低温等离子体技术处理工业源VOCs

作者: 竹涛著

出版社: 冶金工业出版社

出版时间: 2015-05

版次: 1

ISBN: 9787502468965

定价: 46.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 213页

分类: 自然科学

　　目前，我国的工业正在高速发展的时期，VOCs的使用量与日俱增。现在我国对VOCs排放量并没有官方的统计，估计我国VOCs的年排放量2000万t左右。其排放控制的处理设备将是一个巨大市场。如若我国不掌握有效的污染控制新技术，要么这个巨大的市场将拱手让给外国公司，要么我国的大气环境中VOCs的污染将持续的恶劣下去。而低温等离子体法处理VOCs的技术，能够有效弥补传统技术所具有的缺陷。因此，本书将针对该技术在工业源VOCs治理方面展开讨论，并希望其能够早日实现市场化发展。　　竹涛（1979—），男，山西临猗人, 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，博士、副教授、博士生导师，研究方向为大气污染控制，新世纪优秀人才，北京市优秀人才，在国内外期刊发表SCI、EI等论文100余篇；申请专利18项；出版著作7部：主编《矿山固体废物综合利用技术》、《大气颗粒物控制》、《物理性污染控制》3部；作为第一作者参与撰写专著《CHEMISTRY, EMISSIONCONTROL, RADIOACTIVE POLLUTION AND INDOOR AIR QUALITY》1部；第二作者编著《我国典型行业非二氧化碳类温室气体减排技术及对策》；参与编写《环境化学》、马广大主编的《大气污染控制技术手册》。负责并承担国家自然科学基金项目1项、国家环保公益项目2项、部委项目5项、企业横向项目10项、校内项目6项，外专项目3项；参与国家重大项目4项，国家863项目2项；主持完成15项工程、设计及工程管理项目；获省部级奖励2项。第一章绪论... 61.1 挥发性有机物（VOCs）的概念、来源及危害... 61.1.1 VOCs概念... 61.1.2 VOCs工业来源... 71.1.3 VOCs危害... 81.2 我国VOCs污染现状及对策... 91.3 VOCs治理技术... 101.3.1 吸附法... 101.3.2 吸收法... 111.3.3 冷凝法... 121.3.4 膜分离法... 121.3.5 燃烧法... 121.3.6 生物法... 141.3.7 光催化法... 161.3.8 低温等离子体法... 171.3.9 几种VOCs处理方法的性能比较... 171.4 结语... 19参考文献... 19

第二章低温等离子体... 212.1 等离子体概念... 212.2 等离子体的分类... 212.2.1 按存在分类... 212.2.2 按电离度分类... 212.2.3 按粒子密度分类... 212.2.4 按热力学平衡分类... 212.3 等离子体特征... 212.3.1 等离子体整体特性... 212.3.2 等离子体准电中性... 212.3.3 等离子体鞘层... 212.3.4 等离子体扩散过程... 212.3.5 等离子体辐射... 212.4 等离子体特征参数与判据... 212.4.1 等离子体密度和电离度... 212.4.2 等离子体温度... 212.4.3 沙哈方程... 212.4.4 德拜屏蔽与德拜长度... 222.4.5 等离子体频率... 222.4.6 等离子体导电性和介电性... 222.4.7 等离子体判据... 22

第三章等离子体产生方式... 233.1 电子束照射... 233.2 介质阻挡放电... 233.3 沿面放电... 233.4 电晕放电... 233.5 辉光放电... 233.6 弧光放电... 233.7 微波放电... 23

第四章气相等离子体光谱特性... 244.1 电晕放电光谱特性... 244.1.1 流光放电... 244.1.2 辉光放电... 244.2 火花放电光谱特性... 244.3 电弧放电光谱特性... 244.3.1 紫外光强度... 244.3.2 紫外光能量... 24

第五章等离子体技术处理VOCs的机理... 255.1 电晕放电... 255.1.1 正电晕... 265.1.2 负电晕... 275.1.3 交变电场电晕放电... 295.1.4 电晕放电起晕电场的计算... 305.2 流注理论... 305.2.1 空间电荷对电场的畸变... 305.2.2 正流注的形成... 325.2.3 负流注的形成... 335.3 介质阻挡放电... 335.3.1 介质阻挡放电的发生过程... 345.3.2 介质阻挡放电的能量和电场的计算... 365.5 电子、离子、自由基和臭氧的形成... 365.5.1 放电等离子体的重要基元反应过程... 365.5.2 电子所得的能量和羟基与臭氧的形成... 375.6 VOCs分子降解过程... 405.7 结语... 43参考文献... 43

第六章低温等离子体物理及反应器类型... 45

第七章低温等离子体反应系统优化... 467.1 实验装置... 467.2 等离子体反应器... 467.3 实验电源及电路... 487.4 反应器结构研究... 517.4.1 反应器直径对降解率的影响... 517.4.2 放电极直径对降解率的影响... 517.4.3 放电极材料对降解率的影响... 545.4.4 反应器材质对降解率的影响... 557.4.5 反应区长度对降解率的影响... 577.5 高频电源下的反应器发热研究... 587.5.1 研究方法... 597.5.2 实验结果... 607.5.3 实验现象分析... 627.5.4 模型建立... 627.6 电源比较实验研究... 647.6.1 直流与交流电的比较实验... 647.6.2 交流电源电气参数对降解率的影响... 667.7 结语... 72参考文献... 73

第八章低温等离子体技术工况参数的研究... 758.1 反应器空塔实验... 758.1.1 电压对降解效果的影响... 758.1.2 入口浓度对去除效果的影响... 768.1.3 气体流速对去除效果的影响... 778.1.4 功率对去除效果的影响... 778.2 反应器内有填料的相关实验... 798.2.1 电场强度对降解率的影响... 798.2.2 气体流速对降解率的影响... 808.2.3 入口浓度对降解率的影响... 818.2.4 填料对降解率的影响... 828.3 工况参数与臭氧浓度关系... 848.3.1 电场强度对臭氧浓度的影响... 848.3.2 气体流速对臭氧浓度的影响... 858.3.3 入口浓度对臭氧浓度的影响... 858.3.4 填料对臭氧浓度的影响... 868.4 填料对气体放电性能的影响... 878.4.1 填料对气体放电强度的影响... 878.4.2 填料与能量分配之间的关系... 898.5 结语... 90参考文献... 91

第九章低温等离子体协同技术研究... 939.1 低温等离子体协同技术研究现状与分析... 939.1.1 等离子体-吸附剂联合技术... 939.1.2 等离子体-催化剂联合技术... 949.1.3 等离子体-铁电性物质联合技术... 959.1.4 联合装置... 969.1.5 机理研究... 969.1.6 国内外研究现状分析... 979.2 协同效应下降解效果的评价标准... 979.3 吸附增效等离子体降解实验... 999.3.1 吸/脱附降解实验... 999.3.2 吸附增效机理研究... 1019.4 催化协同等离子体降解实验... 1069.4.1 纳米TiO2/γ-Al2O3催化协同等离子体降解实验... 1069.4.2 MnO2/γ- Al2O3催化协同等离子体降解实验... 1159.4.3 纳米TiO2/γ-Al2O3与MnO2/γ-Al2O3催化剂对比试验... 1209.5 铁电体协同等离子体降解实验... 1229.5.1 典型铁电体协同等离子体降解实验... 1229.5.2 改性铁电体协同等离子体降解实验... 1329.6 吸附-铁电体-纳米催化协同降解实验... 1389.6.1 复合催化剂对降解率的影响... 1389.6.2 复合催化剂对臭氧浓度的影响... 1399.6.3 复合催化剂对等离子体能量效率的影响... 1399.7 结语... 140参考文献... 141

第十章反应机理和反应动力学分析... 14710.1 检测分析方法... 14710.1.1 净化尾气监测方法... 14710.1.2 产物臭氧测定方法... 14710.1.3 表面结焦产物测定方法... 14810.2 反应产物分析... 14810.2.1 色谱检测结果分析... 14810.2.2 质谱检测结果分析... 14910.2.3 尾气的红外吸收图谱分析... 15010.3 结焦产物分析... 15110.4 反应机理分析... 15310.5 等离子体反应动力学分析... 15810.5.1 高能电子撞击反应速率常数... 15810.5.2 吸附/脱附反应速率... 16010.6 结语... 161参考文献... 162

第十一章低温等离子体技术的其他应用... 16311.1 污水处理厂低温等离子体除臭技术... 16311.1.1 实验装置... 16311.1.2 实验方法及评价指标... 16411.1.3 低温等离子体除臭机理... 16511.1.4 电场强度E与恶臭气体净化效率η之间的关系... 16611.1.5 等离子体反应过程的放电参量研究... 16711.1.6 功率P与恶臭气体净化效率η之间的关系... 16911.1.7 结语... 17011.2卷烟厂低温等离子体除臭技术... 17111.2.1 实验系统及条件... 17111.2.2 净化原理... 17211.2.3低温等离子体技术除臭效率测定[23] 17311.2.4 气体流量变化对异味气体处理效率的影响... 17411.2.5 等离子体设备电源功率变化对异味气体处理效率的影响... 17411.2.6 结语... 17511.3 等离子体技术脱附再生活性炭纤维... 17511.3.1 实验材料和方法... 17611.3.2 频率f与脱附率η和损失率ζ的关系... 17711.3.3 电场强度E与脱附率η和损失率ζ的关系... 17711.3.4 功率P与脱附率η和损失率ζ的关系... 17811.3.5 脱附时间t与脱附率η和损失率ζ的关系... 17811.3.6 机理分析... 17911.3.7 结语... 180参考文献
内容简介:
　　目前，我国的工业正在高速发展的时期，VOCs的使用量与日俱增。现在我国对VOCs排放量并没有官方的统计，估计我国VOCs的年排放量2000万t左右。其排放控制的处理设备将是一个巨大市场。如若我国不掌握有效的污染控制新技术，要么这个巨大的市场将拱手让给外国公司，要么我国的大气环境中VOCs的污染将持续的恶劣下去。而低温等离子体法处理VOCs的技术，能够有效弥补传统技术所具有的缺陷。因此，本书将针对该技术在工业源VOCs治理方面展开讨论，并希望其能够早日实现市场化发展。
作者简介:
　　竹涛（1979—），男，山西临猗人, 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，博士、副教授、博士生导师，研究方向为大气污染控制，新世纪优秀人才，北京市优秀人才，在国内外期刊发表SCI、EI等论文100余篇；申请专利18项；出版著作7部：主编《矿山固体废物综合利用技术》、《大气颗粒物控制》、《物理性污染控制》3部；作为第一作者参与撰写专著《CHEMISTRY, EMISSIONCONTROL, RADIOACTIVE POLLUTION AND INDOOR AIR QUALITY》1部；第二作者编著《我国典型行业非二氧化碳类温室气体减排技术及对策》；参与编写《环境化学》、马广大主编的《大气污染控制技术手册》。负责并承担国家自然科学基金项目1项、国家环保公益项目2项、部委项目5项、企业横向项目10项、校内项目6项，外专项目3项；参与国家重大项目4项，国家863项目2项；主持完成15项工程、设计及工程管理项目；获省部级奖励2项。
目录:
第一章绪论... 61.1 挥发性有机物（VOCs）的概念、来源及危害... 61.1.1 VOCs概念... 61.1.2 VOCs工业来源... 71.1.3 VOCs危害... 81.2 我国VOCs污染现状及对策... 91.3 VOCs治理技术... 101.3.1 吸附法... 101.3.2 吸收法... 111.3.3 冷凝法... 121.3.4 膜分离法... 121.3.5 燃烧法... 121.3.6 生物法... 141.3.7 光催化法... 161.3.8 低温等离子体法... 171.3.9 几种VOCs处理方法的性能比较... 171.4 结语... 19参考文献... 19

第二章低温等离子体... 212.1 等离子体概念... 212.2 等离子体的分类... 212.2.1 按存在分类... 212.2.2 按电离度分类... 212.2.3 按粒子密度分类... 212.2.4 按热力学平衡分类... 212.3 等离子体特征... 212.3.1 等离子体整体特性... 212.3.2 等离子体准电中性... 212.3.3 等离子体鞘层... 212.3.4 等离子体扩散过程... 212.3.5 等离子体辐射... 212.4 等离子体特征参数与判据... 212.4.1 等离子体密度和电离度... 212.4.2 等离子体温度... 212.4.3 沙哈方程... 212.4.4 德拜屏蔽与德拜长度... 222.4.5 等离子体频率... 222.4.6 等离子体导电性和介电性... 222.4.7 等离子体判据... 22

第三章等离子体产生方式... 233.1 电子束照射... 233.2 介质阻挡放电... 233.3 沿面放电... 233.4 电晕放电... 233.5 辉光放电... 233.6 弧光放电... 233.7 微波放电... 23

第四章气相等离子体光谱特性... 244.1 电晕放电光谱特性... 244.1.1 流光放电... 244.1.2 辉光放电... 244.2 火花放电光谱特性... 244.3 电弧放电光谱特性... 244.3.1 紫外光强度... 244.3.2 紫外光能量... 24

第五章等离子体技术处理VOCs的机理... 255.1 电晕放电... 255.1.1 正电晕... 265.1.2 负电晕... 275.1.3 交变电场电晕放电... 295.1.4 电晕放电起晕电场的计算... 305.2 流注理论... 305.2.1 空间电荷对电场的畸变... 305.2.2 正流注的形成... 325.2.3 负流注的形成... 335.3 介质阻挡放电... 335.3.1 介质阻挡放电的发生过程... 345.3.2 介质阻挡放电的能量和电场的计算... 365.5 电子、离子、自由基和臭氧的形成... 365.5.1 放电等离子体的重要基元反应过程... 365.5.2 电子所得的能量和羟基与臭氧的形成... 375.6 VOCs分子降解过程... 405.7 结语... 43参考文献... 43

第六章低温等离子体物理及反应器类型... 45

第七章低温等离子体反应系统优化... 467.1 实验装置... 467.2 等离子体反应器... 467.3 实验电源及电路... 487.4 反应器结构研究... 517.4.1 反应器直径对降解率的影响... 517.4.2 放电极直径对降解率的影响... 517.4.3 放电极材料对降解率的影响... 545.4.4 反应器材质对降解率的影响... 557.4.5 反应区长度对降解率的影响... 577.5 高频电源下的反应器发热研究... 587.5.1 研究方法... 597.5.2 实验结果... 607.5.3 实验现象分析... 627.5.4 模型建立... 627.6 电源比较实验研究... 647.6.1 直流与交流电的比较实验... 647.6.2 交流电源电气参数对降解率的影响... 667.7 结语... 72参考文献... 73

第八章低温等离子体技术工况参数的研究... 758.1 反应器空塔实验... 758.1.1 电压对降解效果的影响... 758.1.2 入口浓度对去除效果的影响... 768.1.3 气体流速对去除效果的影响... 778.1.4 功率对去除效果的影响... 778.2 反应器内有填料的相关实验... 798.2.1 电场强度对降解率的影响... 798.2.2 气体流速对降解率的影响... 808.2.3 入口浓度对降解率的影响... 818.2.4 填料对降解率的影响... 828.3 工况参数与臭氧浓度关系... 848.3.1 电场强度对臭氧浓度的影响... 848.3.2 气体流速对臭氧浓度的影响... 858.3.3 入口浓度对臭氧浓度的影响... 858.3.4 填料对臭氧浓度的影响... 868.4 填料对气体放电性能的影响... 878.4.1 填料对气体放电强度的影响... 878.4.2 填料与能量分配之间的关系... 898.5 结语... 90参考文献... 91

第九章低温等离子体协同技术研究... 939.1 低温等离子体协同技术研究现状与分析... 939.1.1 等离子体-吸附剂联合技术... 939.1.2 等离子体-催化剂联合技术... 949.1.3 等离子体-铁电性物质联合技术... 959.1.4 联合装置... 969.1.5 机理研究... 969.1.6 国内外研究现状分析... 979.2 协同效应下降解效果的评价标准... 979.3 吸附增效等离子体降解实验... 999.3.1 吸/脱附降解实验... 999.3.2 吸附增效机理研究... 1019.4 催化协同等离子体降解实验... 1069.4.1 纳米TiO2/γ-Al2O3催化协同等离子体降解实验... 1069.4.2 MnO2/γ- Al2O3催化协同等离子体降解实验... 1159.4.3 纳米TiO2/γ-Al2O3与MnO2/γ-Al2O3催化剂对比试验... 1209.5 铁电体协同等离子体降解实验... 1229.5.1 典型铁电体协同等离子体降解实验... 1229.5.2 改性铁电体协同等离子体降解实验... 1329.6 吸附-铁电体-纳米催化协同降解实验... 1389.6.1 复合催化剂对降解率的影响... 1389.6.2 复合催化剂对臭氧浓度的影响... 1399.6.3 复合催化剂对等离子体能量效率的影响... 1399.7 结语... 140参考文献... 141

第十章反应机理和反应动力学分析... 14710.1 检测分析方法... 14710.1.1 净化尾气监测方法... 14710.1.2 产物臭氧测定方法... 14710.1.3 表面结焦产物测定方法... 14810.2 反应产物分析... 14810.2.1 色谱检测结果分析... 14810.2.2 质谱检测结果分析... 14910.2.3 尾气的红外吸收图谱分析... 15010.3 结焦产物分析... 15110.4 反应机理分析... 15310.5 等离子体反应动力学分析... 15810.5.1 高能电子撞击反应速率常数... 15810.5.2 吸附/脱附反应速率... 16010.6 结语... 161参考文献... 162

第十一章低温等离子体技术的其他应用... 16311.1 污水处理厂低温等离子体除臭技术... 16311.1.1 实验装置... 16311.1.2 实验方法及评价指标... 16411.1.3 低温等离子体除臭机理... 16511.1.4 电场强度E与恶臭气体净化效率η之间的关系... 16611.1.5 等离子体反应过程的放电参量研究... 16711.1.6 功率P与恶臭气体净化效率η之间的关系... 16911.1.7 结语... 17011.2卷烟厂低温等离子体除臭技术... 17111.2.1 实验系统及条件... 17111.2.2 净化原理... 17211.2.3低温等离子体技术除臭效率测定[23] 17311.2.4 气体流量变化对异味气体处理效率的影响... 17411.2.5 等离子体设备电源功率变化对异味气体处理效率的影响... 17411.2.6 结语... 17511.3 等离子体技术脱附再生活性炭纤维... 17511.3.1 实验材料和方法... 17611.3.2 频率f与脱附率η和损失率ζ的关系... 17711.3.3 电场强度E与脱附率η和损失率ζ的关系... 17711.3.4 功率P与脱附率η和损失率ζ的关系... 17811.3.5 脱附时间t与脱附率η和损失率ζ的关系... 17811.3.6 机理分析... 17911.3.7 结语... 180参考文献

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