1、能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)收稿日期：2022-10-12第一作者：侯丽媛（1991），女，助理实验师，硕士，主要研究方向为挥发性有机污染物治理。E-mail：引用格式：侯丽媛,吴志明,刘易宗,等.低温等离子体处理典型挥发性有机污染物的条件分析J.能源研究与管理,2023,15(2):79-87摘要：为探究NTP（低温等离子体）处理典型VOCs（挥发性有机物）的最佳处理条件，以苯、甲苯和氯苯为研究对象，考察不同电源极性、能量密度、模拟废气成分、反应器结构及不同苯环取代基情况下，3种污染物的VOCs去除效果、能量效率情况。结果表明：负电源相对于正电源处理能
2、力更强。2 L/min为最佳处理气量，NTP体系适用于处理稍高于80伊106初始体积分数的甲苯。25%的低相对湿度条件普遍有利于VOCs去除。中心电极齿轮齿数增加可以提高中低能量密度下甲苯的去除率；放电极间距适当减小至13 mm也可以使甲苯去除率得到一定程度提高。NTP处理3种污染物的效果顺序为甲苯苯氯苯。结果可为NTP处理典型VOCs提供必要的理论参考。关键词：低温等离子体；苯；甲苯；氯苯中图分类号：X781文献标志码：A文章编号：20967705（2023）02007909HOU Liyuan1,WU Zhiming1,LIU Yizong2,LI Song1,JIANG Yaguang1
3、（1.College of Bioengineering,Being Polytechnic,Beijing 100176,China;2.China Nuclear Engineering Consulting Co.,Ltd.,Beijing 100032,China）In order to explore the optimal treatment conditions of typical VOCs(volatile organic compounds)treated by NTP(non-thermal plasma),choose benzene toluene and chlor
4、obenzene as the research objects,the removal effects and energyefficiency of three VOCs were investigated under the conditions of different power polarity,energy density,simulated exhaustgas composition,reactor structure and different benzene rings substituent.The results show that:the processing po
5、wer ofnegative power is stronger than that of positive power.The 2 L/min is the optimal amount of gas.The NTP system is suitablefor the treatment of toluene with a concentration slightly higher than 80伊106.25%of the low relative humidity condition isgenerally favorable for VOCs removal.Increasing th
6、e center electrode gear tooth can improve the removal rate of toluene inthe medium and low energy density.The reduction of the spacing of the electrodes to 13 mm can also increase the removalrate of toluene.The effect of three kinds of pollutants order is toluenebenzenechlorobenzene.It provides nece
7、ssarytheoretical reference for NTP processing typical VOCs.non-thermal plasma;benzene;toluene;chlorobenzeneDOI：10.16056/j.2096-7705.2023.02.012低温等离子体处理典型挥发性有机污染物的条件分析侯丽媛1，吴志明1，刘易宗2，李松1，姜亚光1（1.北京电子科技职业学院 生物工程学院，北京100176；2.中核工程咨询有限公司，北京100032）研究与探讨79窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)引言挥发性有机物（VOCs）的排
8、放对气候变化有重要影响1，NTP（non-thermal plasma，低温等离子体）技术在去除VOCs方面应用广泛2，适合低浓度的有机气体净化3，尤其是在去除一些难以去除的含苯环和含氯挥发性有机物有一定的优势。从气体放电形式来看4，常压下产生低温等离子体的形式主要包括电晕放电5、辉光放电6、射频放电7和介质阻挡放电8等，相比于其他放电形式，电晕放电形式产生的低温等离子体方法具有去除VOCs效率高、能量利用率高等优点，可降低能耗，且设备装置简单9。樊星10发现在正极性电晕放电条件下，转化率的排序为对二甲苯甲苯苯。MISTA W等11利用电晕放电处理甲苯，发现能量密度为400 J/L，初始体积分
9、数为5伊106时，转化率为98%，当初始体积分数升高到200伊106，要使转化率在90%以上，能量密度需达到3 000 J/L以上，可见该系统更适合处理低质量分数的甲苯。ABEDI K等12利用电晕放电处理氯苯，氯苯所能达到的最高转化率为60%。郭海倩等13利用低温等离子结合生物法协同处理氯苯和二氯乙烷的混合物，在一定的能量密度和气体流速下，氯苯和二氯乙烷的去除效率会随着初始浓度的增加而降低。杨海龙14和张琪15均发现放电功率、进口浓度对系统的降解效果均有明显影响，降解效果与放电功率呈正相关，与进口浓度呈负相关。电晕放电形式是低温等离子体技术的常用形式，以上实验结果表明，低温等离子体技术对于一
10、些难去除的含苯环和含氯挥发性有机物有较好的去除效果，而且相比于含氯挥发性有机污染物，低温等离子体处理苯系物能达到更高的转化效率。并且气体流速及初始浓度等条件会对去除效率有很大影响，但是未对各种反应条件对去除效率影响做系统研究，也未在同一条件下对各种典型挥发性有机物进行系统研究，因此针对系统研究典型挥发性有机物以及反应条件的工作还需要完善。本文选取苯、甲苯和氯苯3类代表性挥发性有机污染物，使用直流电晕放电、串齿型线-筒式反应器，考察不同电源极性、能量密度、模拟废气成分及反应器结构等条件下VOCs去除效果和能量效率的情况，为低温等离子体处理典型挥发性有机物提供必要的理论参考。1材料与方法1.1实验
11、仪器与材料1）主要仪器。低温恒温槽（YHD-3050），上海庚庚仪器设备有限公司；质量流量控制器（D07型）北京七星华创电子股份有限公司；直流高压电源（DW-P253-5ACCC），天津市东文高压电源厂；气相色谱仪（Agilent HP-6890N型），美国；气相色谱仪（Techcomp，7890II型），中国。2）主要试剂。苯、甲苯和氯苯纯溶液。1.2实验装置低温等离子体处理VOCs装置示意图如图1所示，本研究采用的低温等离子体处理VOCs装置由气体配制单元、等离子体反应器单元和气体分析单图 1低温等离子体处理 VOCs 装置示意图Fig.1Schematic diagram of the
12、experimental system研究与探讨80窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)元3部分组成。气态的挥发性有机物和水蒸气分别借助定量空气从装有挥发性有机物纯溶液和去离子水的控温鼓泡塔引出，随后与稀释空气在缓冲罐内充分混合，气体流量由质量流量控制器调控。实验过程中可以通过改变鼓泡塔气体流量及水浴温度来调节模拟气体中挥发性有机物以及水蒸气的浓度。低温等离子体通过在串齿线放电极与圆筒接地极之间施加直流高压形成的电晕放电产生，实验过程中通过调节放电电压控制输入反应器的放电能量。出口气体直接进入仪器在线检测。1.3实验方法气态的挥发性有机物和水蒸气分别借助定量
13、空气从装有挥发性有机物纯溶液和去离子水的控温鼓泡塔引出，随后与稀释空气在缓冲罐内充分混合。气体流量由质量流量控制器调控，反应总气量为2 L/min。实验过程中可以通过改变鼓泡塔气体流量及水浴温度来调节模拟气体中挥发性有机物以及水蒸气的浓度，其中同步处理过程中丙酮的体积分数为250伊106，其他条件下，所有挥发性有机物的体积分数均为50伊106；除考察湿度影响外，反应气的初始相对湿度均控制在50%左右。所有实验均是在常温常压下完成。采用的等离子体反应器为串齿线-筒状，所用电源为电压025 kV连续可调的直流高压电源。低温等离子体通过在串齿线放电极与圆筒接地极之间施加直流高压形成的电晕放电产生，其
14、中串齿线放电极为等间距串接10个放电齿轮的不锈钢棒，每个齿轮上均布6个放电尖端，串齿线放电极如图1所示，接地极为筒状不锈钢管，内径为42 mm。放电异极距为16 mm，有效放电长度定义为顶端和低端放电齿在反应器轴向的距离。实验过程中通过调节放电电压控制输入反应器的放电能量。出口气体直接进入仪器在线检测。1.4分析方法借助配有FID检测器和30.0 m伊320滋m HP-5毛细柱的Agilent HP-6890N型气相色谱仪和VOCs标准气定量测定反应气中VOCs的含量。借助配置了甲烷转化炉、TDX-01填充柱和FID检测器的天美-7890型气相色谱检测CO浓度。测定原理是CO和CO2在甲烷转化
15、炉中和氢气反应生成甲烷，由于转化速率不同，因此进入色谱柱的时间不同，从而分开了CO和CO2的峰。1.5计算方法1）放电能量密度。放电能量密度（energy den-sity，SIE）定义为注入单位体积反应气中的放电能量，可由下式计算得到，除特别说明外，本研究所有实验结果均基于放电能量密度进行评价。SIE=(伊/)伊60(1)式中：为放电电压，kV；为放电电流，mA；为气体流量，L/min。2）VOCs转化率。VOCs的转化率通过测量反应器出入口气体中的体积分数后由式(2)计算得到：=(inletoutlet)/inlet伊100%(2)式中：为VOCs的转化率；inlet和outlet分别为V
16、OCs的入口和出口体积分数。3）碳氧化物（CO）生成的选择性。本研究中利用碳氧化物选择性CO来描述VOCs的矿化程度，计算方法如下：CO=(2)CO+(1)CO2移inletinlet伊100%(3)式中：inlet为反应器VOCs入口质量浓度，mg/m3；CO2、CO分别为出口CO2和CO质量浓度，mg/m3；inlet为VOCs的碳原子数。用来区分碳氧化物的选择性，为1或2，当为1时，表示CO的选择性，当为2时，表示CO2的选择性。4）能量效率（EE）。能量消耗决定着等离子体处理VOCs技术的运行成本，本研究通过计算能量效率来评价单位能量消耗所能去除VOCs的质量，能量效率计算方法如式(4
17、)所示。EE=(inlet伊/SIE)伊3.6(4)2结果与讨论2.1反应条件对处理效果的影响2.1.1电源极性对甲苯处理效果的影响负电源处理起晕电压在13.013.5 kV之间，正电源处理起晕电压在11.512.5 kV之间。反应器回路电流均随着电压的升高而增加，负电源处理在21.022.5之kV间发生击穿，正电源则在16.017.0 kV之间。因正电晕的电晕流注平均发展速率远远快于负电晕16，所以正电源处理过程中，NTP系统的起晕电压与击穿电压都要较负电源处理时更小。实验选取模拟废气成分为干压缩空气+体积分数39.8伊106的甲苯+RH（relative humidity，相对湿度，25%
18、H2O），处理气量为2 L/min，正、负电源放电进行对比，甲苯去除效果和能量效率随能量密度变化情况如图2所示。由图2可知，在RH=25%湿度条件下，甲苯去除率随能量密度变化趋势大致相同。甲苯在负电源研究与探讨81窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)放电处理时最高去除率为98.06%，正电源处理时为83.28%，虽然正电源处理最高去除率不足90%，但是同样达到83.28%去除率时负电源处理需要将近比正电源高3.6倍的能量输入。当正电源处理达到最大去除率时，负电源去除率仅为45%左右，接近2倍。对于能量效率而言，负电源处理普遍明显低于正电源，在低能量密度时，正
19、电源的效率远远高于（24倍）负电源，正电源最高去除率时的能量效率同比高出负电源近2倍。2.1.2处理气量及初始浓度对甲苯处理效果的影响模拟废气成分为干压缩空气+体积分数39.8伊106的甲苯+RH（25%H2O），处理气量分别为1、2、4 L/min时，系统对甲苯的去除效果、能量效率随能量密度变化情况如图3所示。由图3可知，处理气量为1 L/min与2 L/min时，甲苯的去除率随能量密度变化几乎相同。02 000 J/L能量密度范围内4 L/min明显较差，高于2 000 J/L时，3种气量条件差异不大。处理气量直接反映了模拟废气在NTP体系中停留时间，处理气量越小，则废气的停留时间越长。1
20、 L/min气量虽然废气在反应器中停留时间相对于2 L/min更长，但从实验结果来看并没有明显提高对甲苯的去除效果，因为2 L/min气量对应的停留时间的每个能量密度下，甲苯的降解反应都已经几近达到平衡，继续增加停留时间（减小气量）不会明显促进甲苯降解，所以处理1 L/min的气量是不经济的。气量为4 L/min时由于停留时间过短，02 000 J/L能量密度范围内甲苯降解反应还未达到平衡就从反应器出口排出导致去除率下降，能量密度高于2 000 J/L时，由于反应器提供能量过剩，也能达到较高的去除效果。由图3还可看出，1、2 L/min气量时能量效率相近，并且在02 000 J/L能量密度范围
21、内下降较4 L/min更为平缓，在处理时能量利用效率更高，综合考虑，2 L/min的处理气量无论在去除效果还是能量效率两方面都是最佳选择。本研究还考察了VOCs初始浓度对其处理效果的影响，放电电源为负电源。模拟废气成分为干压缩空气+体积分数分别为20.0伊106、39.8伊106、80.0伊106的甲苯+RH（25%H2O），处理气量为2 L/min，系统对甲苯的去除效果、能量效率随能量密度变化情况如图4所示。由图4可知，甲苯的初始浓度越低，相同能量密度时去除率越高，并且随着能量密度增加这种差异性先增大后减小，体现为3条曲线先相互远离后接近。因为初始浓度低时，NTP体系中甲苯分子、图 2正负电
22、源放电条件下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.2Effects of power supply polarity on toluene treatment图 3 不同处理气量下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.3Effects of processing volume on toluene treatment图 4不同初始浓度下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.4Effects of initial concentration on toluene treatment原1原1原1原1原1原1研究与探讨82窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023
23、,15(2)自由基及自由电子密度较小，甲苯分子碎片化及进一步氧化受NTP活性粒子浓度影响很小，体现出较高去除率。当甲苯浓度增大时，能量密度不变，更多的自由电子和自由基被甲苯降解中间产物吸收、消耗，体现出较低去除率。另一方面，由于甲苯浓度增加，NTP体系中甲苯分子与活性粒子碰撞的机会增加，反而使甲苯去除量的绝对值增大，但是仍受限于NTP体系活性物种密度具体则体现为体积分数80.0伊106的甲苯能量效率最高，其次为体积分数39.8伊106和20.0伊106的。这3种初始体积分数对应能量效率差距巨大，即使在最高去除率时，体积分数为80.0伊106时对应的能量效率是体积分数为20.0伊106的将近4倍
24、。2.1.3不同湿度对甲苯处理效果的影响模拟废气成分为干压缩空气+体积分数39.8伊106的甲苯+RH（25%、45%、75%H2O），处理气量为2 L/min，放电电源为负电源，不同RH条件下，系统对甲苯的去除效果、能量效率随能量密度变化情况如图5所示。由图可知，相同能量密度条件下，甲苯的去除效果随相对湿度的增加而逐渐下降。3种不同湿度条件下，能量效率均随能量密度升高呈先急剧下降后趋于平稳的趋势。出现上述结果的原因可能是在NTP系统处理甲苯过程中，激发态O与H2O反应生成的HO 自由基的氧化作用显著（HO 氧化电位2.08 V，O3氧化电位2.07 V；HO 的氧化性大于O317），当模拟废
25、气中相对湿度很小的时候，此时H2O产生的大量HO 会促进甲苯的氧化降解，成为影响甲苯去除效果的主导因素。但是在相对湿度逐渐增大的过程中，因为H2O是电负性很强的分子，大量的H2O分子会吸附反应氛围中的自由电子形成阴离子降低电子与甲苯的碰撞几率，并且H2O分子形成的阴离子难以电离，进而提高起晕电压，最终导致高能电子及活性基团密度降低从而抑制甲苯氧化降解。在实验过程选取的3个湿度范围内，H2O的量均是过量的，HO 的氧化作用不能成为主导，所以体现出甲苯去除效果随湿度降低的现象。当模拟废气组成不变，放电电源改为正电源时，结果如图6所示。由图可看出，电源改为正极性后，甲苯去除效果随湿度变化的规律与负电
26、源几乎相同。另外，RH=75%时甲苯去除效果曲线明显低于其他2条曲线，与此同时RH=75%时的能量效率曲线也低于其他2种湿度条件下，而25%与45%湿度的2条曲线相对接近，说明在正电源条件下RH为75%会极大地降低甲苯降解效率并且能量利用率也会大幅降低，不利于甲苯处理。2.1.4CO 选择性对甲苯的CO产量及其选择性进行了考察，不同RH下CO、CO2产量随能量密度的变化其结果如图7所示。由图7可知，CO、CO2产量随能量密度增加逐渐增加，CO2最大产量为386.91 mg/m3，CO最大产量为38.08 mg/m3，CO2产量远大于CO，说明甲苯此时更倾向于完全氧化为CO2。湿度的变化对CO产
27、量也具有一定影响，CO在NTP中的主要转化过图 5负电源放电不同 RH 下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.5Effects of relative Humidity on toluene treatment bynegative power supply图 6正电源放电不同 RH 下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.6Effects of relative Humidity on toluene treatment bypositive power supply图 7不同 RH 下 CO、CO2产量随能量密度的变化Fig.7Effects of relative Humi
28、dity on CO and CO2production222研究与探讨83窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)程见式(5)、式(6)。对于CO，RH=25%时CO同能量密度下产量最大。CO2主要由CO氧化而来，0250 J/L范围内H2O几乎对CO2产量没有影响，能量密度升高，一方面H2O对活性O的消耗所带来的影响逐步增强，虽然H2O产生的HO 也能参与CO氧化，但在处理甲苯的NTP体系中并不是主导作用，另一方面，甲苯在高湿度时本身去除率较低，两点综合作用导致CO2产量随相对湿度升高而降低。CO+HOCO2+H2O(5)CO+OCO2(6)不同RH下CO选
29、择性随能量密度的变化如图8所示。由图可知，3种湿度条件都不能使CO选择性达到100%。0500 J/L范围CO选择性随能量密度升高有显著提升，能量密度是控制CO选择性的主导因素。之后继续增加则提升不明显，说明此时NTP体系对甲苯向CO的转化作用已经几近饱和，过高的能量密度只能促使更多的甲苯分解，但是其彻底氧化为CO的比例已经几乎不变，NTP系统的性质成为控制CO选择性的主导因素。正如上文所述，H2O的猝灭效应抑制了甲苯向CO的转化，故较低的湿度更加适合甲苯的彻底氧化。总之，从甲苯彻底氧化为CO的角度考虑，同样是RH=25%的湿度条件更为有利，虽然CO产量略高于其他湿度，但是其CO选择性能够有显
30、著地提升。另外，甲苯CO选择性在本研究NTP系统中仍然无法达到接近100%的理想状况，实验系统仍有待改善，或者将NTP与其他处理系统进行结合进一步深入探究。2.2反应器结构对处理效果的影响模拟废气成分为干压缩空气+体积分数39.8伊106的甲苯+RH（25%H2O），处理气量2 L/min，负电源放电。考察反应器结构对处理效果的影响。2.2.1放电齿轮尖端数中心电极上套有带有尖齿的放电齿轮，分别选用4、6、8齿的放电齿轮组装中心电极（齿轮数量均为10个、间距均为10 mm），甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化如图9所示。由图可知，放电齿轮齿数为4时，甲苯去除效果最差，但3种齿数在能量密度2
31、500 J/L对甲苯的去除几乎没有影响。因为实验所用NTP系统由齿尖开始起晕进而引发放电流柱，低能量密度时，齿数过少，放电不能充满整个反应器反应区间，因其产生的NTP分布不均，不利于甲苯去除。高能量密度时，注入反应器能量过剩，在实验选取范围内无论放电尖端密度如何，均能产生较均匀的NTP，故出现4、6、8齿有着相近的处理效果。这一特点在能量效率受齿数影响的规律中也能得以体现。2.2.2放电齿轮个数选用齿数为6的放电齿轮，考察其个数对甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化情况（间距均为10 mm），结果如图10所示。由图10可知，不同的齿轮个数无论对甲苯的去除率还是能量效率均没有明显影响。虽然齿轮个
32、数增加放电尖端总数也随之增加，但是由于每个齿轮间隔保持10 mm不变，实际上放电尖端密度并没有改变，只是增加了反应区域长度。当注入反应器的图 8不同 RH 下 CO 选择性随能量密度的变化Fig.8Effects of relative humidity on selectivity of CO图 9不同放电尖端数下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.9Effects of discharge tip number on toluene treatment图 10不同放电齿轮个数下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.10Effects of discharge gears nu
33、mber on toluene treatment研究与探讨84窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)能量不变时，更多的放电尖端会使NTP的产生更倾向于均匀化，但是同时能量被分配到了更大的空间内不利于NTP的形成，这两种作用相互抵消，导致它们没有明显差异。2.2.3放电极间距选用齿数为6的放电齿轮（齿轮数量均为10个、间距均为10 mm），除上文所提及的反应器外壁尺寸，由于工程定制限制因素，又选取了放电极间距分别为13 mm（长度300 mm、内径36 mm、外径40 mm）及33 mm（长度300 mm、内径76 mm、外径80 mm）的2种不锈钢筒。在实验
34、过程中，发现放电极间距越小，NTP反应器的起晕电压和击穿电压越低，同等电压时放电电流越大。放电极间距对甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化情况其结果如图11所示。由图11可知，33 mm极间所能达到的最大能量密度大于13 mm和16 mm 2种间距的，但是其对甲苯的去除效果远不及它们。尤其是在中低能量密度，33 mm极间距甲苯去除效果及能量效率均为最差。13 mm及16 mm极间距差距不大，其对甲苯的处理能力和能量效率差别也不明显，前者只是稍优于后者，但在01 000 J/L时前者的能量效率与后者有一定差距，可以看出选择13 mm更小的极间距更有利于对甲苯的去除。因为NTP的产生是基于电子雪崩
35、在两极之间的迁移，放电极间距增加，电子所迁移的长度也相应增长。较小的极间距使得NTP空间体积缩小，注入能量一定时，NTP区域的能量密度更大、能量分布更加均匀，有利于甲苯去除。但是由于NTP空间体积缩小也相应的导致气体在NTP中停留时间的缩短，这是不利于VOCs去除的因素，所以应存在一个最合适的极间距。由于反应器定制的工程原因，无法定制直径更小的不锈钢筒，故不能探究更小极间距对甲苯处理的影响。总之，在本实验选取的条件中，13 mm放电极间距是甲苯处理的最优条件。在考察反应器结构对处理效果影响的3种情况中，均在能量密度为500 J/L左右时，去除率和能量效率交汇，3种情况去除率均为40%左右，能量
36、效率EE均为0.04 g/(kWh)左右，这说明在改变反应器放电齿轮齿数、放电齿轮个数和放电极间距时，能量密度为500 J/L左右时，反应器内VOCs与活性基团的反应进度相似。随着能量密度的升高，去除率和能量效率呈相反的趋势，去除率随着能量密度的升高而升高，原因是随着能量密度的升高，反应器内高能电子和活性基团的数量逐渐增多，反应越来越剧烈，去除率也逐渐增大。反之，能量效率随着能量密度的升高而降低，原因是能量效率是反映单位能量消耗所能去除VOCs的质量，在反应器最初放电时，能量密度较小，VOCs过量，此时的能量效率最高，随着能量密度的升高，单位能量消耗去除的VOCs的质量逐渐减少，因此能量效率随
37、着能量密度的升高而降低。2.3苯环上取代基对处理效果的影响在正负极性电晕放电条件下分别处理苯、氯苯和甲苯。3种污染物的体积分数均为50伊106，相对湿度均为50%，气体总流量均为2 L/min。正负极性电晕放电条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯转化率及能量效率的影响如图12(a)和(b)所示，由图可知，无论在何种情况下，同一能量密度转化率顺序为甲苯苯氯苯，说明苯环上的1个氢被甲基取代后可以增大它的反应活性，被氯原子取代后反而降低了它的反应活性。原因可能是在甲苯分子中，甲苯中甲基与苯环之间的CC键更容易在等离子体作用下断裂，而且甲基的3个氢原子解离后更是增加了活性基团的数量，相反，在氯苯分子中，氯原
38、子与苯环的碳氯键结合更加牢固，施加较高的能量密度才能使其断裂，断裂后氯原子本身并不能作为活性基团参与反应。与正极性电晕放电条件相比，3种污染物均是在负极性电晕放电条件下能达到更高的转化效率，但是在同一能量密度条件下，正极性电晕放电能达到更高的转化效率，原因可能是正极性电晕放电产生的是范围较大的流光放电，负极性电晕放电产生的是范围较小的辉光放电。2种电晕放电条件下，甲苯的能量效率均高于苯和氯苯。正极性电晕放电条件下的能量效率明显图 11不同放电极间距下甲苯去除率及能量效率随能量密度的变化Fig.11Effectsofdischargeelectrodespacingontoluenetreatm
39、ent研究与探讨85窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)高于负极性电晕放电条件下，这说明正极性电晕放电能达到更高的能量利用率。能量密度对CO、CO2及CO选择性的影响如图12(c)、(d)、(e)所示。由图可看出，正极性电晕放电条件下，能量密度在37 J/L以下没有CO的生成。37 J/L之后，CO选择性逐渐增大，但是都低于CO2的选择性，说明随着能量密度的增大，3种污染物更倾向去向完全氧化的方向进行。与正极性电晕放电不同，在负极性电晕放电条件下，从开始放电就有CO的产生，并且同一能量密度条件下，正极性电晕放电能生成更多的CO，说明正极性电晕放电能达到更高的
40、能量利用效率。图 12正负极性电晕放电条件下苯环上取代基对处理效果的影响Fig.12Effect of substituents on the treatment of benzene ring by positive power supply and negative power supply（a）正极性电晕放电条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯转化率及能量效率的影响（c）正负极性电晕放电条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯CO选择性的影响（b）负极性电晕放电条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯转化率及能量效率的影响（d）正负极性电晕放电条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯CO2选择性的影响（e）正负极性电晕放电
41、条件下能量密度对苯、氯苯和甲苯CO选择性的影响研究与探讨3结论1）反应条件。RH=25%时甲苯处理效果最好，能量效率最高。2 L/min为最佳处理气量，本实验NTP体系适用于处理稍高于初始体积分数80伊106的甲苯。RH=25%时更利于甲苯向CO转化。2）反应器结构。中心电极上放电齿轮齿数在中低能量密度时对甲苯去除有一定影响，齿数越多，甲苯去除效果越好，能量效率越高；放电齿轮个数在全能量密度范围对甲苯去除及能量效率几乎没有影响，原因可能是在3种齿轮个数条件下，能量密度远远过量，是主要的影响因素；适当减小放电极86窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)间距，更有
42、利于甲苯去除和能量效率的提高。3）苯环上取代基。低温等离子体处理3种污染物的效果顺序为甲苯苯氯苯，说明苯环上的1个氢被甲基取代后可以增大它的反应活性，被氯原子取代后反而降低了它的反应活性。实际生产活动中产生的废气，往往是多种挥发性有机物并存，未来可进一步探究2种甚至多种挥发性有机物并存时的最佳处理条件，为实际生产提供更加切实可行的解决方案。参考文献1陈武权,黄赟.综合分析评价法在挥发性有机物治理中的应用:以江西省某工业园区为列J.能源研究与管理,2022,14(3):31-41.2夏诗杨,米俊锋,杜胜男,等.低温等离子体处理挥发性有机物的研究进展J.应用化工,2021,50(4):1130-1
43、135.3薛行飞,毛映丹.简析喷漆有机废气治理措施及处理效果J.能源研究与管理,2018(2):89-91.4黄新明.低温等离子体协同Fe-Mn/Al2O3催化降解VOCs研究D.武汉:武汉科技大学,2021.5 HYUN H K,GRACIELA P,KAZUNORI T,et al.Performanceevaluation of discharge plasma process for gaseous pollutantremovalJ.Journal of Electrostatics,2002,55(1):25-41.6付强新.低气压辉光放电等离子体模拟与特性研究D.西安:西安电子科
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