光电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法

1.本发明属于复杂烟气净化技术领域，具体涉及一种光电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法。


背景技术：

2.布袋除尘器作为最普遍的除尘方式，在机体、技术、滤袋选择上都非常成熟，唯一的问题是布袋的使用寿命。在除尘布袋长期运行或停运过程中，在高湿度物质或油性物质与滤袋发生接触的工况中，灰尘在除尘布袋过滤面或滤料内部凝聚、粘附且无法被清灰系统有效清除的便会导致糊袋现象。烟气成分复杂，除颗粒物、氮氧化物、硫化物等常规污染物外，由于燃料的不充分燃烧还会产生高碳类的油性黏结物质，如焦油类粒子、炭黑固体粒子、大分子黏结物质等，随着烟气温度降低，高碳类油性物质在颗粒物的混合下极易形成糊袋，造成除尘器压差居高不下、风机超负荷运行等问题，严重时甚至会出现机组负荷上不去、风机烧毁或锅炉停炉等后果。
3.最常见的减少糊袋的方法是通过更换新滤袋，但糊袋为异常状况，备用件无法满足全面更换的需求，且再行定购滤袋需要额外的时间周期，同时拆装繁琐、施工周期长和费用成本高。现有的强力清灰技术利用瞬间喷出的大气量压缩空气产生振动波，实现对滤袋表面积灰的强力清除，尤其适用于滤袋表面粉尘板结与糊袋的情况，具有清灰效果好、清灰时间短的特点，但极易破坏布袋结构，减少使用寿命，清灰产生的污泥易造成二次污染等缺点。
4.为防治除层器布袋糊袋为企业带来的经济损失及为环境造成的超低排放压力，现具有防止糊袋和自动清灰功能一体化的技术也越来越受到关注，例如专利《一种防糊袋的袋式除尘器》（授权公布号cn211585670u）中介绍了一种反应器中固定设置放置架，将吸附剂放置于放置架上，可起到除去烟气中水分防止滤袋糊袋的效果。该方法虽然可去除烟气中的水分从而减少糊袋产生，但是对于含有黏结性焦油大分子等高毒性高粘度的有机物的复杂烟气却毫无解决办法，高毒性黏结性有机物附着在吸附剂表面可使吸附剂失效，同时被污染的吸附剂极有可能成为二次污染；发明申请《一种防止袋式除尘器滤袋糊袋的烟气冷却装置及方法》（申请公布号cn111644013a）公开了一种通过烟气冷却机构对烟气进行冷却，从而有效防止滤袋糊袋，避免了由于滤袋糊袋而影响烟气除尘的情况发生的方法。但单纯通过物理冷凝的方式使烟气冷却减少糊袋的方法对复杂烟气同样一筹莫展，况且高温烟气冷凝需要消耗大量的能源，对于烟气中的酸性气体对设备的腐蚀也无法控制；专利《一种大流通防糊袋复合脉冲布袋除尘器》（授权公布号cn210699208u）公开了一种通过在滤料表面喷涂预喷粉，防止尘带尘气流中的水汽、油雾等粘连到灰斗、缓冲板、中箱体、上箱体内壁或滤袋的表面，然后再关闭循环预喷涂装置中的电动阀，启动大通量脉冲气流进行脉冲清灰。该发明虽将清灰和消除糊袋有效耦合起来，但滤料表面喷涂的预喷粉被黏结性有机物、油等物质包裹之后形成难处理高毒性的污泥，又会造成二次污染，同时滤料表面喷涂的预喷粉极有可能吸附到滤袋内部而难以清除造成糊袋，对酸性气体的腐蚀作用也无法避免，
制作成本高且设备复杂，难以精确把控。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法，该方法是将工业废气从除尘净化反应器下部通入除尘净化反应器中，其中除尘净化反应器包括壳体、阳极组件、阴极组件、外层灰斗、内层灰斗，壳体下部设置有切向进气口，阳极组件设置在壳体内侧，阴极组件设置在壳体中心处，外层灰斗固定在壳体底部并与其连通，内层灰斗固定在阴极组件底部；阳极组件由阳极和滤布ⅰ组成，阳极为集尘极，集尘极为圆筒金属笼，其上涂覆具有高电催化功能的电催化涂层，滤布固定在集尘极内侧；阴极组件包括阴极、复合催化剂、滤布ⅱ，复合催化剂填充在阴极内，阴极为圆筒金属笼，金属笼内呈十字交叉设置有2个金属板或金属网，复合催化剂为负载了光催化剂和纳米发光材料的海绵金属纤维，滤布ⅱ固定在阴极外侧；阳极和阴极分别与电源正负极连接，阴极组件顶部设置有出气口，阴极内上部设置有气体分布板并位于出气口下方；在
‑
35kv～35kv交变电压作用下处理烟气，在实现细颗粒物净化的同时，消除布袋糊袋的问题，净化过程中在交变电压作用下能实现装置的清灰。
6.所述工业废气是含有粘结性大分子、高碳类有机物、无机气态污染物、细颗粒物、水分的烟气，例如焦化烟气、硅冶炼烟气、黄磷尾气、铜冶炼烟气等。
7.所述阳极金属笼为直径0.5～5mm的镍丝、钛丝、镍钛合金丝编织焊接制得，电催化涂层的材料为tio2、m
‑
tio2、mox
‑
ruo2、mox
‑
石墨烯
‑
tio2、ruo2、m
‑
ruo2、mox
‑
ruo2、mox
‑
石墨烯
‑
ruo2的一种，其中m为zr、sn、la、mn、t中的一种。
8.所述光催化剂和纳米发光材料的质量比为1:1～5:1，光催化剂为m1o/m2、m1o/m2o
x
、m1o/m2o
x
/g
‑
c3n4、m1o/m2cs中一种或多种，其中m1为zn、ti、mn、co中的一种，m2为ag、fe、ce、sn中一种；纳米发光材料为zno、al
‑ꢀ
cbn、zno
‑
zns、zno
‑
mox、can中一种或多种，其中m为si、al、pb、mg中的一种。
9.上述催化剂材料均为常规市售产品或按常规方法制得的。
10.所述滤布ⅰ或滤布ⅱ的制备是以美斯塔针刺毡滤料、p84玻纤复合滤料、芳纶滤料、氟美斯滤料、ptfe滤料中的一种作为载体，在滤料上均匀涂上四氟乙烯、六氟丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、氟烯烃、烷基乙烯基醚/酯共聚物、聚偏氟乙烯中的一种，涂抹均匀后在40～100℃下烘干制得。
11.工业废气温度为80～400℃。
12.本发明方法实施时，将工业废气以0.1～1m/s速度由除尘净化反应器下部的切向进气口通入阳极组件、阴极组件之间的腔体内，阳极和阴极与电源连接，在
‑
35kv～35kv交变电压作用下，阴极外侧及阳极内侧的滤布作为介质阻挡放电中介质，在交变电压下介质阻挡放电产生具有高催化氧化活性低温等离子体、高能电子（2~20ev）、自由基以及活性粒子，并与阳极上的电催化涂层协同作用，可直接裂解烟气中黏结性大分子和高碳类油性物质（如焦油类粒子、炭黑固体粒子、高沸点物质放入凝缩液滴等）为低粘度污染物及小分子污染物，低粘度污染物及小分子污染物在烟气带动下通过阴极组件，在电压刺激下，均匀分散在海绵金属纤维上的纳米发光材料电致发光，纳米发光材料产生波长低于400微米的紫外光，同时在高压等离子产生过程中同样激发空气产生紫外光，在紫外辐射刺激下负载在
海绵金属纤维上的光催化剂激发，产生具有高强净化能力的空穴电子对，产生高的光催化活性，由于海绵金属纤维填充均匀，烟气在海绵金属纤维中均匀流动，使之与空穴电子对得到更好的结合，同时在电压刺激下，纳米级别的金属氧化物型发光材料同时具有电催化活性，在光电协同催化作用下，能使烟气中小分子污染物彻底分解，从而有效避免高碳类油性黏结物质糊袋，从源头上消除糊袋，且实现复杂烟气高效深度净化；同时工业废气中细颗粒物在交变电压放电下在阴极荷电，在电场作用下趋向运动聚集到阳极，细颗粒聚集为大颗粒，从而落入外层灰斗中，在高交变电压频率的刺激下，滤布表面电性相反的颗粒物相互吸引、碰撞，使电滤布表面的颗粒物团块破碎、下落，实现滤布的清灰自洁净，同时在催化阳极及阴极均设置电滤布，实现多处除尘，使烟气中超细颗粒物得到99.9%的去除率。
13.阴阳电极本身具有一定的电阻，在通电情况下产生较高的热量，从而将热量传递与滤布上，使滤布体系温度高于烟气露点30℃及以上，保证烟气中的水蒸气即使在含硫量较高的情况下也不会结露引起糊袋。
14.本发明光电协同介质阻挡等离子体深度净化复杂烟气同时高效消除糊袋的自洁净方法可直接裂解烟气中黏结性大分子和高碳类有机物为低粘度小分子，从源头上消除糊袋；在光催化、电催化、等离子体氧化裂解三者协同净化的技术上，可从源头上100%消除糊袋现象，且实现烟气深度高效净化，解决工业中由于烟气复杂、温度低等问题而难以净化的问题。
15.本发明的优点：1、本发明首次将电致发光材料与光催化、电催化及介质阻挡放电有机结合，实现复杂烟气中难降解污染物的高效深度净化，可从源头上消除黏结性糊袋，延长反应器使用寿命；2、本发明使用多层过滤、双层灰斗设置，可实现烟气中超细颗粒物的高效去除，去除率大于99.9%；同时使用海绵金属纤维，不仅能实现发光材料及光催化材料的均匀负载，还能起到调整烟气的作用；3、本发明对复杂烟气温度要求低，可在80
‑
400℃内实现烟气高效净化，实现低温下高效净化工业烟气、高温下设备不腐蚀且寿命长不糊袋等优势，具有广阔的适应性；4、本发明通过电滤布表面覆盖的自洁净涂层可疏水疏油且耐腐蚀，能广泛适应于各种复杂成分气体，且能保证电滤布长时间处于最佳状态；5、本发明使用交变电压清灰，通过控制交变电压正负强度及频率实现颗粒物碰撞、凝聚、沉降，避免振荡清灰对糊袋的损伤及脉冲气流清灰产生的颗粒物二次扬起。
附图说明
16.图1为除尘净化反应器结构示意图图2为图1中a
‑
a剖视结构示意图；图3为阳极结构示意图；图4为阴极结构示意图；图5为气体分布板结构示意图；图中：1
‑
切向进气口；2
‑
外层灰斗；3
‑
内层灰斗；4
‑
壳体；5
‑
阳极；6
‑
滤布ⅰ；7
‑
滤布
ⅱ
；8
‑
阴极；9
‑
海绵金属纤维；10
‑
气体分布板；11
‑
出气口。
具体实施方式
17.下面通过附图和实例对本发明做进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
18.实施例1：本光电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法如下：工业废气为焦化废气，其中颗粒物浓度为20mg/m3，含有2%焦油，1.2%苯系物，大量vocs及其他气态污染物如图1
‑
5所示，本实施例中除尘净化反应器包括壳体4、阳极组件、阴极组件、外层灰斗2、内层灰斗3，壳体4下部设置有切向进气口1，阳极组件设置在壳体内侧，阴极组件设置在壳体中心处，外层灰斗2固定在壳体4底部并与其连通，内层灰斗3固定在阴极组件底部；阳极组件由阳极5和滤布ⅰ6组成，阳极为集尘极，集尘极为圆筒镍丝笼（镍丝直径2mm，100目），其上通过电沉积法均匀负载tio2电催化涂层（tio2电沉积方法参见“王燕峰. 电沉积sn
‑
tio2复合钎料及钎焊界面反应研究[d].大连理工大学,2019.”），滤布ⅰ固定在集尘极内侧，滤布ⅰ是以芳纶滤料作为载体，在滤料上均匀涂上四氟乙烯，涂抹均匀后在60℃下烘干制得；阴极组件包括阴极8、复合催化剂、滤布ⅱ7，复合催化剂填充在阴极内，阴极为100目的镍制金属网焊接成的圆筒笼（镍丝直径2mm），金属笼内呈十字交叉设置有2个镍网，复合催化剂为负载了光催化剂和纳米发光材料的海绵金属纤维9，发光材料选择纳米zno
‑
al材料（其制备过程参见“杨超. 温度冲击环境下al掺杂zno的光电特性研究[d].江苏大学,2020.“），光催化材料选择tio2‑
ceo2，（其制备方式参照任仲贺等的tio2/ceo2对ni基激光熔覆层组织和性能的影响[j].激光与光电子学进展,2019,56(07):204
‑
210.），将制备好的光催化材料和发光材料按照3:1的比例混合均匀后附着在海绵金属纤维表面（附着方式参见“一种将固体微粒附着在大尺寸固体基材表面的方法，cn200910046549.3”），滤布ⅱ固定在阴极外侧，滤布ⅱ是以芳纶滤料作为载体，在滤料上均匀涂上聚三氟氯乙烯，涂抹均匀后在60℃下烘干制得；阳极和阴极分别与电源正负极连接，切向进气口1与阳极组件、阴极组件之间的腔体连通，阴极组件顶部设置有出气口11，阴极内上部设置有气体分布板10并位于出气口下方；将220℃焦化废气从除尘净化反应器下部的切向进气口1以0.3m/s速度通入除尘净化反应器中，在15kv交变电压作用下处理烟气，在实现细颗粒物净化的同时，消除布袋糊袋的问题，净化完成后获得净化后气体，净化后气体经过气体分布板10从出气口11排出，同时在交变电压作用下实现装置的清灰；净化后的出气口检测烟气pm2.5浓度仅为0.02mg/m3，出口为检测到焦油、苯系物及相关vocs，且装置能在长时间高效运行，压力降控制在1200pa以内，说明可有效防治糊袋。
[0019]
实施例2：本光电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法如下：工业废气为黄磷尾气，其中颗粒物浓度为60mg/m3，含有8%黄磷单质，4000ppmh2s，500ppmhcn及其他气态污染物如图1
‑
5所示，本实施例中除尘净化反应器包括壳体4、阳极组件、阴极组件、外层灰斗2、内层灰斗3，壳体4下部设置有切向进气口1，阳极组件设置在壳体内侧，阴极组件设
置在壳体中心处，外层灰斗2固定在壳体4底部并与其连通，内层灰斗3固定在阴极组件底部；阳极组件由阳极5和滤布ⅰ6组成，阳极为集尘极，集尘极为圆筒铁丝笼（铁丝直径1mm，80目），其上通过刷涂法均匀负载ruo2‑
sno2电催化涂层（ruo2‑
sno2负载方法参见“杨辉等的ti/sno2‑
ruo2电极电催化降解结晶紫废水研究[j].水处理技术,2018,44(10):39
‑
43.”），滤布ⅰ固定在集尘极内侧，滤布ⅰ是以氟美斯滤料作为载体，在滤料上均匀涂上烷基乙烯基醚/酯共聚物，涂抹均匀后在80℃下烘干制得；阴极组件包括阴极8、复合催化剂、滤布ⅱ7，复合催化剂填充在阴极内，阴极为60目的铁制金属网焊接成的圆筒笼（镍丝直径1mm），金属笼内呈十字交叉设置有2个铁网，复合催化剂为负载了光催化剂和纳米发光材料的海绵金属纤维9，发光材料选择纳米al
‑ꢀ
cbn材料（其制备过程参见“王鹏飞. 立方氮化硼基多晶材料的制备与功能特性研究[d].天津大学,2010.”），光催化材料选择mno2‑
sno2（制备方式参照“杨文翠等的电解锰用钛基修饰阳极ti/sno2/mno2的制备与性能研究[j].矿冶工程,2014,34(03):90
‑
93+96.”），将制备好的光催化材料和发光材料按照5:1的比例混合均匀后附着在海绵金属纤维表面（附着方式参见cn108262236b，一种固体颗粒在金属工件曲面表面的粘附方法），滤布ⅱ固定在阴极外侧，滤布ⅱ是以芳纶滤料作为载体，在滤料上均匀涂上聚三氟氯乙烯，涂抹均匀后在60℃下烘干制得；阳极和阴极分别与电源正负极连接，切向进气口1与阳极组件、阴极组件之间的腔体连通，阴极组件顶部设置有出气口11，阴极内上部设置有气体分布板10并位于出气口下方；将350℃焦化废气从除尘净化反应器下部的切向进气口1以0.2m/s速度通入除尘净化反应器中，在20kv交变电压作用下处理烟气，在实现细颗粒物净化的同时，消除布袋糊袋的问题，净化完成后获得净化后气体，净化后气体经过气体分布板10从出气口11排出，在交变电压作用下实现装置的清灰；净化后的出气口检测烟气pm2.5浓度仅为0.05mg/m3，h2s出口浓度小于5ppm，出口为检测到hcn和黄磷单质，且装置能在长时间高效运行，压力降控制在1500pa以内，说明可有效防治糊袋。
[0020]
实施例3：本光电催化协同介质阻挡等离子体深度净化烟气且消糊的方法如下：工业废气为工业硅冶炼烟气，其中微硅粉浓度为2500mg/m3，含有no
x
200ppm，so
2 800ppm及其他气态污染物如图1
‑
5所示，本实施例中除尘净化反应器包括壳体4、阳极组件、阴极组件、外层灰斗2、内层灰斗3，壳体4下部设置有切向进气口1，阳极组件设置在壳体内侧，阴极组件设置在壳体中心处，外层灰斗2固定在壳体4底部并与其连通，内层灰斗3固定在阴极组件底部；阳极组件由阳极5和滤布ⅰ6组成，阳极为集尘极，集尘极为圆筒镍丝笼（镍丝直径0.5mm，150目），其上均匀负载sno2
‑
石墨烯
‑
tio2电催化涂层（sno2‑
石墨烯
‑
tio2负载方法参见“辛王鹏. sno_2@tio_2/石墨烯复合气凝胶的合成及应用[d].齐鲁工业大学,2019.”），滤布ⅰ固定在集尘极内侧，滤布ⅰ是以ptfe滤料作为载体，在滤料上均匀涂上聚偏氟乙烯，涂抹均匀后在60℃下烘干制得；阴极组件包括阴极8、复合催化剂、滤布ⅱ7，复合催化剂填充在阴极内，阴极为20目的镍制金属网焊接成的圆筒笼（镍丝直径0.5mm），金属笼内呈十字交叉设置有2个镍网，复合催化剂为负载了光催化剂和纳米发光材料的海绵金属纤维9，发光材料选择纳米zno/zns材料（其制备过程参见“赵海霞等的zno/zns核壳纳米线界面缺陷的
形成及发光特性研究[j].中国光学,2019,12(04):873
‑
880.”），光催化材料选择mno2
‑
sn，（其制备方式参照田凤琴等的超级电容器用高倍率sn改性mno2电极材料[j].电源技术，2014，38(08):1493
‑
1496），将制备好的光催化材料和发光材料按照3:1的比例混合均匀后附着在海绵金属纤维表面（附着方式参见cn108262236a，一种固体颗粒在金属工件曲面表面的粘附方法），滤布ⅱ固定在阴极外侧，滤布ⅱ是以ptfe滤料滤料作为载体，在滤料上均匀涂上聚偏氟乙烯，涂抹均匀后在60℃下烘干制得；阳极和阴极分别与电源正负极连接，切向进气口1与阳极组件、阴极组件之间的腔体连通，阴极组件顶部设置有出气口11，阴极内上部设置有气体分布板10并位于出气口下方；将400℃工业硅冶炼烟气从除尘净化反应器下部的切向进气口1以0.5m/s速度通入除尘净化反应器中，在5kv交变电压作用下处理烟气，在实现细颗粒物净化的同时，消除布袋糊袋的问题，净化完成后获得净化后气体，净化后气体经过气体分布板10从出气口11排出，在5mhz的交变电压下实现装置的清灰；净化后的出气口检测烟气微硅粉浓度仅为15mg/m3，nox出口浓度小于5ppm，so2出口浓度小于20ppm，且装置能在长时间高效运行，压力降控制在1500pa以内，说明可有效防治糊袋。