双向窄脉冲DBD放电水处理反应器及其性能研究

主要简述了双向窄脉冲DBD放电水处理反应器的结构特点,并对反应器的放电特性进行了研究.用该反应器对靛蓝水溶液脱色实验表明,100mL水溶液2.5min的脱色效率可以达到99.095%,效果明显.

双向窄脉冲DBD放电印染废水脱色影响因素研究

研究了各因素对于双脉冲DBD放电反应器处理靛蓝废水的影响。结果发现:空气的曝入利于提高脱色效果;溶液的脱色效果随着外加电压的增加而提高,随电极间距、溶液的电导率的增加而降低。

放电长度对DBD放电特性及H2S降解的影响

研究了DBD放电装置中放电长度对其放电特性及对H_(2)S去除效果的影响,并探讨了H_(2)S初始浓度、停留时间以及臭氧浓度等工艺参数对H_(2)S去除效果的影响。结果表明,放电长度为30 cm时,放电效果最佳;能量密度增大,O_(3)浓度同样也增大,在同一能量密度情况下,放电长度越长,O_(3)浓度越高;放电长度大小对H_(2)S去除率影响显著,3种放电长度下的H_(2)S去除率均呈上升趋势,但处理能力均不相同;H_(2)S初始浓度越小,停留时间越长,其去除率越高,处理效果越好;O_(3)浓度大小与H_(2)S去除率关系密切,O_(3)浓度降低,H_(2)S去除率增大。

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 。

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.

DBD高压单脉冲放电过程分析

利用微控制器同步高压脉冲放电和光谱采集,获得了管状介质阻挡放电（DBD）20~40kV纳秒单脉冲放电的光谱特性,并利用示波器测量了单脉冲放电的电流和电压特性,计算了电子密度.根据实际测量的气隙电容和装置的物理结构尺寸,利用DBD等效电路,分析了放电特性和放电模式.结果表明,放电电压的大小对电子密度和光谱线强度都有影响,作为载气的氩气流量大小对电子密度和光谱线强度的影响较小.

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。

DBD等离子体协同MnFe_(2)O_(4)降解氢氯噻嗪性能研究

文章研究介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体协同MnFe_(2)O_(4)对常用药物氢氯噻嗪(hydrochlorothiazide,HCTZ)在水中的降解性能。通过溶剂热法制备磁性锰铁氧体MnFe_(2)O_(4)作为非均相芬顿催化剂,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析手段对其结构进行表征。利用HCTZ模拟目标废水,分别研究不同的HCTZ初始质量浓度、溶液初始pH值、电源输入功率和MnFe_(2)O_(4)投放剂量等因素对体系降解性能的影响,结果显示随着药物初始质量浓度的提高会使降解效率持续下降,不断提升放电功率将更利于HCTZ的降解,且碱性环境会对处理过程产生抑制效应。同时研究发现,DBD/MnFe_(2)O_(4)体系下的最佳MnFe_(2)O_(4)投放剂量是50 mg,并且经5次循环使用后,体系仍能在25 min内将99%的HCTZ去除,表现出良好的重复使用性能。

DBD协同NiO/α-Mn_(3)O_(4)催化降解气态邻氯甲苯

为提高介质阻挡放电(DBD)对氯代挥发性有机化合物(CVOCs)的处理效果,采用共沉淀法制备了NiO/α-Mn_(3)O_(4)复合催化剂,并协同DBD催化降解气态邻氯甲苯。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及比表面积与孔径分析仪对催化剂进行表征并探究了气体流速、外施电压、初始浓度和相对湿度等工艺参数对邻氯甲苯降解效率和能量产率的影响。结果表明:当Ni/Mn摩尔比为0.3,煅烧温度为400℃时,NiO/α-Mn_(3)O_(4)复合催化剂的催化性能最佳。邻氯甲苯的初始浓度为140 mg/m^(3),外施电压为8 kV,气体流速为0.9 m^(3)/h和相对湿度为65%时,邻氯甲苯的降解效率和矿化率较单独的DBD系统分别提高了33.9%和13.1%,O_(3)浓度和NO_(2)浓度分别降低了48.2 mg/m^(3)和12.3 mg/m^(3),CO_(2)选择性提高了12%。

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。

高气压脉冲DBD等离子体聚合羧基功能薄膜的研究

在40 kHz脉冲介质阻挡放电(DBD)产生等离子体,以丙烯酸为单体,在2000 Pa的高气压下,聚合带羧基的功能薄膜。采用接触角测试仪(WCA)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)研究了占空比对沉积薄膜化学结构、表面性能的影响。实验得到,中频脉冲DBD放电在高气压下制备的薄膜官能团含量较高;结果同时表明薄膜的性能受脉冲放电占空比的影响较大,占空比越小,薄膜的化学结构与单体更相近,官能团密度越多,但薄膜的稳定性较差。

介质阻挡放电分解甲醇发射光谱分析

利用光学多道分析系统(Optical Multiple Analysis-OMA),采用发射光谱方法,对甲醇气体介质阻挡放电(dielectric barrier discharge-DBD)分解制氢过程进行了实验研究.通过对甲醇气体DBD放电等离子体荧光光谱的归属,确定了甲醇放电的主要荧光产物为CO、OH、H和CH;另外,还对CO和Ha的荧光辐射强度随放电时间的演变过程进行了实验研究,发现在放电初始阶段,CO和Ha的荧光辐射强度随放电时间急剧增强,表明了DBD放电能有效地分解甲醇气体,并由此对甲醇分解过程进行了分析讨论.在放电等离子体甲醇制氢过程中,最终产物是H_2和CO;H_2主要来自于CH_2O分解以及甲醇分解产生的H原子直接生成;CO主要来源于CH_2O分子分解产生.CH_2O是甲醇分解制氢过程中一个关键的中间产物.

空气中纳秒脉冲均匀DBD增加聚合物的表面亲水性

介质阻挡放电(DBD)产生的等离子体对于聚合物材料表面改性有着显著的效果,但在大气压下DBD通常表现为丝状放电导致处理不均匀,使其应用受限。为此采用单极性重复频率ns脉冲电源在常压空气中产生均匀DBD,利用不同的条件对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚四氟乙烯(PTFE)材料薄膜表面进行改性处理。结果显示均匀DBD能有效提高材料薄膜表面的亲水性,并且改性效果与处理时间、施加电压、重复频率和气隙间距密切相关。较高的施加电压和重复频率,以及较长的处理时间和较窄的气隙间距可以获得比较好的改性效果。实验结果可以为聚合物改性应用优化提供很好的参考。

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。

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。

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。

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。

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。

介质阻挡放电中四边形发光斑图的时空结构

为了研究介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)中四边形发光斑图的时空结构,采用高速相机,首次在外加电压的半个周期内,对此斑图进行了时空分辨研究。在空气-氩气介质阻挡放电中,随着外加电压的增加,放电丝的分布经历了随机放电丝—六边形斑图—四边形斑图—混沌的转变过程。经长时间观察发现,四边形斑图非常稳定。在外加电压的每半个周期内,四边形斑图相应的放电电流由2个明显的脉冲组成。实验采用高速相机,分别在2个电流脉冲时间内对放电过程进行了拍照,结果发现每个电流脉冲分别对应1套稀疏的四边形子点阵发光斑图,2套子点阵互相嵌套形成所观察到的四边形发光斑图。