一种等离子协同光催化净化装置和净化方法与流程

本发明涉及环保设备领域，特别涉及一种等离子协同光催化净化装置和净化方法。

背景技术：

废气是指人类在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体。特别是化工厂、钢铁厂、制药厂以及炼焦厂和炼油厂等，排放的废气气味大，严重污染环境和影响人体健康；而有机污染物则是废气中对人体伤害最大的气体之一，有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物；现有的技术对有机污染物的处理措施主要是通过物理吸附或静电吸附，但是上述方法对有机污染物的处理程度有限，并且运行成本高，因此普通工厂一般会放弃上述方法而直接将废气排出至外界，导致对周边环境和居民的身体健康造成损坏。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种等离子协同光催化净化装置和净化方法。本技术方案通过过滤层过滤掉有机污染物中的颗粒物，通过等离子层向通道内释放高压电将有机污染物电离、解离或激发为离子或小分子自由基并最终生成二氧化碳和水；光化学层将有机污染物氧化分解为二氧化碳和水，并将二氧化碳和水通过排烟烟囱排出至外界；本技术方案结构简单，使用成本低廉，能够极大的降低甚至彻底消除工厂排放的废气中的有机污染物，并且排放对环境无害的水和二氧化碳，提高了工厂的环保等级，避免了工厂周边环境被有机污染物破坏，保护了工厂周边居民的身体健康。

本发明中的一种等离子协同光催化净化装置，包括箱体、过滤层、等离子层和光化学层；所述箱体内部具有连通所述箱体两端的通道，所述过滤层、等离子层和化学层依次固定在所述通道内；所述通道的一端为入口；

所述通道的另一端为出口，所述过滤层固定在所述通道朝向所述入口的一端上，所述等离子层固定在所述过滤层背向所述入口的一侧的通道内，所述光化学层固定在所述等离子层背向所述过滤层的一侧的通道内；

所述光化学层固定在所述通道内背向所述过滤层的一侧；所述光化学层包括UV光层和催化层，所述UV光层位于所述光化学层朝向所述过滤层的一侧，所述催化层位于所述光化学层背向所述过滤层的一侧；

所述等离子层向所述通道内释放高压电将有机污染物电离、解离或激发为离子或小分子自由基并最终生成二氧化碳和水；所述光化学层将有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。

上述方案中，还包括集气罩口、引力风机、排烟烟囱和检测平台；所述通道的入口所述过滤层的一端与集气罩口连接，所述通道的出口所述过滤层的一端与引力风机连接，所述引力风机背向所述箱体的一端与排烟烟囱连接；所述排烟烟囱的侧面具有抽样孔，所述检测平台与的顶部对应所述抽样孔。

上述方案中，所述过滤层包括过滤网和过滤框架，所述过滤网铺展在所述过滤框架内部，所述通道的轴向与所述过滤网垂直。

上述方案中，所述UV光层包括UV框架和紫外灯，所述紫外灯固定在所述UV框架上，所述UV框架固定在所述通道内。

上述方案中，所述催化层包括光触媒滤网和催化框架，所述光触媒滤网铺展在所述催化框架内并与所述催化框架连接；所述催化框架固定在所述通道内，所述通道的轴向与所述光触媒滤网垂直，所述紫外灯向所述光触媒滤网发射紫外光；所述光触媒滤网由二氧化钛胶性悬浮液涂布在滤网基板上制成。

上述方案中，所述等离子层包括电源箱、振荡升压装置、放电电极和基板；所述等离子电源箱与所述振荡升压装置连接，所述振荡升压装置与所述放电电极连接，所述放电电极固定在所述基板上，所述基板固定在所述通道内部。

上述方案中，所述振荡升压装置包括整流电路、第一滤波电路、谐振电路、第二滤波电路、推挽电路和变压电路；

所述整流电路与电源箱连接，所述整流电路还与第一滤波电路连接，所述第一滤波电路与谐振电路连接，所述谐振电路与所述第二滤波电路连接，所述第二滤波电路与所述推挽电路连接，所述推挽电路与所述变压电路连接。

上述方案中，所述整流电路包括二极管D1、D2、D3和D4；所述二极管D1的正极和所述二极管D3的负极分别与所述电源箱的火线连接，所述二极管D2的正极和所述二极管D4的负极分别与所述电源箱的零线连接；

所述第一滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端分别与所述二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，所述电容C2的另一端分别与所述二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；

所述谐振电路包括三极管VQ、电感L1、电容C2和二极管D5；所述三极管VQ的集电极分别与所述二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，所述三极管VQ的发射极分别与所述电感L1和二极管D5的负极连接；所述电感L1背向所述三极管VQ的一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；所述二极管D5的正极与与所述二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；

所述第二滤波电路包括电容C3，所述电容C3与所述电容C2相互并联连接。

上述方案中，所述推挽电路包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，二极管D6、D7、D8、D9，电容C4和电感L2；所述变压电路包括相互耦合的初级线圈L3和次级线圈L4；

所述二极管D6与所述三极管Q1并联，所述三极管Q1的集电极与所述二极管D6的负极连接，所述三极管Q1的发射极与所述二极管D6的正极连接，所述三极管Q1的发射极还与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端与所述电感L2连接，所述三极管Q1的集电极还与所述电感L1背向所述三极管VQ的一端连接；所述电感L2背向所述电容C4的一端与所述初级线圈L3的一端连接；

所述二极管D8与所述三极管Q3并联，所述三极管Q3的集电极与所述二极管D8的负极连接，所述三极管Q3的发射极与所述二极管D8的正极连接，所述三极管Q3的集电极还与所述电容朝向所述三极管Q1的发射极的一端连接；所述三极管Q3的发射极还与所述二极管D3和二极管D4的正极连接；

所述二极管D7与所述三极管Q2并联，所述三极管Q2的集电极与所述二极管D7的负极连接，所述三极管Q2的发射极与所述二极管D7的正极连接，所述三极管的发射极还与所述初级线圈L3背向所述电感L2的一端连接，所述三极管Q2的集电极还与所述电感L1背向所述三极管VQ的一端连接；

所述二极管D9与所述三极管Q4并联，所述三极管Q4的集电极与所述二极管D9的负极连接，所述三极管Q4的发射极与所述二极管D9的正极连接，所述三极管Q4的集电极还与所述初级线圈L3背向所述电感L2的一端连接，所述三极管Q4的发射极还与所述二极管D3和二极管D4的正极连接；

所述变压电路还包括电容C5和电容C6；所述电容C5与所述初级线圈L3相互并联连接，所述电容C6与所述次级线圈L4相互并联连接；所述次级线圈L4的两端分别与所述放电电极连接。

一种等离子协同光催化净化方法，包括以下步骤：

S1.将有机污染物通过集气罩口冲入通道内；

S2.过滤网过滤有机污染物中的颗粒物；

S3.等离子层的振荡升压装置将电源箱的火线提供的220V电压或380V电压提升至12000V-19000V，并通过放电电极形成高压50赫兹强电场；高压50赫兹强电场对有机污染物进行电离、解离或激发，使有机污染物内的有机分子分解离子或小分子自由基并最终生成二氧化碳和水；

S4.未经等离子层电离、解离或激发形成二氧化碳和水的有机污染物再次进入到光化学层；UV光层向催化层发射紫外光，位于光触媒滤网中的二氧化钛的价带上的电子将被紫外光所激发，并跃迁到导带形成自由电子，所述二氧化钛的价带将形成一个带正电的空穴，所述自由电子和空穴将形成为电子空穴对；

S5.电子空穴对和光触媒滤网上的水和氧气再次反应，形成具有氧化能力的自由基；所述自由基将有机污染物氧化分解为二氧化碳和水；

S6.将所述等离子层电离、解离或激发有机污染物所形成的二氧化碳和水，以及所述光化学层氧化分解有机污染物所形成的二氧化碳和水通过通道的出口排出至排烟烟囱，并由所述排烟烟囱排出至外界；

S7.工作人员还可通过抽样孔检测排烟烟囱排出的气体。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种等离子协同光催化净化装置和净化方法，结构简单，使用成本低廉，能够极大的降低甚至彻底消除工厂排放的废气中的有机污染物，并且排放对环境无害的水和二氧化碳，提高了工厂的环保等级，避免了工厂周边环境被有机污染物破坏，保护了工厂周边居民的身体健康。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种等离子协同光催化净化装置的结构示意图；

图2为本发明一种等离子协同光催化净化装置中振荡升压装置的电路图。

图中：1、箱体 2、过滤层 3、等离子层 4、光化学层

5、集气罩口 6、引力风机 7、排烟烟囱 8、检测平台

11、通道 12、入口 13、出口 21、过滤网 22、过滤框架

31、电源箱 32、振荡升压装置 33、放电电极 34、基板

321、整流电路 322、第一滤波电路 323、谐振电路

324、第二滤波电路 325、推挽电路 326、变压电路

41、UV光层 42、催化层 43、辅助UV光层 411、UV框架

412、紫外灯 421、光触媒滤网 422、催化框架 71、抽样孔

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明是一种等离子协同光催化净化装置，包括箱体1、过滤层2、等离子层3和光化学层4；箱体1内部具有连通箱体1两端的通道11，过滤层2、等离子层3和化学层依次固定在通道11内；通道11的一端为入口12；

通道11的另一端为出口13，过滤层2固定在通道11朝向入口12的一端上，等离子层3固定在过滤层2背向入口12的一侧的通道11内，光化学层4固定在等离子层3背向过滤层2的一侧的通道11内；

光化学层4固定在通道11内背向过滤层2的一侧；光化学层4包括UV光层41和催化层42，UV光层41位于光化学层4朝向过滤层2的一侧，催化层42位于光化学层4背向过滤层2的一侧；

等离子层3向通道11内释放高压电将有机污染物电离、解离或激发为离子或小分子自由基并最终生成二氧化碳和水；光化学层4将有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。

可选的，在等离子层3朝向过滤层的一侧还具有辅助UV光层43，辅助UV光层向等离子层3和催化层42发射紫外光。

可选的，过滤层2具有两个，两个过滤层2在通道11内依次布置。

优选的，等离子协同光催化净化装置还包括集气罩口5、引力风机6、排烟烟囱7和检测平台8；通道11的入口12过滤层2的一端与集气罩口5连接，通道11的出口13过滤层2的一端与引力风机6连接，引力风机6背向箱体1的一端与排烟烟囱7连接；排烟烟囱7的侧面具有抽样孔71，检测平台8与的顶部对应抽样孔71。

具体的，过滤层2包括过滤网21和过滤框架22，过滤网21铺展在过滤框架22内部，通道11的轴向与过滤网21垂直。

具体的，UV光层41包括UV框架411和紫外灯412，紫外灯412固定在UV框架411上，UV框架411固定在通道11内。

具体的，催化层42包括光触媒滤网421和催化框架422，光触媒滤网421铺展在催化框架422内并与催化框架422连接；催化框架422固定在通道11内，通道11的轴向与光触媒滤网421垂直，紫外灯412向光触媒滤网421发射紫外光；光触媒滤网421由二氧化钛胶性悬浮液涂布在滤网基板34上制成。

具体的，等离子层3包括电源箱31、振荡升压装置32、放电电极33和基板34；等离子电源箱31与振荡升压装置32连接，振荡升压装置32与放电电极33连接，放电电极33固定在基板34上，基板34固定在通道11内部。

具体的，振荡升压装置32包括整流电路321、第一滤波电路322、谐振电路323、第二滤波电路324、推挽电路325和变压电路326；

整流电路321与电源箱31连接，整流电路321还与第一滤波电路322连接，第一滤波电路322与谐振电路323连接，谐振电路323与第二滤波电路324连接，第二滤波电路324与推挽电路325连接，推挽电路325与变压电路326连接。

进一步的，整流电路321包括二极管D1、D2、D3和D4；二极管D1的正极和二极管D3的负极分别与电源箱31的火线连接，二极管D2的正极和二极管D4的负极分别与电源箱31的零线连接；

第一滤波电路322包括电容C1，电容C1的一端分别与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，电容C2的另一端分别与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；

谐振电路323包括三极管VQ、电感L1、电容C2和二极管D5；三极管VQ的集电极分别与二极管D1的负极和二极管D2的负极连接，三极管VQ的发射极分别与电感L1和二极管D5的负极连接；电感L1背向三极管VQ的一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；二极管D5的正极与与二极管D3的正极和二极管D4的正极连接；

第二滤波电路324包括电容C3，电容C3与电容C2相互并联连接；

推挽电路325包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，二极管D6、D7、D8、D9，电容C4和电感L2；变压电路326包括相互耦合的初级线圈L3和次级线圈L4；

二极管D6与三极管Q1并联，三极管Q1的集电极与二极管D6的负极连接，三极管Q1的发射极与二极管D6的正极连接，三极管Q1的发射极还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电感L2连接，三极管Q1的集电极还与电感L1背向三极管VQ的一端连接；电感L2背向电容C4的一端与初级线圈L3的一端连接；

二极管D8与三极管Q3并联，三极管Q3的集电极与二极管D8的负极连接，三极管Q3的发射极与二极管D8的正极连接，三极管Q3的集电极还与电容朝向三极管Q1的发射极的一端连接；三极管Q3的发射极还与二极管D3和二极管D4的正极连接；

二极管D7与三极管Q2并联，三极管Q2的集电极与二极管D7的负极连接，三极管Q2的发射极与二极管D7的正极连接，三极管的发射极还与初级线圈L3背向电感L2的一端连接，三极管Q2的集电极还与电感L1背向三极管VQ的一端连接；

二极管D9与三极管Q4并联，三极管Q4的集电极与二极管D9的负极连接，三极管Q4的发射极与二极管D9的正极连接，三极管Q4的集电极还与初级线圈L3背向电感L2的一端连接，三极管Q4的发射极还与二极管D3和二极管D4的正极连接；

变压电路326还包括电容C5和电容C6；电容C5与初级线圈L3相互并联连接，电容C6与次级线圈L4相互并联连接；次级线圈L4的两端分别与放电电极33连接。

具体的，电源箱31向振荡升压装置32提供的220V电压或380V；

当电源箱31的火线输出的交流电为正半周时，该交流电经过二极管D1输入至三极管VQ的集电极，操作三极管VQ的基极对该交流电进行放大并输出至电感L1，电感L1和电容C2组成谐振电路323对放大后的交流电进行频率调节后输出至三极管Q1的集电极，操作三极管Q1的基极对该交流电再次进行放大，并以此经三极管Q1的发射极、电容C4和电感L2输出至初级线圈L3，变压电路326对该交流电的电压再次进行放大使次级线圈L4获得12000V-19000V的高压；电感L3将交流电通过三极管Q4和二极管D4回传至电源箱31的零线；

当电源箱31的火线输出的交流电为负半周时，该交流电经过二极管D2输入至三极管VQ的集电极，操作三极管VQ的基极对该交流电进行放大并输出至电感L1，电感L1和电容C2组成谐振电路323对放大后的交流电进行频率调节后输出至三极管Q2的集电极，操作三极管Q2的基极对该交流电再次进行放大，并以此经三极管Q2的发射极输出至初级线圈L3，变压电路326对该交流电的电压再次进行放大使次级线圈L4获得12000V-19000V的高压；电感L3将交流电依次通过电感L2、电容C4和三极管Q3和二极管D3回传至电源箱31的火线；

通过利用推挽电路325和变压电路326对电源箱31提供的220V电压或380V进行升压，提高了升压效率并缩短了升压时间，降低了等离子层3的升压能耗。

一种等离子协同光催化净化方法，包括以下步骤：

S1.将有机污染物通过集气罩口5冲入通道11内；

S2.过滤网21过滤有机污染物中的颗粒物；

S3.等离子层3的振荡升压装置32将电源箱31的火线提供的220V电压或380V电压提升至12000V-19000V，并通过放电电极33形成高压50赫兹强电场；高压50赫兹强电场对有机污染物进行电离、解离或激发，使有机污染物内的有机分子分解离子或小分子自由基并最终生成二氧化碳和水；

其中，在高压50赫兹强电场作用下，等离子层3附近将产生大量的平均能量在1eV～10eV的高能电子，进而可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应，水分子或氧气分子将受到高能电子轰击形成活性基因，活性基因将与有机污染物反应生成二氧化碳和水；其能量传递过程如下：

A.强电场+电子→高能电子

B.

如：O₂+e→O·+O₃+O₂-；

H₂O+e→HO·+H；

C.活性基因+有机污染物分子(或原子)→生成物+热

如：CnHm+(n+m/4)O₂+e→nCO₂+mH₂O+热

D.活性基因+活性基因→生成物+热。

S4.未经等离子层3电离、解离或激发形成二氧化碳和水的有机污染物再次进入到光化学层4；UV光层41向催化层42发射紫外光，位于光触媒滤网421中的二氧化钛的价带上的电子将被紫外光所激发，并跃迁到导带形成自由电子，二氧化钛的价带将形成一个带正电的空穴，自由电子和空穴将形成为电子空穴对；

其中，上述过程的反应式为：

二氧化钛+紫外光→e+H+

S5.电子空穴对和光触媒滤网421上的水和氧气再次反应，形成具有氧化能力的自由基；自由基将有机污染物氧化分解为二氧化碳和水；

其中，光触媒滤网421通过催化框架422固定在通道11内部，为有机污染物的氧化分解提供了稳定而持续的催化剂和适宜的催化面积，光触媒滤网421内还具有分子筛(图中未示出)，分子筛的吸附力可使有机污染物和臭氧以及自由基富集在分子筛的微孔内并充分反应。

O₂+e→O·+O₃+O₂-；

H₂O+e→HO·+H；

CnHm+(n+m/4)O₂+e→nCO₂+mH₂O+热；

CnHm+(2n+m)HO·+e→nCO₂+mH₂O+热；

S6.将等离子层3电离、解离或激发有机污染物所形成的二氧化碳和水，以及光化学层4氧化分解有机污染物所形成的二氧化碳和水通过通道11的出口13排出至排烟烟囱7，并由排烟烟囱7排出至外界；

S7.工作人员还可通过抽样孔71检测排烟烟囱7排出的气体；工作人员可通过排烟烟囱7排出的气体的检测结果，对过滤层2、等离子层3和光化学层4进行调校。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。