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1、等離子體-光催化耦合空氣凈化技術的研究摘要本文針對低溫等離子體與光催化耦合凈化空氣污染物技術的基本原理，設計了一套等離子體與光催化耦合空氣浄化裝置，并對該裝置的工藝流程和主要組成部分的設計進行了詳細的描述。以某特定密閉空間典型空氣污染物為處理對象，對裝置進行了凈化效果的驗證試驗，試驗表明，耦合裝置在全功能運行狀況下對甲醛、二氧化氮、氨、二氧化硫、硫化氫等五種典型有害氣體的凈化效果更為突出，優(yōu)于等離子與光催化簡單組合的理論凈化效果。最后，結合等離子體-光催化技術的研究現(xiàn)狀，進-步驗證了耦合裝置良好的浄化效果。關鍵詞低溫等離子體；光催化；空氣凈化0前言繼
2、18世紀工業(yè)革命帶來的“煤煙型污染”和19世紀石油和汽車工業(yè)帶來的“光化學煙霧污染”之后，現(xiàn)代人正在經歷第三污染時期/室內環(huán)境污染”時期。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境和辦公環(huán)境的舒適性、美觀性的要求越來越高，大量采用新型建筑材料、裝飾材料及新型涂料等樓房建筑和室內裝修，再加上電腦等現(xiàn)代辦公設備以及家用電器的普及，使得室內空氣中出現(xiàn)上百種揮發(fā)性污染物質(VOC),可以引發(fā)人體三十多種疾病，甚至癌癥［1］。當前，主要的空氣污染物凈化處理技術氈括：過濾、吸附、液相吸收、催化轉化、靜電凈化、負離子空氣凈化、生物浄化、燃燒、冷凝和近年來新興的低溫
3、等離子體凈化、光催化等技術等。通過比較分析，我們發(fā)現(xiàn)過濾浄化技術、吸附浄化技術、液相吸收法凈化技術、催化轉化法浄化技術、靜電凈化技術、負離子空氣凈化技術、牛.物凈化技術、燃燒法、冷凝法等技術都不適用于該特定密閉環(huán)境的空氣凈化。原因是它們對許多難降解有害氣體，尤其是揮發(fā)性有機物的處理效果不佳；或者由于使用環(huán)境條件的限制，難以應用到密閉環(huán)境中。而近年來新興的低溫等離子體凈化、光催化技術具有降解速率快、耗能少、浄化徹底、處理范圍廣、無二次污染、可在常溫常壓下進行等優(yōu)點，特別是在處理難降解揮發(fā)性有機物方面有明顯的優(yōu)越性，適于密閉環(huán)境空氣污染物的凈化處理。等離
4、子體技術和光催化技術具有廣闊的應用前景，已成為近年來研究的熱點。而將低溫等離子體和光催化這兩種技術有效結臺以利于更好地凈化空氣，己成為研究的一個新的方向。1等離子體-光催化技術空氣凈化基本原理1.1光催化技術的基本原理光催化技術是20世紀70年代發(fā)展起來的一門新興技術，被認為是室內空氣污染凈化技術的一次革命。光催化技術就是利用具有光催化活性的半導體材料在光照下激發(fā)出的電子和空穴對參與光化學反應完成對有機氣體或者微生物有機體質的去除。由于電子-空穴對是在光照的作用下產生的，乂被稱作光生載流子。光催化劑是一類在光的照射下自身不起變化，卻可以促進化學反應，
5、具有催化功能的半導體材料的總稱。目前，光催化劑大多采用納米級半導體，主要因為：（a）納米半導體粒子具有更強的還原及氧化能力，從而提高其光催化活性；（b）對于納米半導體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度，光生載流子可通過簡單的擴散從粒子內部遷移到粒子表面，而與電子給體或受體發(fā)生還原或氧化反應。TiO2作為一種光催化劑，具有超親水性、無毒性、永久性和自凈性，在吸收太陽光或照明光源中的紫外線后，在紫外線能量的激發(fā)下發(fā)生氧化還原反應,表面形成強氧化性的氫氧自由基和超氧陰離子自由基，把空氣中游離的有害物質如氯代物、醛類、酮類以及芳香族化合物［2］及微生物
6、分解成無害的CO2和水［3］，從而達到空氣凈化、除臭、殺菌、防霉、防污以及抗紫外線等目的，得到了社會各界的廣泛認同。然而，光催化技術在實際應用中卻存在三大問題:一是光照條件的限制，必須有波長小于400mn的紫外光的存在，二是光催化效率仍較低、性能不穩(wěn)定。光催化劑在晚上無光照和家庭室內存在光照不足時,就會對某些有害氣體分解不充分，形成新的對人體更為有害的中間體。三是產品生產成木高，市場價格比較昂貴，所以，目前該技術的使用還是受到了部分的限制。1.2等離子體技術的基本原理環(huán)境領域內常用的等離子技術是低溫等離子體。在外加電場的作用下，氣體放電產生大量等離子
7、體，氣體中產生的大量&由電子在電場力的作用下獲得能量，其屮有機物形成的鍵能大部分都在這些活性粒子能量范圍內，如表1所示：表1活性粒子能量范圍及污染物鍵能活性粒子能量（eV）鍵能量（eV）鍵能量（eV）氣體種類鍵能（eV）電子0-20C-C3.6C-N3.0NO6.56離子0-2c=c6.3ON9.8no26.17激發(fā)態(tài)粒子0-20C-H4.3C-Cl3.4SO23.80光子3-40C-O3.6C-F4.6CO216.56C=O7.5H2S5.43由表1可知有機物的鍵能以及無機污染物的鍵能在低溫等離子活性粒子的能量范圍內，因而使等離子體在理論上對于污染
8、物的去除成為可能。等離子體對污染氣體的處理包括多個方面：（a）其中包含大量的電子和正負離子，在高壓電場梯度作
