電暈放電與光催化協(xié)同凈化室內(nèi)空氣研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了以線極為高壓極的電暈放電伏安關(guān)系，確定采用以針板式直流電暈放電為核心技術(shù)研制成空氣凈化單元。以室內(nèi)空氣凈化為研究目標，針對空氣中的顆粒物、細菌與病毒及氣態(tài)污染物三大污染進行去除實驗及應(yīng)用試驗研究。通過條件實驗確定優(yōu)化的電極結(jié)構(gòu)及運行參數(shù)、探索分析各污染物的去除機理；并在此基礎(chǔ)上進行封閉空間內(nèi)的凈化試驗。研制成可實用的空氣凈化器，使得最終能夠在室內(nèi)空氣凈化中同時、一體、且高效凈化顆粒物、致病細菌和病毒、及氣態(tài)污染物。

2、　　 室內(nèi)空氣污染物呈多元性，主要包括顆粒物污染，微生物污染、揮發(fā)性有機化合物污染及其他化學(xué)污染，這些污染物之間還具有交叉作用。目前主要凈化技術(shù)包括過濾、靜電收塵、臭氧等，但在可處理污染物顆粒大小、處理效率、處理毒害氣體及殺菌的廣普性和一體性方面，已無法滿足要求。電暈放電非熱等離子體和光催化劑結(jié)合被視為在空氣凈化中具有更多優(yōu)勢，分別對這兩種技術(shù)進行綜述，提出發(fā)展以電暈放電引發(fā)的等離子體技術(shù)和光催化技術(shù)聯(lián)合為核心的凈化器。
　　

3、 系統(tǒng)研究以線極為發(fā)射極的不同構(gòu)型直流電暈放電的伏安關(guān)系，根據(jù)實驗得到的外加電壓及放電電流值，對各構(gòu)型下的電暈放電伏安關(guān)系式進行推導(dǎo)得到線發(fā)射極電暈放電伏安關(guān)系式為I=AV2(V-Vc)/L[R/In(R/ro)]2。對結(jié)果進行理論分析，認為電暈放電的遷移區(qū)中形成電流的是正離子和/或負離子；且由c-V曲線可區(qū)分電暈放電的階段：起始階段、穩(wěn)定階段及預(yù)擊穿過渡階段。相對于單極電暈放電，雙極電暈放電的遷移區(qū)中離子密度均倍增，且推知其電離區(qū)中電

4、子密度也相應(yīng)倍增；遷移區(qū)中正負離子的復(fù)合可以忽略，且雙極電暈放電中正負電暈放電間存在相互電離作用?？紤]到在可注入能量密度及放電穩(wěn)定性方面針極電暈放電優(yōu)于線極電暈放電，選擇優(yōu)化的針極電極結(jié)構(gòu)作為空氣凈化的放電反應(yīng)器。
　　 以可吸入顆粒物為研究對象，采用研制的空氣凈化單元進行一次通過處理實驗，得到電暈放電捕集可吸入顆粒物的效率，η隨顆粒物粒徑Dp,的增大而增大，隨風(fēng)量Q的減小而增大；CADR隨Q和Dp的增大顯著提高。通過理論分析，

5、定性揭示高效捕集可吸入顆粒物的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進行懸浮顆粒物和可吸入顆粒物捕集的室內(nèi)應(yīng)用試驗，結(jié)果表明能快速有效的將較高初始濃度的懸浮顆粒物凈化至達到國家標準；較低濃度的情況下下降一個數(shù)量級；對不同粒徑的可吸入顆粒物具有高效捕集率及潔凈空氣量值。針板式電暈放電雙極電暈放電凈化裝置對粒徑≤1μm的細小顆粒物比單級放電具有更好的處理效果。證明該凈化單元具有快速高效去除室內(nèi)空氣中的懸浮顆粒物及可吸入顆粒物、高潔凈空氣量等優(yōu)點。
　　

6、 以空氣中細菌為研究對象，采用研制的空氣凈化單元進行一次通過處理實驗，結(jié)果表明殺菌效率隨消毒時間延長和放電電壓增高而增高；處理風(fēng)量越小，殺菌效果越好。得到放電場中的最優(yōu)風(fēng)速及單位放電體積對應(yīng)最優(yōu)風(fēng)量。探討細菌的消毒機理，認為電暈放電殺滅空氣自然菌的過程中，高能電子和活性粒子起主導(dǎo)作用。細菌消毒的室內(nèi)應(yīng)用試驗結(jié)果表明在室內(nèi)自然菌嚴重污染的條件下，非熱放電凈化器處理30min后達到國家標準；處理60min后達到衛(wèi)生部版標準Ⅲ類區(qū)域的潔凈度要

7、求。對常見的副流感病毒及單純皰疹病毒進行滅活實驗，證實針陣列對板電暈放電能快速、高效滅活空氣中PIV和HSV-I病毒。認為放電產(chǎn)生的紫外光、高能電子和自由基的共同作用是滅活PIV和HSV-I病毒的主因。
　　 分別發(fā)生較高濃度的多種氣態(tài)污染物，模擬封閉室內(nèi)氣態(tài)污染物污染，采用針陣列對板電暈放電發(fā)生裝置為核心的空氣凈化單元進行凈化試驗。結(jié)果顯示，本凈化裝置對氣態(tài)污染物具有廣普的凈化作用；凈化效率和速率優(yōu)于目前同類的優(yōu)質(zhì)空氣凈化器產(chǎn)

8、品，其凈化作用具有高效性。較細致研究本凈化裝置對典型室內(nèi)甲醛污染的凈化效果，運行風(fēng)量和放電功率較大時有利于甲醛去除；正電暈放電效果優(yōu)于負電暈放電。定性解釋甲醛去除機理、分析自由基反應(yīng)過程。最后采用提出的非熱放電結(jié)合光催化作用方式PPC，以燃煙燃燒產(chǎn)生的污染氣體為研究對象，一次通過凈化裝置，通過比較NTP和PPC作用方式的實驗結(jié)果，分析作用規(guī)律。確證PPC方式具有協(xié)同凈化效應(yīng)，原因為在高壓強電場、電子、離子和紫外的共同作用下同時發(fā)生等離子