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      納米TiO_2等離子體放電催化空氣凈化技術的研究

      時間:2017-8-11 14:17:00 來源:本網 添加人:admin

        納米TiO等離子體放電催化空氣凈化技術的研究楊學昌,柯銳,夏天,周遠翔,趙大慶,李明賢2,李汝南2(1.清華大學,北京100084;2.北京華怡凈化科技研究所,北京100088)放電催化空氣凈化技術,該技術是空氣凈化技術中最有前景的技術之一。進行了納米二氧化鈦等離子體放電催化降解甲醛的試驗和殺滅芽孢桿菌的試驗,取得了令人滿意的結果。

        1前言隨著農業生產的飛速發展和科技的進步,空氣污染問題越來越突出。非典型肺炎的傳播已引起了人們對空氣污染的高度重視。如何阻斷SARS病毒的傳播途徑成為研究的焦點之一。為此,筆者提出納米Ti2等離子體放電催化空氣凈化技術來消滅空氣中的病菌病毒這一思路。

        目前市場上銷售的空氣凈化器主要有3類:①物理過濾和物理吸附型空氣凈化器,它主要過濾和吸附空氣中的浮塵,沒有殺菌消毒和分解有害氣體的能力,并且需要定期更換過濾材料和吸附劑。②光催化型空氣凈化器,以紫外光作為光源作用于納米二氧化鈦產生羥基自由基來降解有機物和殺滅細菌基金項目:清華大學防治“非典”科技攻關專項基金(03fd23)北京市西城區科學技術委員會創業資金資肋病毒。其缺點是羥基自由基產生量少,處理空氣流量小,而且由于必須使用紫光燈進行電能到光能的轉換,能量利用效率很低。③前兩類的組合型。納米二氧化鈦等離子體放電催化空氣凈化技術是在納米二氧化鈦光催化空氣凈化技術的基礎上發展起來的。

        2放電形式和基本原理納米二氧化鈦等離子體放電催化空氣凈化器的基本單元見。

        電極放電間隙電極空氣凈化器基本單元示意圖在電極間加上合適的電壓后,間隙內會發生輕微的電暈放電,產生低溫等離子體。納米二氧化鈦在低溫等離子體和暈光的共同作用下可產生大量的羥基自由基。在羥基自由基、等離子體、暈光的協同作用下,可以對通過間隙的空氣進行殺菌消毒、降解有害有機揮發物(VOC)和除臭除味等處理。

        當等離子體放電產生的電子或光子能量大于納米Ti2禁帶寬度時,會激發納米Ti2的電子從價帶躍遷至導帶,形成具有很強化學活性的電子-空穴對,并進一步誘導一系列氧化還原反應的進行。其中產生的空穴具有很強的得電子能力,可與納米Ti2表面的OH-和H2O發生反應生成羥基自由基:TiO2+hv~!TiO2(h‘+e-)h++OH-―OH羥基自由基。OH的氧化能力極強!2,其氧化還原電位為2.80V,與自然界中氧化能力最強的氟(氧化還原電位為2.87V)相當,它可以氧化包拮VOC在內的許多有機物,同時可以高效殺滅細菌病毒。等離子體放電產生的等離子體和紫外輻射,也具有滅菌消毒和分解有機物的能力。納米Ti2等離子體放電催化技術是在羥基自由基、等離子體、紫外輻射等因素共同作用下對空氣進行凈化的技術。與納米二氧化鈦光催化相比,它不需要紫外光源,能夠利用放電過程中的各種能量,同時產生大量羥基自由基,因此是一種新型的快速高效空氣凈化技術。

        在搭建空氣凈化系統時,可以將所示的基本單元進行并聯和(或)串聯,以滿足不同的流量、滯留時間等方面的需要。

        3納米Ti2等離子體放電催化降解甲醛的試驗研究在納米Ti2光催化降解V0C方面已有很多的研究,為了檢驗納米二氧化鈦等離子體放電催化降解V0C的能力,對其進行了降解甲醛的試驗。

        3.1降解甲醛的靜態靜止試驗將所示的凈化器基本單元置于一合適容積的密閉容器中,容器中通入一定量的甲醛-空氣混合氣。在凈化器基本單元上加上適當高壓,開始納米二氧化鈦等離子體放電催化過程,按一定時間間隔在容器中取樣,用氣相色譜儀監測容器中甲醛的濃度變化。

        為反應前容器中甲醛-空氣混合氣體的氣相色譜圖,其初始濃度為137!L/L;為反應5min后容器中氣體的氣相色譜圖。色譜圖中橫坐標為1446處的峰表示甲醛,其峰面積對應了甲醛的濃度。

        反應5min后試樣的氣相色譜圖(甲醛濃度45fiL/L)該試驗表明,納米二氧化鈦等離子體放電催化作后,可以將靜止試樣中的甲醛降解67.2".3.2降解甲醛的靜態流動試驗將所示的基本單元6個按照流量需要并聯,組成試驗用空氣凈化器。將該空氣凈化器置于容積為1.7m3的不銹鋼密閉小室內,在凈化器出氣口處安裝軸流風機,以保證小室內的氣體不斷循環流過凈化器(空氣流速10m/s,流量73m3/h)。密閉小室內安裝風扇以保證其中氣體成分均勻。小室內放置測量探頭,探頭連接到1312型氣體檢測器,實時檢測小室內氣體成分的變化。整個試驗系統見。

        網4降解甲醛態流動試驗系統示息圖利用所示的試驗系統進行了納米二氧化鈦等離子體放電催化降解流動甲醛的試驗,得到了不同初始濃度下甲醛的降解曲線,見。

        不同初始濃度下甲醛的降解曲線從可以看出,在密閉的小室內,納米二氧化鈦等離子放電催化可以有效地降解流動甲醛氣體。

        4納米Ti02等離子體放電催化殺滅芽孢桿菌的試驗研究關于納米二氧化鈦光催化滅菌效果的研究請參見文,為了檢驗納米二氧化鈦等離子體放電催化的滅菌效果,進行了殺滅芽孢桿菌的試驗。

        4.1試驗過程先將成分為酵母粉5g/L,蛋白胨10g/L,氯化鈉5g/L的液體培養基在121的滅菌鍋中進行1520min的消毒處理,將少量芽孢桿菌接種至培養基中形成菌液,并將菌液在37恒溫的培養室內培養約10h待用。取約100!L的上述菌液均勻涂在已消毒的0.15mm厚的玻璃片上靜止一段時間,待水分蒸發后芽孢桿菌就留在玻璃片上。將該玻璃片放入所示基本單元的放電腔內,在納米二氧化鈦等離子體放電催化下處理1min.將處理1min后的玻璃片置入100mL的無菌水中進行1000倍的稀釋,充分搖勻后放置一段時間,以確保玻璃片上的芽孢桿菌充分進入水中,并得到處理后菌液。取100!L這樣的菌液均勻涂在成分為酵母粉15g/L,蛋白胨10g/L,氯化鈉5g/L,瓊脂15g/L的固體培養基上,將培養基在37恒溫環境下培養24h,使固體培養基上的芽孢桿菌充分生長。

        用同樣的過程對未處理的菌液!下轉第8頁)在應用中需要注意的一點是,采用小波變換實現濾波,其頻帶是固定的,即只取決于每天的監測點數,因而在具體分析時,由于帶寬限止,在濾除某一周期性分量的同時也可能濾除了另一需要保留的周期性分量,造成信息失;而采用形態濾波,結構元素的寬度選擇是任意的,可以事先估計出抑制對象的周期,使結構元素的寬度略大于該周期寬度即可,不會影響到數據中周期更大的分量,因而處理較為炅活。但是,對于去除一些大的周期性因素影響,由于結構元素寬度要增大很多,使得處理運算量大大增加;而對于小波變換,分解計算量是逐層減半的,且頻帶的劃分也較寬,更適合用于長期的趨勢分析。

        6結語筆者在研究介損在線監測數據規律性的基礎上,提出采用濾波思想實現趨勢提取。從頻域分析的角度介紹了小波變換,從時域的角度介紹了形態濾波這兩種方法,及其在介損在線監測數據趨勢提取中的應用。通過對實際的介損在線監測數據進行處理,驗證了兩種方法的有效性。同時也對這兩種方法本質上的聯系與適用性進行了深入的探討。

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