介质阻挡放电等离子体协同Fe^(2+)降解水中萘普生

文章利用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体与Fe^(2+)协同降解水中萘普生(NPX),并与单一DBD等离子体体系进行比较。分别探究Fe^(2+)浓度、放电功率、初始pH值及天然有机物(natural organic matter,NOM)的质量浓度对NPX去除效果的影响。采用液质联用技术分析NPX降解产物,并使用毒性评估软件工具(Toxicity Estimation Software Tool,T.E.S.T.)分析预测产物的生物毒性。结果表明:在介质阻挡放电等离子体协同Fe^(2+)体系中,当Fe^(2+)浓度为200μmol/L、放电功率为71 W、初始pH值为4.0时NPX去除效果最好,而水中NOM的存在会抑制NPX的降解。NPX降解过程较符合准一级反应动力学模型,检测出7种中间产物,提出可能的降解路径。生物毒性预测结果表明,NPX在降解过程中会生成毒性更高的产物。

Mn基金属有机骨架(MOFs)催化剂制备及介质阻挡放电(DBD)等离子体协同催化降解甲苯

采用溶剂热合成法制备了Mn-MOF-74和Mn-TPA-DMF两种Mn基MOFs催化剂,并用XRD、FTIR、SEM、BET和XPS等对催化剂进行了表征.采用催化剂与介质阻挡放电(DBD)等离子体反应器协同系统评估甲苯气体降解性能.研究结果表明,采用DBD/Mn-MOF-74催化降解甲苯,当能量密度为830.57 J·L^(-1)、氧气体积分数为4%时,甲苯降解率达97.3%,CO_(2)选择性为49.4%,矿化度为72.8%,能量效率为5.77 g·kWh^(-1).与单独DBD相比,Mn基MOF催化剂的引入提高了甲苯的去除率、CO_(2)的选择性和碳平衡,有效抑制了副产物O_(3)和NO_(x)的生成(下降了约50%).与Mn-TPA-DMF相比,Mn-MOF-74表现出更优越的等离子体协同催化性能.结合催化剂的表征结果及性能评估,推测Mn基MOFs大的比表面积、表面吸附氧(Oads)、Mn多价态(Mn^(2+),Mn^(3+),Mn^(4+))之间的电荷循环转移是影响催化性能的关键因素.

介质阻挡放电电气参数与反应器参数的测量

介质阻挡放电(DBD)是产生大气压低温等离子体的主要途径之一,准确地测量其电气参数与反应器参数对优化DBD等离子体反应器设计和提高放电效率具有重要意义。通过所建立的实验装置测量了DBD的电压-电流波形图、放电发光图像及电压-电荷Lissajous图形,利用所得到的测量结果进一步计算得到DBD的介质电容、气隙电容、起始放电电压和放电功率等电气参数和反应器参数,并将这些值与根据反应器结构计算得到的值进行比较。结果表明,测量结果得到的DBD电气参数和反应器参数与反应器结构计算得到的值是基本一致的。

高频介质阻挡放电反应器结构研究

甲醛,作为一种广泛使用并非常有害的有机废气,已在很多场合对人体健康构成严重威胁。笔者研究利用高频介质阻挡放电技术进行降解甲醛的实验研究,考察了反应器结构参数对甲醛降解率的影响,并对高频介质阻挡放电产生的低温等离子体去除甲醛的机理进行分析。实验结果表明,其它条件稳定不变的情况下,放电极和反应器介质管径变化对甲醛降解率有显著的非单调的影响,对于放电极直径和反应器介质管径应存在最佳尺寸配比,使得甲醛降解率最高;钨丝比铜丝和不锈钢丝更适合作为反应器内部轴线放电极;采用相对介电常数较大的99瓷作为阻挡层介质材料,甲醛降解率从41%提高到76%;在电源输出功率一定的条件下,反应器有效反应长度存在最佳值。该研究通过考察反应器结构参数变化对甲醛的降解效果的影响,从而达到反应器最优化的目的,并为该技术应用于工业废气的处理及室内空气净化打下基础。

DBD等离子体反应器放电功率测量的研究

在明确 DBD放电反应器工作原理的基础上 ,讨论放电功率的几种测量方法的优缺点 ,其中包括功率表法、瞬时功率曲线法和电压 /电荷利萨如图形法 ,介绍了基于 PC的放电功率在线测量系统的组成 。

基于响应曲面中心组合设计的介质阻挡负载特征参数分析与优化

为了充分发挥介质阻挡放电(DBD)负载的性能,以高频脉冲激励作为介质阻挡负载的激励波形,以第一次放电时的负载电流幅值作为优化目标。基于响应曲面法中心组合设计建立数学模型,分析介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间和相对介电常数4个因素对高频脉冲激励下DBD负载第一次放电时负载电流幅值的影响,优化介质阻挡负载特征参数。结果表明,对DBD负载电流的影响强度从大到小依次为介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间、相对介电常数。在本文设定条件下,负载电流幅值的最大值8.692A在脉冲升降沿时间为200ns、脉冲电压幅值为4kV、介质阻挡层厚度为1mm、相对介电常数为8时获得。

介质阻挡放电添加工业木屑对NO转化效率的研究

主要探究同轴圆筒式介质阻挡放电反应器的电源参数以及在其内部添加生物质对烟气中NO转化效率的影响。分析了电源参数以及不同种类生物质(工业木屑、农作物秸秆)的填充对NO转化效率的影响。结果表明:该系统最适脱除频率为9.1 kHz;各种生物质中NO转化效率最高的是工业木屑,其他3种生物质的脱除效率也都优于无填充。对不同种类生物质分别进行了酸碱改性处理,并进行了电镜扫描(SEM)分析,结果表明:工业木屑的最佳酸碱改性条件是1%的HCl溶液、4%的NaOH溶液,玉米秸秆的最佳酸碱改性条件是4%HCl溶液、2%NaOH溶液,水稻秸秆的最佳酸碱改性条件是3%HCl溶液、8%NaOH溶液,小麦秸秆的最佳酸碱改性条件是4%HCl溶液、2%NaOH溶液。

基于质谱法的大气压介质阻挡放电等离子体中O_(3)和N_(2)O组分的测量

为提高介质阻挡放电(DBD)在大气压条件下低温等离子体的产率以及设备的稳定性和可靠性,降低处理成本,提高航天发射废水的降解率,利用四极杆质谱仪设计了一套基于质谱法的大气压DBD等离子体中O_(3)和N_(2)O组分测量系统,通过测量等离子体组分和未放电时的大气组分来证实该方法的可行性。结果表明,在101.325 kPa大气压条件下,使用6管同轴介质阻挡放电,在控制电压为200 V时,O_(3)和N_(2)O的组分浓度达到最高;在控制电压为200 V,空气流量为7.8 L/min时,O_(3)的组分浓度达到最高;在空气流量为3.8 L/min时,N_(2)O的组分浓度达到最高。综上所述,控制电压和空气流量对等离子体组分浓度有较大影响,解决了传统质谱法难以应用于大气压条件下DBD等离子体活性产物测量和强电场对质谱仪干扰的问题。本研究结果在DBD反应器的优化、关键参数的调控和实现大气压DBD在降解航天推进剂废水的工程实际应用方面具有参考价值。

板-板电极结构的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭池火燃烧特性研究

基于板-板电极在煤炭燃烧环境下,建立了以氧化铝陶瓷为放电燃烧腔体,烟煤作为介质的板-板电极介质阻挡放电燃烧装置。实验对比了不同激励源参数变化后放电特性与池火燃烧特性变化,结果表明:当外施激励源电压在32kV-40kV范围内时能形成稳定的DBD放电环境,恒压激励下板-板电极的间距对放电电流及功率有显著影响。与未施加放电燃烧的煤炭相比,DBD等离子体可以显著提升煤炭池火燃烧效能;当外施脉冲电压幅值逐渐增大时,煤炭的质量衰减速率和温度变化率逐渐提升,最大燃烧温度明显提高,燃烧极限得到拓展。实验最后对比了板-板电极燃烧装置中煤炭在等离子体介入前后燃烧状态,池火燃烧效果显著提升。

不同介质下纳秒脉冲介质阻挡放电特性对比

介质阻挡材料是影响介质阻挡放电的一个重要因素。为此,采用聚四氟乙烯、K9玻璃和环氧分别作为介质阻挡材料,研究了介质阻挡层厚度、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率对放电特性的影响,并对结果进行了对比分析。实验结果表明,阻挡材料的介电常数越大,越容易产生强烈的放电;玻璃为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许介质厚度范围最大,但漏电也最为严重;聚四氟乙烯为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许频率范围最大;环氧为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许电压范围最大。

介质阻挡放电在水处理中的影响因素分析

为了研究水处理中对于介质阻挡放电(DBD)的放电功率和处理效果的很多影响因素,搭建了可实现双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明:相同实验参数下,放电时间越长则放电功率越大,尤其是放电前60 s内放电功率上升最明显,当120 s左右放电稳定时,放电功率可达到初始放电功率的2倍左右;当空气间隙固定时,液面高度与放电功率呈非线性关系,电源电压较小时,液面高度越小则放电功率越大,随着电源电压的升高,液面高度的影响减小;另一影响放电功率的重要因素是初始电导率,相同输出电压下,高电导率液体可以得到更大的放电功率;但是,放电功率相同时,初始电导率越低则越有利于化学反应的进行,其处理效果也越好。通过研究水处理中介质阻挡放电在各参数尤其是液体参数变化时的放电功率变化和处理效果差异,可对将介质阻挡放电应用到污水处理中的相关理论有所完善,亦可供设计、优化介质阻挡放电水处理装置有所参考。

介质阻挡放电对橙汁灭菌及其品质的影响

为了消除加热杀菌的不利影响,开发和研究冷灭菌技术日益受到人们的重视。为此,利用大气压空气中平行平板介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体对橙汁灭菌效果及品质的影响进行了研究。选取了3种具有代表作用的微生物(革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性的大肠杆菌和典型真菌的代表白色念球菌)。研究了不同处理时间下低温等离子体对掺入橙汁中微生物的灭活效果。此外,还研究了低温等离子体对橙汁货架期的影响,并且利用一系列生物医学检测手段和仪器(2,4二硝基苯肼比色法、氢氧化钠滴定法、数字阿贝折射仪、pH计和分光光度计)对经低温等离子体处理前后的橙汁维生素C的质量浓度、总酸、糖度(°Brix)、pH值和浊度进行了测量,考察了pH值对微生物的灭活效果。实验结果表明:低温等离子体可以快速有效地杀灭掺入橙汁中的微生物(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌)并延长橙汁储存的货架期,而且等离子体对橙汁营养及理化性质的影响不大。pH值在等离子体菌类灭活中不起主要作用,分析后认为等离子体中的带电粒子和氧自由基(ROS)才可能是导致菌类灭活的主要因素。

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。

介质阻挡放电处理含喹啉废水实验

针对难降解有机废水的处理难题,提出一种以流动的待处理废水作为接地极的新型介质阻挡放电水处理反应器,对模拟喹啉废水进行实验研究,考察不同峰值电压、放电频率、放电间距、作用时间及溶液初始质量浓度等因素对水中喹啉降解程度的影响,并对反应的中间产物进行液质联用分析,初步推导喹啉的降解途径及机理。实验结果表明,介质阻挡放电法可使水中喹啉有效降解。外加电压越大或频率越高,降解效果越好。在喹啉初始质量浓度为20mg/L,放电间距8mm,放电电压U=9kV,电源频率10kHz,中性条件下,放电处理150min时,溶液化学需氧量(CODcr)去除率高达100%。喹啉废水降解过程中主要的中间产物为5-羟基喹啉或8-羟基喹啉、5,8-二羟基喹啉、2,3-吡啶二甲醛、2,3-吡啶二酮酸,表明喹啉分子中的吡啶环被打开。以待处理废水为接地极的反应器结构,利用强电场力作用下的液面锥形突起强化局部电场,使空间放电增强,产生更多的活性成分(.OH、eaq、.O、H2O2、O3等);同时,液面的激烈紊动大大增强了传质效果,提高了有机污染物的降解去除率。

单介质与双介质结构介质阻挡放电水处理性能的比较

为研究不同结构介质阻挡放电(DBD)在水处理中的特性,首先搭建了可实现单介质阻挡放电和双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明,相同实验条件下若要得到相似的放电功率,则双介质阻挡放电所需的电压远高于单介质阻挡放电;2种结构下所得的放电电压电流波形以及Lissajous图的形状均有一定的相似性,但等效电容等参数的不同使它们也存在一定的差别。然后在2种结构下以相近的放电功率,对质量浓度为100mg/L的碱性品红溶液进行了处理。通过对各自脱色率的对比分析发现,介质层数对脱色效果影响不大;通过对2种情况下的pH值和化学需氧量(COD)的对比分析说明,2种结构下发生的化学反应也是相似的,并且最终都达到了去除有机污染物的目的。通过对不同结构介质阻挡放电在水处理中的特性的实验研究和优劣分析,完善了介质阻挡放电处理污水的相关理论,可以为设计、优化介质阻挡放电水处理装置提供参考。

大气压不同惰性气体介质阻挡放电特性的比较

为了加深对大气压惰性气体介质阻挡放电的认识,使用电特性测量、高速摄影,发射光谱等手段研究了平板结构大气压惰性气体介质阻挡放电的放电模式、演化过程以及放电机理,并对不同气体的放电特性进行了比较。实验结果表明在2～8mm大气压氦气、氖气中可很容易的实现稳定的均匀放电,并且其放电模式为辉光放电。对2mm气隙的高频大气压氩气介质阻挡放电研究的结果表明,氩气中不易实现覆盖整个电极的均匀放电,而随外加电压的增加,更容易出现自组织的斑图;当气隙距离>3mm时氩气放电为细丝状的流注放电,并且其放电通道中的电流密度可达7.5A/cm2。ICCD高速相机拍摄的时间分辨放电图像显示,大气压氦气、氖气以及氩气的均匀放电为汤森放电向辉光放电的演化过程。光谱诊断结果表明,惰性气体的高能亚稳态粒子与杂质分子的彭宁电离对放电的均匀性起着非常关键的作用。氦气放电等离子体中观察到了氮离子的第一负带系N2+(B2Σu+→X2Σg+);而在氖气和氩气中没有发现这个带系,观察到的是氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线,这说明氖原子和氩原子的亚稳态能级太低不足以激发氮离子的第一负带系。

大气压短间隙Ar介质阻挡辉光放电的模拟分析

为了分析短间隙Ar介质阻挡放电(DBD)大气压辉光放电(APGD)的放电机理,建立了一维自洽流体模型,采用有限元法进行计算。得到了气体间隙压降、放电电流密度以及介质表面电荷的演化波形,及放电电流密度峰值时粒子和电场的分布。结果表明,该APGD为容性放电,每半个周期内发生一次击穿放电;表面电荷有着抑制当前放电,降低下一次放电起始电压的作用;依据场强与粒子分布可将放电空间分为阴极位降区、负辉区、正柱区及阳极辉光区,说明该放电为典型的辉光放电。在此基础上分析了材料介电常数ε对放电的影响,表明随着ε的增大,放电电流与表面电荷的幅值也相应增大,击穿时间略有提前。

高频介质阻挡放电降解甲苯的实验研究

甲苯作为一种广泛使用并非常有害的有机废气,已在很多场合对人类健康构成严重威胁。为此,采用高频交流高压电源,通过介质阻挡放电产生低温等离子体,用来去除甲苯污染物,进一步优化等离子净化系统。从电路原理和介质阻挡放电原理实验研究了反应器结构、电压、频率和功率对甲苯降解率的影响,并分析了降解产物及其降解机理。实验结果表明,99陶瓷作介质阻挡层更有利于甲苯的降解;频率、功率和降解率之间的关系并非单纯的线性关系,f=f0时,放电负载得到最大功率,降解率也达到最高值。色质联用检测仪(GC-MS)的检测发现,中间产物包括醛类、醇类、酰胺类及带有苯环的衍生物等4类有机物。

单极性纳秒脉冲介质阻挡放电电荷传输特性实验分析

单极性高压脉冲电源激发介质阻挡放电(DBD)产生非平衡态等离子体具有很好的前景。为此,基于单极性ns脉冲电源实验研究了DBD电荷传输特性。通过改变实验条件,同时也研究了不同情况下放电的电荷传输以及能量消耗。研究了介质阻挡层厚度、介质阻挡层材料、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率和电压极性对放电电荷传输特性的影响。实验结果表明,随着介质厚度、气隙距离、施加脉冲电压幅值的增加,电荷传输量及放电能量增加;电压极性和重复频率对电荷传输特性影响很小;电荷传输量及放电能量在介质阻挡材料为环氧树脂时略大。

空气介质阻挡放电型间接低温等离子体系统性能实验分析

利用自行设计的同轴圆柱介质阻挡放电(DBD)型低温等离子体(NTP)反应器,对用于分解柴油机排放污染物的间接NTP(INTP)系统性能进行实验研究,分析了供电电压峰峰值、供电频率、供气体积流量和放电区域温度等参数对产生的O3、NO2、NO等活性物质体积分数的影响。结果表明:O3、NO2体积分数随供电频率先增加后减小,电压峰峰值过高不利于O3、NO2的生成;放电区域的温升将加速O3的热分解效应,故需控制放电区域温度;加大供气体积流量将降低INTP产物体积分数,但单位时间内产物体积将增加。研究结果对开发用于分解柴油机排放污染物的空气DBD型INTP系统,优化它与不同后处理装置的匹配有重要指导意义。