检索结果-南通市图书馆

作者：娄静大连理工大学

学位级别：硕士

污染场地是长期工业化发展的产物,极易引发土壤理化及生物特性变异,严重威胁人类健康和环境安全,已成为当前亟待解决的土壤环境问题。污染场地治理工程中,低温等离子体方法作为一种新型高效的土壤修复技术,逐渐受到关注。该技术是... 详细信息

污染场地是长期工业化发展的产物,极易引发土壤理化及生物特性变异,严重威胁人类健康和环境安全,已成为当前亟待解决的土壤环境问题。污染场地治理工程中,低温等离子体方法作为一种新型高效的土壤修复技术,逐渐受到关注。该技术是一种集光、电、化学氧化于一体的新型高级氧化技术,具有高效、对污染物种类和性质无选择性、处理时间短、无二次污染等优点。因此,针对工业场地存在数量多、种类全、毒性大的污染特性,低温等离子体污染控制技术是一种非常适合的治理技术。本文分别以印染纺织业的染料和制药业的抗生素两类不同污染物为研究对象,研究污染土壤介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）修复技术的效果、机理及其影响因素。主要研究结果如下：（1）设计了一种平板型的DBD反应器。通过对影响反应器放电特性的因素进行考查（如放电电压、电源频率、气隙间距以及土壤填充等）,得出条件变化对放电状态和反应器输入功率的影响,获得较佳的反应器结构参数。（2）研究了酸性大红GR （Acid red 73, AR 73）污染土壤的DBD修复效果、影响因素和降解机理,结果表明：增加放电电压和电源频率,减小气隙间距和放电介质厚度均可提高AR 73的降解率;气体流速为0.28 m·min-1时,AR 73降解效果较好;土壤中污染物初始浓度增大和土层增厚AR 73降解率降低,而相应的能量效率关系呈相反规律;延长处理时间对AR 73降解效果无明显影响;降解过程中COD去除率达74%,降解反应符合表观一级动力学,推测DBD降解AR 73的反应途径主要是C-N键和N=N键的断裂。放电电压17.6 kV,频率300 Hz,气体流速0.28 m·min-1,处理25 min后土壤中AR 73的降解率达93%,能量效率最大值为0.71 g kWh-1。（3）研究了氯霉素（Chloramphenicol, CAP）污染土壤的DBD修复效果、影响因素和降解机理,结果表明：增加放电电压和02流速利于CAP降解;土壤含水量10%时,CAP降解效果较好;延长处理时间对CAP降解效果影响较小;土壤中富含铁元素,添加一定剂量的Fe0促进CAP降解;增加土壤处理量,能量效率显著增大;土壤污染浓度增加致使CAP降解率降低,存在较好的处理浓度范围;通过LC-MS的中间产物分析表明,DBD处理过程中CAP经历了O-H键、苯基-硝基键断裂反应和脱氯、氧化反应,并推测其降解途径;分别以O2、N2、Ar和空气作为载气进行机理研究,表明03是主要贡献者。放电电压18.4 kV,频率500 Hz,氧气流速0.14 m·min-1,土壤含水量10%,Fe0/土壤2%,处理20 min后土壤中CAP的降解率达81%,能量效率最大值为1.18 g kWh-1。

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DBD等离子体协同g-C3N4基催化剂转化温室气体研究

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作者：暴晓丁大连理工大学

学位级别：硕士

CO作为主要的温室气体,其转化利用对于减轻温室效应改善生态环境具有重要的意义,由于CO分子结构稳定,其化学键需要在很高的温度下发生断裂。低温等离子体由于其独特的非平衡特征,可在常温下产生高能电子与自由基,其电子温度高达1-10eV,... 详细信息

CO作为主要的温室气体,其转化利用对于减轻温室效应改善生态环境具有重要的意义,由于CO分子结构稳定,其化学键需要在很高的温度下发生断裂。低温等离子体由于其独特的非平衡特征,可在常温下产生高能电子与自由基,其电子温度高达1-10eV,可使大多数化学键发生断裂,为大气压低温条件下温室气体的转化提供新的途径。基于此,本文采用介质阻挡放电等离子体将温室气体CH和CO转化为具有高附加值的合成气,同时首次将g-CN催化剂与介质阻挡放电等离子体结合,以提高温室气体的转化效率,主要工作及研究结果如下:(1)研究了同轴圆筒DBD反应器对CO的转化规律。考察了放电功率、温度以及进气流量等参数对于转化效果的影响,结果表明:DBD反应器放电模式为细丝微放电;随着注入功率的增加,CO转化率呈现先增加后减小的趋势;降低反应器温度有利于提高CO的转化率;随着进气流量的增加CO转化率逐渐减小,能量利用效率逐渐增加。(2)研究了同轴圆筒DBD反应器的CH和CO的转化规律。实验对比分析了内电极结构及填充介质对放电特性和转化效果的影响,在此基础上对系统的进气参数进行优化。结果表明:不同内电极结构反应器放电起始电压依次为:光滑电极>螺纹电极>线圈电极,内电极结构为螺纹电极时对CH和CO的转化效果最优;在反应器放电间隙填充块状γ-Al2O3时能够有效的促进CH转化。进气参数对转化反应的影响较大,随着进气流量的增加,反应的转化率逐渐降低;产物中H2与CO比例只与进气中CH和CO的比例有关,且随进气中CH比例的增加而增大。(3)开展了g-CN及其复合催化剂与DBD等离子体结合进行CH和CO转化的研究。结果表明:DBD等离子与g-CN催化剂结合时,催化剂的加入对CH和CO转化有一定的促进作用,放电功率为40 W时,CO的转化率由11%提升至16%,CH的转化率由20%提升至28%,g-CN催化剂在DBD等离子中被高能电子激活表现出良好的催化活性。DBD等离子体与TiO/g-CN复合催化剂结合时,随着TiO掺杂量的增加,反应物的转化率逐渐降低,在本研究系统中,TiO掺杂量为1%时转化效率最佳。

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刀片式滑动弧放电及用于转化CO2的研究

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作者：张廷浩大连理工大学

学位级别：硕士

滑动弧放电在常温常压下产生的等离子体兼具热等离子体能量密度高和非热等离子体能耗低、选择性好的特点,该技术制作成本低、操作灵活,成为等离子技术领域的研究热点之一。目前,用于产生滑动弧等离子体的电源多数为直流电源、工频电源... 详细信息

滑动弧放电在常温常压下产生的等离子体兼具热等离子体能量密度高和非热等离子体能耗低、选择性好的特点,该技术制作成本低、操作灵活,成为等离子技术领域的研究热点之一。目前,用于产生滑动弧等离子体的电源多数为直流电源、工频电源和高频电源,有关调制脉冲电源的研究报道相对较少。这种电源单位时间内注入的能量集中,有利于激发化学反应。为此,本文研究了由调制脉冲电源驱动的滑动弧放电等离子体,在分析电弧物理特性的基础上,仿真分析放电装置内的气流场分布,并基于数字图像识别技术,建立起色度指标与放电强度和放电稳定性之间的关联,最后将滑动弧放电用于转化CO的研究。本文的主要研究内容如下:通过分析滑动弧放电过程中的电信号和图像特征,发现滑动弧放电具有明显周期特性,并在放电过程中存在火花放电模式、辉光放电模式以及短路放电模式。考察了放电参数对滑动弧电学特性的影响,发现适当提升进气流速会增加放电强度,但是进气流速超过8 L/min后会使得放电强度减弱,提升输入电压和占空比均可以增加放电强度。通过仿真软件对放电装置内气流场分布进行仿真,并分析了气流量对放电模式、击穿电压和放电周期的影响。发现在反应装置内,进气口、电极底部以及出气口的气体流速最大,气体在侧部出口的反应罩内会形成回旋气流。进气流速增大使得火花放电模式的持续时间增长,对击穿电压几乎没有影响,但是会降低滑动弧放电周期的持续时间。基于数字图像识别技术从放电图像色度学的角度,发现灰度值与放电面积、G分量占比与放电稳定性存在正向关联。在滑动弧放电装置中,研究了不同放电参数、反应器结构参数以及气相参数对CO转化效果的影响。通过优化放电参数,当进气流速为6 L/min,输入电压为10 k V,占空比为80%时,CO的转化率和能量效率分别达到3.8%和39.6%。通过优化反应器结构参数,当采用长度为10 cm的刀片电极、直径为2.5 mm的喷嘴、2.5 mm的电极间距以及侧部出口的反应罩时,CO的转化率和能量效率分别提升到5.5%和52.8%。为了进一步提升CO的转化率,在反应体系中分别添加Ar和N,添加气占比达到90%时,CO的转化率分别提升到14%和16.8%,此时的能量效率分别为16.7%和17.6%。

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脉冲电晕放电等离子体及其联合负载型催化剂修复菲污染土壤研究

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作者：楼诚大连理工大学

学位级别：硕士

随着工业化和城市化进程的推进,石油化工企业搬迁地的多环芳烃场地污染问题日益严重,对土壤环境安全和人类身体健康都构成了巨大威胁。然而,传统的修复技术已经不能满足快速高效修复多环芳烃污染土壤的要求。低温等离子体技术具有处理... 详细信息

随着工业化和城市化进程的推进,石油化工企业搬迁地的多环芳烃场地污染问题日益严重,对土壤环境安全和人类身体健康都构成了巨大威胁。然而,传统的修复技术已经不能满足快速高效修复多环芳烃污染土壤的要求。低温等离子体技术具有处理效率高、修复周期短和适用范围广等特点,作为一种新型污染土壤修复技术,已引起国内外学者关注。鉴于此,本文采用脉冲电源供电,开展针-板式电晕放电等离子体及其联合负载型催化剂修复典型多环芳烃-菲污染土壤的可行性研究,从而对有效修复多环芳烃污染土壤起到一定的指导作用。主要研究结果如下：(1)开展高压供电系统及针-板式反应器优化研究,考察成形电容、脉冲频率、土壤介质和土壤厚度对能量的影响,以改善放电状态,提高能量注入和降低能耗。结果表明：增大成形电容和脉冲频率能够提高注入能量,成形电容和脉冲频率分别为100pF和70Hz时,脉冲放电达到最佳状态;土壤介质的存在有利于提高注入能量;增加土壤厚度能够促进能量注入,提高比能量效率,土壤厚度为1mm时单位土壤获得的能量最高,气体电离产生的活性物质最多,有利于污染物的去除。(2)研究了脉冲电晕放电等离子体修复菲污染土壤的可行性,考察了影响菲降解的电气参数、气体参数、污染物浓度以及臭氧的产生。结果表明：脉冲电晕放电等离子体能够高效快速修复菲污染土壤,放电40min,菲的降解效率为70.5%;增加脉冲峰值电压和脉冲频率能够提高菲降解效率;不同载气中,菲的降解效率从高到底依次为,氧气、空气、氮气和氩气,含氧基团氧化是菲去除的主要原因;一定范围内,增加气体流速有利于活性物质的扩散传递,提高菲的降解效率,最佳气体流速为0.8L／min;提高菲的浓度能够促进菲去除量的增加和能量效率的提高;增加脉冲峰值电压或脉冲频率能够促进臭氧的产量和利用率,臭氧通过直接氧化或分解后间接与菲发生反应。(3)探索脉冲电晕放电等离子体联合负载型催化剂修复菲污染土壤的可行性,研究催化剂用量对菲降解的影响,考察能量效率、催化剂稳定性和放电前后催化剂的物理性质。结果表明：协同技术能够有效提高菲的降解,CuO/γ-Al2O3、MnO2/γ-Al2O3、 Fe2O3/γ-Al2O3和TiO2/γ-Al2O3的添加量为0.2g时,菲降解效率分别提高了9.4%、14.3%、11.0%和6.1%;4种催化剂中,MnO2/γ-Al2O3的能量效率最高为0.22mg/kJ,其次是Fe2O3/γ-Al2O3、CuO/γ-Al2O3和TiO2/γ-Al2O3;催化剂连续使用5次,菲的降解率能够达到67%左右;XRD、BET和总孔体积表征结果表明,放电对催化剂物理性质影响不大。

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用于甲烷重整的非平衡等离子体研究

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作者：王赛大连理工大学

学位级别：硕士

非平衡等离子体是一种部分电离的气体,其具有明显的非热力学平衡特性,电子温度高达1-10 eV,可以很容易的打破化学键促进反应的进行,而气体温度整体保持在室温,有效地降低了化学反应进程中热量的损失,为实现常温常压下甲烷重整提供了一... 详细信息

非平衡等离子体是一种部分电离的气体,其具有明显的非热力学平衡特性,电子温度高达1-10 eV,可以很容易的打破化学键促进反应的进行,而气体温度整体保持在室温,有效地降低了化学反应进程中热量的损失,为实现常温常压下甲烷重整提供了一种新的途径。其中,介质阻挡放电装置简单,适合于在较大空间长时间工作;滑动弧放电兼具热等离子体和冷等离子体特性,具有较高的电子温度和电子密度,同时对化学反应有较好的选择性,因此这两种放电形式在甲烷重整领域受到了国内外学者的广泛关注。为了进一步提高甲烷重整的效果,对两种非平衡等离子体的特性进行对比分析是十分必要的。为此,本课题搭建了同轴圆筒介质阻挡放电装置以及旋转滑动弧放电装置,通过对比实验,分别考察了两种放电方式的电学特性以及等离子体特性,并在此实验基础上进行了甲烷重整的实验研究。具体结果如下:(1)同轴圆筒介质阻挡放电(DBD)和旋转滑动弧放电为两种气体放电方式,电学特性差异明显。高频交流电源驱动的同轴圆筒DBD在正、负半周期内均产生大量脉冲电流,介质电容的存在限制了放电空间电流的自由增长,电流脉冲的峰值约为150mA。旋转滑动弧放电采用内电极为锥形螺旋丝、外电极为不锈钢圆筒的电极结构,在高频交流电源的驱动下实现了稳定放电。旋转滑动弧放电根据电流信号特征的不同分为击穿伴随滑动(B-G)模式和稳定滑动(A-G)模式:B-G模式电流脉冲的峰值较大,接近2 A,但是电流脉冲的数量远小于同轴圆筒DBD;A-G模式的放电气隙没有发生击穿,电流峰值在±900 mA之间变化。(2)同轴圆筒DBD和旋转滑动弧放电的等离子体形态存在较大差异。同轴圆筒DBD为典型的丝状放电,微放电通道在放电空间内分布密集;旋转滑动弧放电过程中电弧为持续变化的动态过程,只有单个放电通道,等离子体区域的范围较小。两种放电方式的温度分布都不均匀:由于气流的换热作用,同轴圆筒DBD温度分布呈现出从左侧进气口到右侧出气口梯度下降的特点;旋转滑动弧放电能量集中在等离子体区域,使得电弧稳定旋转位置的温度高于其他位置。在空气中(添加低于5%的氩气)放电,同轴圆筒DBD的发射光谱以N(C∏→B∏)和激发态氩原子的谱线为主。相同气氛中,旋转滑动弧放电的发射光谱以NO(B∏→X∏)、N(C∏→B∏)和激发态氩原子的谱线为主。计算得到同轴圆筒DBD和旋转滑动弧放电的电子密度分别为1.65×10cm和1.07×10 cm,旋转滑动弧放电气体电离的程度高于同轴圆筒DBD。(3)研究了两种放电方式用于甲烷重整反应的可行性。实验结果表明,两种放电方式下CH和CO的转化率相差不大。旋转滑动弧放电用于甲烷重整的反应气体流量(2L/min)远高于同轴圆筒DBD(0.08 L/min),能量效率为3.58 mmol/kJ,是同轴圆筒DBD(0.14 mmol/kJ)的几十倍。

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聚变负离子源放电特性及热负荷模拟

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作者：王强大连理工大学

学位级别：硕士

中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)是受控磁约束核聚变装置主要的加热手段之一,大功率聚变射频(RF)负离子源是NBI系统的核心部件,其关键问题之一是如何提高离子源的放电稳定性。在高功率放电条件下,离子源会受到极高的热流冲击,... 详细信息

中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)是受控磁约束核聚变装置主要的加热手段之一,大功率聚变射频(RF)负离子源是NBI系统的核心部件,其关键问题之一是如何提高离子源的放电稳定性。在高功率放电条件下,离子源会受到极高的热流冲击,造成壁材料熔融、气化、腐蚀,导致离子源使用寿命降低。为了保护源区室壁免受等离子体热流的侵蚀,法拉第屏蔽(Faraday Shield,FS)被用于负离子源中。由于FS结构复杂,空间位置特殊,对聚变负离子源的放电特性及离子源各器件的热负荷分布进行检测是较为困难的。本文基于流体模型和传热模型,对聚变负离子源放电特性及热负荷进行研究,探索FS结构、射频电流和功率、反应气压对等离子体放电特性(包括电子特性和离子特性)及热负荷的影响,揭示负离子源中各器件的功率平衡关系。研究工作如下:研究了聚变负离子源源区等离子体放电特性,分析了FS结构、射频电流和反应气压对等离子体放电参数的影响。研究结果表明,与无FS的情况相比,当离子源加入FS时,库仑电场在空间电场中起主导作用。随着FS缝隙变窄,电场强度及功率密度随之增加,这导致空间带电粒子的输运机制发生变化。随着FS狭缝变窄,电子密度和H密度逐渐降低,电子温度峰值逐渐升高。提高射频电流,电子密度、电子温度和H数密度逐渐升高,H数密度峰值先上升并趋于稳定(10 m),H数密度逐渐减小。提高反应气压,电子密度、H和H密度逐渐升高,电子温度逐渐减小,H密度在0.5 Pa到2.0Pa时逐渐减小,在4 Pa时H峰值逐渐靠近腔体的边界。研究了聚变负离子源中各器件热负荷分布,分析了射频功率及反应气压对各器件功率平衡的影响。研究结果表明,在高反应气压条件下,高密度等离子体会增加离子源各器件的热负荷。随着FS狭缝变窄,离子源放电腔室壁材料石英管承受的热负荷逐渐减小,当FS狭缝宽度为2.5 mm时,FS表面沉积功率占总输入功率的71%,石英管表面的沉积功率降低到7%(反应气压保持为0.5 Pa)。此外,在射频输入功率40 kW,反应气压6 Pa的条件下,进行负离子源辐照损伤实验。实验证实了FS可以有效保证离子源在大功率放电过程中稳定运行,FS内壁中心位置辐照损伤严重,石英管未被FS遮挡的部分辐照损伤明显,损伤实验结果与热负荷分布结果一致,为分析聚变负离子源的长期稳定运行提供参考。

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滑动弧放电特性及甲烷部分氧化重整制氢研究

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作者：刘孟杰大连理工大学

学位级别：硕士

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种优良的能源载体,其开发与利用是氢动力汽车、氢燃料电池技术发展的关键。等离子体重整制氢技术作为一种启停迅速、可处理燃料种类多、无需催化剂的新兴技术,可以克服传统催化重整制氢工... 详细信息

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种优良的能源载体,其开发与利用是氢动力汽车、氢燃料电池技术发展的关键。等离子体重整制氢技术作为一种启停迅速、可处理燃料种类多、无需催化剂的新兴技术,可以克服传统催化重整制氢工艺操作温度高、启停慢、工艺流程复杂、催化剂易失活等缺陷,在车载制氢方面具有独特的优势。目前,用于滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢的等离子体电源多为直流电源、工频交流电源和低频交流电源,有关高频交流电源的研究报道相对较少。本文设计了一套由40 k Hz交流恒流电源和可调频高频高压交流电源驱动的滑动弧等离子体发生装置,在对其电学特性与光学特性研究的基础上,将其用于甲烷部分氧化重整制氢研究,并结合发射光谱诊断方法对放电过程中的发射光谱进行分析,探讨其重整制氢反应机理。本文主要研究内容如下:1.滑动弧等离子体电学特性研究。以空气为载气,采用示波器、MATLAB/Simulink软件、快速傅里叶变换(FFT)以及含有谐波的非正弦电路分析方法探究了滑动弧的伏安特性、电弧电压谐波含量和电弧电流谐波含量,考察了气体流速、电源电流以及电源频率对击穿电压、总谐波畸变率、平均放电功率和无功功率的影响。此外,结合平均放电功率和无功功率实验结果,探讨了滑动弧的等效放电回路模型。2.滑动弧等离子体光学特性研究。以空气为载气,采用Princeton HRS-750SS发射光谱仪和Specair 2.0光谱分析软件分析了空气放电发射光谱,考察了气体流速、电源电流以及电源频率对电子密度、振动温度、转动温度和特征谱线强度(OH(A-X)308.96 nm、N(C-B)337.09 nm、N(B-X)391.40 nm)的影响。3.滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢研究。以甲烷和空气的混合气为载气,考察了氧碳比(O/C)、电源电流以及平均放电功率对甲烷转化率、氢气选择性、氢气摩尔浓度以及能量效率的影响,并采用Princeton HRS-750SS发射光谱仪对放电过程中的活性粒子种类进行检测,讨论了滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢的反应机理。

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基于模糊PID的无人水下机器人运动控制研究

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作者：李健大连理工大学

学位级别：硕士

二十一世纪是人类经略海洋的世纪。海洋空间已经成为当今世界军事、经济竞争的重要领域,各主要国家对海洋研究的重视程度与日俱增。在大深度进行水下作业的自动化高技术装备,则是进行海洋探索、救援与军事应用的首要选择。伴随着这股热... 详细信息

二十一世纪是人类经略海洋的世纪。海洋空间已经成为当今世界军事、经济竞争的重要领域,各主要国家对海洋研究的重视程度与日俱增。在大深度进行水下作业的自动化高技术装备,则是进行海洋探索、救援与军事应用的首要选择。伴随着这股热潮的到来,无人水下机器人(Remotely Operated Vehicle,简称ROV)技术取得了长足的发展。相比较无缆自治水下机器人,ROV通过自身所带的脐带缆接受来自水面提供的动力和发出的控制命令,相对于无人水下机器人,ROV更加的轻便、简单、可靠性好、作业能力强,便于操作,而技术要求易于达到。ROV在军民两个方面都有广泛的应用前景,民用可以在海上资源的勘探和开发等方面发挥作用,在军用方面特别是在现代海军建设中更是具有不可替代的优势,业已成为当下部队建设发展不可或缺的水下侦测、救援等主要设备和作业平台。作为一支防险救生部队,担负着水下救援及探摸打捞等使命任务。使命任务作业范围广,下潜深度大,对工程作业的技术要求高,这正符合ROV的设计特点和初衷。包括我国在内的主要大国都在研制各种用途的ROV,完成探雷、扫雷、侦察、探摸、打捞等任务。本课题将结合遥控水下机器人为研究对象,对其控制规律等进行研究与优化。文中建立了ROV的空间运动学模型,根据实际需要,简化得出六自由度运动模型。运用模型解耦、平面假设理论、模型线性化等理论,我们以PID经典控制算法得出的结果为基本参考,通过引入二维模糊控制理论对数据进行优化,以达到对PID控制参数的在线整定。与此同时,借助Matlab软件提供的模糊控制工具箱Fuzzy Logic来实现对模糊PID控制器的设计。利用Matlab/Simulink进行仿真实验,实现对该型水下机器人的艏向和深度的调节控制,通过对模糊PID与传统PID的仿真结果的相互比较,以此验证模糊PID控制具有更加突出的准确性与适用性。

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针—板式放电等离子体修复PNP污染土壤的研究

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作者：张雪大连理工大学

学位级别：硕士

随着土壤环境污染问题的凸现,探求各种污染土壤修复技术已成为当今环境领域的热点研究课题。低温等离子体技术是近年来发展起来的处理污染土壤的新型技术.具有处理效率高、处理范围广、无二次污染等特点,受到越来越多的关注。本文... 详细信息

随着土壤环境污染问题的凸现,探求各种污染土壤修复技术已成为当今环境领域的热点研究课题。低温等离子体技术是近年来发展起来的处理污染土壤的新型技术.具有处理效率高、处理范围广、无二次污染等特点,受到越来越多的关注。本文采用典型的针-板式电极结构产生低温等离子体修复对硝基苯（p-Nitrophenol,PNP）污染土壤,实验分为两个部分,一是采用针-板式介质阻挡放电（DBD）等离子体修复PNP污染土壤,另一种是采用针-板式电晕放电等离子体修复饱和含水率为100%的PNP污染土壤。通过考察影响PNP降解效果因素,探索针-板式电极放电低温等离子体修复PNP污染土壤可行性,为低温等离子体修复有机污染土壤提供研究依据,对后续研究工作的开展起到参考作用。主要研究结果如下：（1）针-板式DBD能够在大气压下产生功率密度适中的等离子体。研究了放电电压和土壤填充对针-板式DBD反应器放电特性的影响;电参数和土壤参数对PNP污染土壤降解效果的影响。结果表明：放电电压为15kV,电源频率500Hz,电极间距为4.5mm,处理60min后,土壤中PNP的降解率达到82%,能量效率为0.020g/kWh。随着放电电压的提高,电场强度增强,提高了注入功率,PNP降解率也随之增加,放电60min,放电电压从12kV增加到18kV,降解率从74.6%提高到87.3%;土壤填充能够改变气体在放点空间的分配比例,减小气隙间距,增加电场强度,注入功率;一定范围内增加载气气量有利于PNP降解,继续增加载气气量则抑制污染;土壤修复土壤含水率为10%,PNP降解效果最好,达到82%;碱性条件和低PNP初始浓度更有利于PNP的降解。（2）研究针-板式脉冲电晕放电等离子体对饱和含水率100%的PNP污染土壤的修复,考察了放电电压和电源频率对反应器放电特性的影响和影响PNP降解效果的因素,对降解过程中产生的H202量,TOC的变化进行了分析。结果表明：针-板式脉冲电晕等离子体对饱和含水率100%的PNP污染土壤有较好的修复效果,放电电压为21.6kV,电源频率70Hz,气量0.4L/min,放电间距10mm,处理60min后,PNP降解率为86.3%,能量效率为0.20g/kWh。增加放电电压和电源频率可以提高反应器的注入功率,促进土壤中PNP的降解;载气气量为0.8L/min,降解率达到87.9%;干净的普通土壤放电H202的产生量明显高于PNP污染土壤;土壤提取液的COD值和TOC值均随着放电时间的延长而降低,实验体系对PNP降解有较高的矿化效果。

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非对称DBD放电空间结构识别及丙纶改性研究

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作者：罗朋振大连理工大学

学位级别：硕士

介质阻挡放电(DBD)能在常温常压下生成稳定的低温等离子体,当前已被大量应用于臭氧产生、材料表面处理、气体流动控制等诸多领域。在常温常压下DBD放电大多以丝状放电为主,而在材料表面改性等领域往往要求放电空间具有较高的均匀性。因... 详细信息

介质阻挡放电(DBD)能在常温常压下生成稳定的低温等离子体,当前已被大量应用于臭氧产生、材料表面处理、气体流动控制等诸多领域。在常温常压下DBD放电大多以丝状放电为主,而在材料表面改性等领域往往要求放电空间具有较高的均匀性。因此在实际工业应用中,提高及评价放电空间的均匀程度一直是研究者关注的热点及难点问题。关于如何提高放电空间的均匀度,研究者通常从以下方面着手:1、利用惰性气体作为气体介质;2、让放电在低气压环境下进行;3、以非对称DBD结构作为等离子体产生源。与严格意义上的ns量级时间范围内不存在任何丝状放电通道的均匀放电不同,在实际的工业生产中,并非一定局限于这种理论定义上的均匀放电。反而更加实用的是由众多丝状通道相互融合所形成的近似均匀的放电,因此也引出了放电空间结构识别及均匀程度的评价等难题。关于DBD放电空间的识别,常用手段有:1、电气参数测量;2、ICCD相机高速摄像;3、数字图像处理技术。本文以非对称DBD为研究对象,通过ICCD高速摄像技术、数字图像处理技术分别对针—平板、筛网—平板DBD进行放电空间的识别研究,并选取筛网—平板DBD结构对丙纶进行表面处理。所取得的成果如下:利用ICCD高速摄像技术结合电气参数测量手段对不同气体介质下非对称针—平板DBD的放电空间结构进行研究。发现在大气压条件下,气隙距离为12mm时,针—平板DBD在不同的气体介质中会存在不同的放电空间结构,当气体介质为氩气,放电电压为4kV时,放电电压的正半周期表现为丝状放电结构,在电压的负半周期放电通道呈现为分层结构,为类辉光放电形式;当气体介质为氮气,放电电压为12kV时,放电为电晕放电形式,仅针电极附近存在发光亮点。当放电电压升高到15kV,放电电压的正、负半周期会呈现不同的放电空间结构,正半周期为丝状放电结构,负半周期呈现类辉光分层空间结构。在空气条件下,放电电压为12kV时,存在和氮气条件下相似的电晕放电,而当放电电压为15kV时,在整个周期只表现出丝状放电空间结构。提出利用图像处理技术中常用的灰度直方图(GLH)、傅里叶能量谱(FES)对筛网—平板DBD进行放电空间结构识别研究,并运用表示图像灰度u(x,y)离散程度的CV值对放电空间的均匀度进行定量评价。实验过程中发现在空气、氮气条件下,筛网—平板DBD放电空间会出现周期性放电结构向丝状放电结构的转变。周期性放电的灰度频率分布图呈类单高斯分布,但存在一个频率极大的异常灰度值,傅里叶能量谱表现为具有一定空间周期的规则结构。当放电电压增高到15kV时,丝状通道会发生相互融合,呈现丝状放电空间结构。灰度频率分布为混合高斯分布,傅里叶能量谱图像谱图中心区域则变为具有一定面积的椭圆形。在氩气条件下时,只要放电发生,其放电图像的灰度频率分布为混合高斯分布,傅里叶能量谱图像为具有一定面积的椭圆形。以上实验结果说明,在氮气、空气氛围中筛网—平板DBD放电过程中会发生放电空间结构的变化。本文进一步对筛网电极DBD的放电结构进行了优化研究,实验发现当筛网电极的网孔(L)足够小时,其放电图像的CV值可能会小于相同电极面积的平板DBD结构,即前者的放电空间的均匀性优于后者,这也为筛网电极在等离子表面改性中的应用提供了理论依据。最后,选择合适的筛网尺寸(L=0.26mm),利用筛网电极DBD对丙纶样品进行了表面处理。实验表明经等离子体处理后的丙纶,其表面水接触角明显降低,可染性也得到了较大的提高。通过扫描电镜对其进行表面观察可知,处理过后的样品表面出现了等离子体刻蚀现象,表面粗糙度显著增加,从而提高了其亲水性。利用傅里叶红外光谱仪对处理过后的丙纶表面进行化学分析,发现其表面引入了大量的亲水性基团,如:N—H、—OH等。但其表面亲水性时效性较差,在空气中暴露数天后,亲水性基团吸收峰峰值会下降,同时表面亲水性也出现了明显下降。

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