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三电极DBD装置放电特性及降解苯研究

三电极DBD装置放电特性及降解苯研究

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作者：王美威大连理工大学

学位级别：硕士

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)能够在常温、常压下产生稳定的等离子体,因其装置结构简单、能量利用率高,已成为最常用的等离子体生产方法之一。根据放电等离子体空间分布的差别,DBD可分为沿面介质阻挡放电(SDBD)和体... 详细信息

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)能够在常温、常压下产生稳定的等离子体,因其装置结构简单、能量利用率高,已成为最常用的等离子体生产方法之一。根据放电等离子体空间分布的差别,DBD可分为沿面介质阻挡放电(SDBD)和体介质阻挡放电(VDBD),VDBD在高压和低压电极间的空气间隙中产生放电等离子体,起始放电电压较高;SDBD的放电电极紧贴于绝缘介质表面,等离子体沿介质表面发展,导致等离子体化学反应仅发生在介质表面附近,影响气体的处理能力,但沿面放电的起始放电电压较低,气体处理效能较高。因此,本文将两种放电结构相结合,提出两种三电极沿面/体DBD复合放电结构,一种是通过在垂直于SDBD的上方增加接地电极形成V-SDBD系统,一种是通过在板板DBD下方添加接地电极形成S-VDBD系统,从电学特性、光学特性和活性物质生成等角度探究附加的接地电极对原来单一DBD装置结构的影响,并对附加接地电极影响放电特性原因进行了分析,最后考察三电极复合结构对苯的降解性能,具体实验结果如下:(1)通过对比SDBD与V-SDBD系统的电信号、发射光谱、活性物质生成能力,研究V-SDBD系统中附加接地电极对沿面DBD的影响,包括伏安特性、电荷特性、功率特性以及活性粒子等。V-SDBD系统放电电流脉冲数和幅值明显增大,当电压为16 kV时,放电间隙为2.8 mm时,V-SDBD系统中的沿面微放电数量提高了两倍,放电电荷量增加了21%,V-SDBD系统中的沿面放电功率是单独沿面DBD的1.18倍。V-SDBD装置的等离子体沿介质表面和气隙之间更充分地发展,生成的臭氧浓度及臭氧生成效率更高。电压为16 kV时,V-SDBD生成臭氧浓度和臭氧能量效率分别为3.66 mg/L和27.6g/kW·h,分别是SDBD装置的4.3倍和1.76倍。(2)对比板板VDBD和S-VDBD系统,电压为9 kV时,S-VDBD系统已产生数目较多且幅值较大的电流脉冲,而VDBD系统基本还没有放电。当电压为16 kV时,S-VDBD系统中体介质阻挡放电较VDBD放电电荷量增加至1.39倍,峰峰电荷量提高43%,放电功率提高了3.85 W,介质电容提高19%,且生成活性粒子数目显著增多。S-VDBD系统使用筛网目数为60目的沿面接地电极时,其空间体介质阻挡放电呈现“相对均匀”稳定丝状放电。(3)考察两种复合DBD系统的苯降解能力,并以SDBD和V-SDBD系统为例,探究相关参数对苯降解性能影响。苯初始浓度150 ppm,电压为16 kV,气体流速为1L/min时,V-SDBD系统和S-VDBD系统降解率分别55.3%和53%,最大能量效率分别为1.29 g/kW·h和0.75 g/kW·h。随着气体流速的增加,苯的能量效率先增加后降低。当气体流速为1 L/min时,本实验体系能量利用效率达到最优。V-SDBD系统受气隙的影响要小于SDBD系统。较高初始浓度的苯气体,在一定程度上能够提高系统的苯降解能量效率。苯降解后的产物主要为HO、O、CO、NO、HCOOH和CO。

关键词：低温等离子体复合介质阻挡放电放电特性臭氧生成能力苯降解

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