板中的一个不锈钢钢板连接地，所述两个不锈钢钢板中的另一个不锈钢钢板连接高压电，所述两个不锈钢钢板都设有若干个通孔，所述等离子体放电单元内填充有光催化剂，所述相邻两个等离子体放电单元共用一个不锈钢钢板，所述壳体内表面采用逆反射材料，所述两个不锈钢钢板之间的距离为200mm～500mm。反应器横截面可为圆形或方形，相应的过滤除尘单元、不锈钢钢板、催化剂的形状与之对应。为了减少整个反应器的阻力，过滤除尘单元一般采用不锈钢网过滤，根据实际粉尘特性，选择不同厚度和孔径的不锈钢网。另外，在运行过程中，需要定期更换不锈钢网。

所述光催化剂填充方式为直接填充方式或间接填充方式。

所述直接填充方式指的是将光催化剂颗粒直接放置于等离子体放电单元内。对于粉尘浓度较低的有机废气，适合采用直接填充方式。此时，光催化剂采用浸渍法负载在吸附剂颗粒上，光催化剂不仅能有效吸附有机废气，增加反应区污染物的浓度，大大提高放电区内等离子体反应效率和光催化反应效率，而且颗粒状光催化剂比表面积大，催化反应效果更好。吸附剂可以为硅藻土、分子筛或活性氧化铝等非碳基吸附剂。

本发明还包括载体，所述光催化剂和载体混合压制形成蜂窝状的填料层，所述填料层固定于等离子体放电单元内，所述填料层沿着气流方向开有若干个贯通的气流通道，所述光催化剂和载体混合压制形成蜂窝状的填料层为间接填充方式。对于粉尘浓度较高的废气处理，可优选填料层的间接填充方式。填料层优选为蜂窝式结构，由光催化剂和载体混合压制而成。

作为优选，所述壳体内设有两个等离子体放电单元。根据废气处理量和处理效率，可增减放电单元。

所述光催化剂为Mn-TiO₂复合催化剂。Mn催化剂为低温催化剂，可以分解放电过程中产生的O₃，生成活性O原子附着在催化剂表面，在较低温度下促进有机废气的降解，将Mn-TiO₂催化剂复合，能够大大提高催化效率。

所述通孔的孔径优选为1～2mm，所述光催化剂颗粒直径优选为1.5～2.5mm。通孔孔径的大小可以根据实际情况调节，目的是尽可能减少气流阻力。同时为了保证催化剂颗粒较好的保留在放电区内，光催化剂颗粒直径稍大于通孔直径即可。

所述通孔的孔径优选为1～2mm，所述催化剂填料层的气流通道直径优选为1～2mm，气流通道直径和通孔孔径相同。载体为Al₂O₃、SiO₂、沸石中的一种或多种。这几种载体都是较好的有机废气吸附剂，吸附后的有机物能在放电区和光催化区被分解脱除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、将等离子体氧化、光催化氧化以及吸附作用有机结合，实现有机废气的彻底分解和无害化，等离子体和光催化能相互促进，协同作用，效果突出。

2、将等离子体放电和光催化剂置于一个等离子体放电单元内，根据废气处理需求，等离子体放电单元可增减，同时结合催化剂颗粒直接填充，或负载催化剂的填料层的不同的填充方式，可满足不同的工程需求。

3、采用多孔不锈钢板放置于气流通道两端作为放电极，不仅可以实现气流的均布，而且能将放电过程产生的强紫外光有效传导到催化剂表面，促进放电和光催化剂的有机结合。同时反应装置整体结构简单实用，便于工业的放大应用。

4、此发明中等离子体和光催化协同发挥作用，光催化剂可将等离子体过程产生的O₃转化为O、OH强氧化剂用于净化有机废气，同时等离子体不仅能够代替紫外光作为光催化剂的驱动源,而且能够克服单紫外光催化存在时反应器结构、光源限制、电子与空穴复合、处理效率不高、能量利用率低、光催化性能低,不能处理高浓度、大流量废气、能量效率低的问题。

5、本发明先经过过滤除尘单元除去颗粒物后再通过等离子体放电单元进行处理，不论是粉尘或颗粒都能够被处理，净化有机废气效果好，壳体内表面采用逆反射材料使得等离子体放电过程产生的紫外光在反应器内分布更加均匀和强烈，光催化效果更加理想，有机废气氧化更加彻底。

附图说明：

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器，包括壳体1、绝缘层2，所述绝缘层2固定于壳体1外部，所述壳体1内设有两个等离子体放电单元、进气口3、出气口4、过滤除尘单元8，一个等离子体放电单元包括不锈钢钢板51、不锈钢钢板52，另一个等离子体放电单元包括不锈钢钢板52、不锈钢钢板53，两个等离子体放电单元共用一个不锈钢钢板52，不锈钢钢板52连接高压电，不锈钢钢板51、不锈钢钢板53都连接地，所述过滤除尘单元8位于进气口3和等离子体放电单元之间，所述进气口3与过滤除尘单元8的一端相连接，所述过滤除尘单元8的另一端通过两个等离子体放电单元与出气口相连接，所述三个不锈钢钢板都设有若干个通孔，所述等离子体放电单元内填充有光催化剂6。光催化剂填充方式为直接填充方式，所述直接填充方式指的是将光催化剂颗粒直接放置于等离子体放电单元内，所述壳体1内表面采用逆反射材料，所述两个不锈钢钢板之间的距离为200mm～500mm。本发明还包括绝缘层2，所述绝缘层2固定于壳体外部。所述光催化剂6为Mn-TiO₂复合催化剂。所述通孔的孔径为1～2mm，通孔开孔率40～60％，所述光催化剂颗粒直径为1.5～2.5mm。

反应器截面可为圆形或方形，相应的过滤除尘单元、不锈钢钢板形状与之对应。为了减少整个反应器的阻力，过滤除尘单元一般采用不锈钢网过滤，根据实际粉尘特性，选择不同厚度和孔径的不锈钢网。另外，在运行过程中，需要定期更换不锈钢网。

本发明用于处理对环境有着极大污染和危害人体健康的有机废气。具体讲就是利用等离子体放电过程中产生的强氧化性自由基如·OH、·H、·O、·HO₂将有机废气氧化，此外协同光催化剂，增强其氧化过程，同时光催化剂也有着较强的吸附能力，减少有机废气降解过程中产生的气溶胶态物质，从而使有机废气得以彻底净化。将等离子体氧化、光催化氧化以及吸附作用有机结合，实现有机废气的彻底分解和无害化，等离子体和光催化能相互促进，协同作用，效果突出。

采用多孔不锈钢板放置于气流通道两端作为放电极，不仅可以实现气流的均布，而且能将放电过程产生的强紫外光有效传导到催化剂表面，促进放电和光催化剂的有机结合。同时反应装置整体结构简单实用，便于工业的放大应用。等离子体和光催化作用的协同中，光催化剂可将等离子体过程产生的O₃转化为O、OH强氧化剂用于净化有机废气，同时等离子体不仅能够代替紫外光作为光催化剂的驱动源,而且能够克服单紫外光催化存在时反应器结构、光源限制、电子与空穴复合、处理效率不高、能量利用率低、光催化性能低，不能处理高浓度、大流量废气、能量效率低的问题。多孔不锈钢板还起到气流均布作用。两个等离子体放电单元共用一个不锈钢钢板52，节省材料，使反应器的结构更加简单实用。

所述光催化剂为Mn-TiO₂复合催化剂，Mn催化剂为低温催化剂，可以分解放电过程中产生的O₃，生成活性O原子附着在催化剂表面，在常温下促进有机废气的降解，将Mn-TiO₂催化剂复合，能够大大提高催化效率。

对于粉尘浓度较低的有机废气，适合采用直接填充方式。此时，光催化剂采用浸渍法负载在吸附剂颗粒上，光催化剂不仅能有效吸附有机废气，增加反应区污染物的浓度，大大提高放电区内等离子体反应效率和光催化反应效率，而且颗粒状光催化剂比表面积大，催化反应效果更好。吸附剂优选为硅藻土。本发明先经过过滤除尘单元除去颗粒物后再通过等离子体放电单元进行处理，不论是粉尘或者颗粒都能够被处理，净化有机废气的效果好，壳体内表面采用逆反射材料使得等离子体放电过程产生的紫外光在反应器内分布更加均匀和强烈，光催化效果更加理想，有机废气氧化更加彻底。

实施例二：

如图2所示，一种等离子体协同紫外光催化净化有机废气的反应器，包括壳体1、绝缘层2，所述绝缘层2固定于壳体1外部，所述壳体1内设有一个等离子体放电单元、进气口3、出气口4，等离子体放电单元包括不锈钢钢板51、不锈钢钢板52，不锈钢钢板52连接高压电，不锈钢钢板51都连接地，所述过滤除尘单元8位于进气口3和等离子体放电单元之间，所述进气口3与过滤除尘单元8的一端相连接，所述过滤除尘单元8的另一端通过两个等离子体放电单元与出气口相连接，所述不锈钢钢板51、不锈钢钢板52都设有若干个通孔，所述等离子体放电单元内填充有光催化剂6。本发明还包括载体，所述光催化剂和载体混合压制形成蜂窝状的填料层7，所述填料层7固定于等离子体放电单元内，所述填料层7沿着气流方向开有若干个贯通的气流通道，所述光催化剂和载体混合压制形成蜂窝状的填料层7为间接填充方式。

本发明还包括绝缘层2，所述绝缘层2固定于壳体外部。所述光催化剂6为Mn-TiO₂复合催化剂，载体为Al₂O₃、SiO₂、沸石中的一种或多种。所述通孔的孔径为1～2mm，所述催化剂填料层7的气流通道直径为1～2mm。所述壳体1内表面采用逆反射材料，所述两个不锈钢钢板之间的距离为200mm～500mm。

将等离子体、光催化以及吸附作用有机结合，实现有机废气的彻底分解和无害化，等离子体和光催化能相互促进，协同作用，效果突出。将等离子体放电和光催化剂置于一个等离子体放电单元，根据废气处理需求，等离子体放电单元可增减。同时结合催化剂颗粒直接填充，或负载催化剂的填料层的不同的填充方式，可满足不同的工程需求。对于粉尘浓度较高的废气处理，可优选填料层7的间接填充方式。

采用多孔不锈钢板放置于气流通道两端作为放电极，不仅可以实现气流的均布，而且能将放电过程产生的强紫外光有效传导到催化剂表面，促进放电和光催化剂的有机结合。同时反应装置整体结构简单实用，便于工业的放大应用。

等离子体和光催化作用的协同中，光催化剂可将等离子体过程产生的O₃转化为O、OH强氧化剂用于净化有机废气，同时等离子体不仅能够代替紫外光作为光催化剂的驱动源，而且能够克服单紫外光催化存在时反应器结构、光源限制、电子与空穴复合、处理效率不高、能量利用率低、光催化性能低,不能处理高浓度、大流量废气、能量效率低的问题。

本发明先经过过滤除尘单元除去颗粒物后再通过等离子体放电单元进行处理，不论是粉尘或者颗粒都能够被处理，净化有机废气的效果好，壳体内表面采用逆反射材料使得等离子体放电过程产生的紫外光在反应器内分布更加均匀和强烈，光催化效果更加理想，有机废气氧化更加彻底。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，例如壳体内设有若干个等离子体放电单元。总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的其有变形，均应认为是本发明的保护范围。