板板式介质阻挡放电等离子体直接合成过氧化氢研究

本文采用自行设计的板板式介质阻挡放电(DBD)反应器,在常温常压条件下转化氢氧混合气体直接合成过氧化氢。系统考察了介质种类,介质厚度及气隙间距对氧气转化率、过氧化氢选择性、收率及能量效率的影响。发现石英是合成过氧化氢反应器的适宜介质,介质厚度及气隙间距对合成过氧化氢的收率及能量效率有显著影响。当介质厚度与气隙间距均为2.0mm,注入功率为9.1W时,过氧化氢收率及能量效率分别达到20.6%和5.5gH2O2/kWh。

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。

管-管和管-板电极介质阻挡放电特性研究

电极结构对介质阻挡放电(DBD)的放电特性有重要影响,研究和比较不同电极结构DBD的放电特性,对优化DBD反应器结构和提高放电效率具有重要意义。笔者实验研究和比较了大气压空气中管-管电极和管-板电极DBD的放电特性,比较了它们电压电流波形图、李萨育图形以及发光图像的区别,研究了不同电压幅值下放电参量的变化,并从放电机理上对实验结果给出合理解释。结果表明:管-板电极DBD的电气特性和发光特性与管-板电极DBD有明显的区别,相对于管-管电极DBD,管-板电极DBD的放电更稳定,放电细丝分布更均匀;随着外加电压幅值的增加,两种电极结构DBD的放电持续时间、电流幅值、放电功率和传输电荷量都增加,在相同外加电压幅值下,管-板电极DBD的各参量均大于管-管电极DBD。

喷嘴对板介质阻挡放电特性的实验研究

喷嘴对板介质阻挡放电是产生低温等离子体的有效方式,为了获得这种放电形式的放电特性,在实验室敞开的空气环境中,进行了"喷嘴-板"介质阻挡放电的初步理论研究。实验分别考察了等离子体放电通道的扩散角、放电伏安特性及电介质层位置对电流波形特性的影响几个方面。研究结果表明,扩散角随着电压的升高而增大,在相同电压条件下,喷嘴对板的极间距与扩散角呈反比关系,极间距愈小,扩散角愈大;伏安特性表明,外加电压达到放电临界电压之后,喷嘴数量越多电流越大,但不是单个喷嘴电流值的简单迭加;在相同的外加电压条件下,极间距越小,对应的电流值越大,并且随着外加电压的升高,较小的极间距的电流值增幅越大;此外,电介质层在两电极间的放置位置对放电特性产生影响,介质层在高压极与接地极之间时放电效果较好,过多靠近高压极或接地极效果较差。

针-板放电等离子体反应器结构参数对甲基橙脱色反应速率常数的影响

采用针-板放电等离子体反应器处理模拟甲基橙(MO)废水,研究了反应器结构参数对MO脱色反应速率常数的影响。实验得出最佳反应器结构参数:阳极为5根不锈钢针并联,针间距为17 mm,针电极长度为2 mm,电极间距为10 mm,O2流量为0.18 m3/h,阴极丝网目数为20目,在阳极上部设置5层间距为15 mm的不锈钢丝介质阻挡网。反应器在最佳结构参数下可使初始质量浓度为60 mg/L的MO模拟废水迅速脱色,处理12 min时脱色率已达97%;处理30 min时COD去除率达到41%。

线-板式脉冲流光放电脱硫反应器电场数值计算

在线 板式非热等离子体脱硫反应器脉冲流光放电机理的基础上,采用波方程进行反应器内时变电场分布计算.数值计算运用时域有限差分(FDTD)法,数值模拟结果为以后的反应器流光放电模拟及结构优化提供依据.

讨论针一板介质阻挡放电中电子能量空间分布

本文测量了在大气压环境下的氩气空心的针一板的放电等离子体当中原子和分子谱线空间强度的分布，对等离子体当中的电子能量空间分布进行了分析。实验采用空心的针一板装置进行放电，得到了放电等离子体弧，大约长3cm。在350～750帆的范围之内进行发射光谱的采集，发现强度比较高的Nz第二正带系的谱线、ArI谱线及强度比较弱的0I谱线。在实验中测量了N2谱线、氩原子谱线及OI775.3m谱线的强度的空间上的分布，其结果表明：氨分子的谱线强度是由弧根开始逐步升高。在距离弧根有约12mm之时强度达到了最大值并且开始有下降趋势；氩原子的谱线强度是由弧根直到弧梢开始逐渐降低；而氧原子的谱线强度是从弧根逐步升高，在离弧根有6mm时强度能够达到最大值且开始下降。进行定性地讨论等离子体弧当中电子的能量分布，发现了再距离弧根6mm之处电子的能量最高，在弧根处的电子能量为最低。

排板式介质阻挡放电等离子体降解苯的研究

考察了自制排板式等离子发生器对不同进气条件(进气浓度、进气流量和进气湿度)下含苯气的降解效果。结果表明,苯降解率随进气浓度和进气流量的提高而降低,但在高进气浓度和高进气流量下,苯降解率仍保持在50%以上。苯降解率在进气湿度约30%时达到最大值,过低和过高的进气湿度都不利于苯的降解。采用多级串联可提高等离子发生器对高进气浓度和高进气流量的适应能力,4级串联较单级时的苯降解率最高可提高39%。排板式等离子体发生器可作为未来等离子体发生器工业化的重点研发对象。

板-孔-板式电极反应器处理甲基橙废水

采用新型板-孔-板式电极反应器处理甲基橙废水,研究了反应器参数对甲基橙废水脱色效果的影响。实验结果表明:采用废水从反应器底部流入、流经绝缘板的孔后从反应器上部流出的进液方式,最佳绝缘板孔径为1.0 mm;在初始废水电导率为500 gS/cm、初始甲基橙质量浓度为10 mg/L的条件下,放电处理30 min时,废水脱色率可达98%;废水pH由6.5降至4.9;COD去除率接近50%。

针-板电极下液体电介质放电通道分枝现象

基于经典流注放电机理与分形理论,建立描述液体介质放电通道分枝现象的数学模型,依据此模型对针-板电极下变压器油液体介质放电过程进行数值模拟分析。构建液体介质放电实验系统,采用PI公司生产的PI-MAX型ICCD获取变压器油(45#)中放电通道空间形态演化特征信息。研究结果证实了液体介质放电通道具有一定的分形规律并伴有若干分枝状高导电轨迹演化过程,放电通道的分枝形态、通道内电荷量及发展速度受制于外施电压的幅值,且表现出不同的分形特征(维数)。

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 。

大气压短间隙介质阻挡放电等效负载模型

大气压介质阻挡放电反应器的精确等效是影响电源参数准确设计的关键。现有的反应器等效模型通常未考虑介质等效电容在放电过程中的非线性变化,使得在大气压短间隙工况下模型精度受限。为解决这一问题,本文在传统非线性钳位模型的基础上根据放电的不同阶段将介质等效电容进行分段等效,并给出一种分段等效负载模型及其测量方法。同时,推导出带分段负载模型的电压源谐振变换器关键参数,并搭建了一台1kW谐振电压源样机。实验证明,当气隙长度大于4mm时,分段负载模型与传统的非线性钳位模型相近;在气隙长度更小时,分段模型准确度更高,有利于准确地描述负载放电功率与单周期放电时间等重要参数。

大气中电极结构对介质阻挡放电的影响

笔者研究了平行平板电极、柱-板电极、斜板-平板电极三种电极结构DBD的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了他们的区别,并从放电机理角度对实验结果进行了讨论。结果发现:柱-板电极DBD中,随柱电极外径的增大,正负半周起始放电电压增大。

三相介质阻挡放电产生过氧化氢的条件优化

过氧化氢、臭氧和羟基自由基等是介质阻挡放电过程中产生的主要活性粒子,其中过氧化氢对水中污染物质的去除起重要作用。为考察多高压电极介质阻挡放电反应器对放电过程中过氧化氢浓度的影响,采用线筒式三相介质阻挡放电反应器,用正交实验研究了高压电极材料、数目以及高低压电极间距的改变对过氧化氢浓度的影响。结果表明:影响过氧化氢浓度的因素显著性顺序为电极种类、高低压电极间距、电极数目;当3根直径为3mm的不锈钢丝作高压电极且高低压电极间距为13 mm时,系统产生的过氧化氢浓度最高;在最佳的系统条件下,提高空气流量、峰值电压和放电频率,降低电导率都有利于过氧化氢的生成。系统产生的最高过氧化氢浓度为64.2μmol/L。

介质阻挡放电特性与臭氧合成的实验研究

采用线管结构反应器与管管结构反应器进行介质阻挡放电(DBD)产生臭氧。通过测量放电电气参数和观察辐射发光现象来研究两种反应器的介质阻挡放电特性。结合对比不同电场强度下的臭氧浓度和臭氧的生成效率,讨论两种反应器在生成臭氧应用方面的性能,实验发现线管结构介质阻挡放电特性不同于管管结构,同时臭氧浓度和臭氧生成效率取决于外加在两种反应器上的折合电场强度峰值。

甲烷介质阻挡放电等离子体转化的研究

运用4个介质阻挡放电反应器,考察了甲烷介质阻挡放电等离子体转化过程中,高压电极位置、放电间隙、内电极形式、氢气与甲烷的体积比、空气冷却方式等因素对甲烷转化率和产物分布的影响。实验结果表明,高压加于外电极时甲烷的转化率明显低于加于内电极时甲烷的转化率;对外电极进行空气冷却后,反应温度升高速率变缓,可将反应温度控制在理想范围(60～150℃)内,同时可获得较高的甲烷转化率,且操作安全。反应器参数对甲烷转化率有明显的影响,而对产物分布影响不显著,主要产物为乙烷、乙烯和丙烷。在反应系统中加入氢气,在氢气与甲烷的体积比为1.50时,C2烃选择性为74.50%。

O2介质阻挡放电微等离子体制备O3

介质阻挡放电(DBD)是工业生产臭氧(O3)最有效的方法。研究以O2为原料气采用DBD微等离子体放电制备O3,研究了放电间距、放电长度、放电功率以及停留时间对产生O3的影响。此外,通过向正弦AC等离子体电源中叠加调制脉冲,探讨了脉冲占空比与调制频率对O3生成的影响。结果表明:O3浓度与DBD反应器的放电间距呈负相关,与O2的停留时间呈正相关,放电功率及有效放电长度对O3浓度的影响呈现火山形变化趋势。综合考虑O3浓度及能量产率确定了适宜的参数。与普通正弦交流电源相比,在其基础上叠加脉冲调制电源有利于O3的产生,而能量产率与占空比呈正相关,与调制频率呈负相关,据此确定了合适的占空比与调制频率。

结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响

为了研究介质阻挡放电(DBD)下反应器结构对气体击穿时反应器两端所需外加电压的影响,进行模拟烟气(N2/NO)在DBD下放电的实验,改变气体间隙、介质材料、电极接入方式、内电极材料等参数,分别比较击穿电压的变化。对实验条件下气体间隙的电场分布进行模拟计算,通过分析电场对击穿电压的影响,验证了实验结果的正确性。结果表明:增大内电极直径,减小气体间隙可以降低击穿电压;增大阻挡介质的介电常数对降低击穿电压有利;与内电极作阳极相比,内电极作阴极时击穿电压较低;内电极材料的二次电子发射系数越大,击穿电压越小。