放电等离子体合成臭氧及应用中一些问题的研究

发布时间：2020-08-13 21:43

【摘要】： 为提高我国的臭氧技术水平，研究探讨臭氧水处理工艺中放电等离子体合成臭氧、臭氧向水中传质等过程中的一些重要问题，主要内容及取得的成果和结论如下： 1．基于放电等离子体反应器和臭氧发生过程的机制分析，提出双极性窄脉冲供电引发介质阻挡放电(DBD)，并利用火花隙开关的窄脉冲高压电源在DBD放电反应器上进行臭氧合成的试验研究，结果表明该放电形式兼有脉冲电晕放电和DBD反应器的优点，对比传统的介质阻挡放电合成臭氧的产率提高幅度30％～40％以上，在产生臭氧浓度比较低(3～4g／m~3)时，产率达到370～380g／kWh。 2．在臭氧发生试验装置上，对臭氧发生性能随原料气、电压、频率等的变化情况进行试验研究，在试验基础上讨论臭氧的浓度、产额和产率之间的关系及变化规律，结合放电等离子体反应器中臭氧的合成与分解过程的理论分析，给出放电等离子体产生臭氧的过程中浓度随放电功率密度变化的经验公式。 3．对放电反应器的动态负载特性进行研究，包括动态电容、伏安特性、放电功率以及功率因数等，并以此为基础给出电源的设计选型、电源和反应器匹配等实际问题的解决办法；选用高漏抗变压器保证电源稳定可靠运行，采用频率和占空比联合调节的办法实现放电功率的有效调控。 4．选择确定中频介质阻挡放电作为研制大产额臭氧发生器的技术方案，并在放电等离子体合成臭氧的试验研究基础上，研制成功300g／h的臭氧发生器试验样机，原料气体为氧气时，样机产生臭氧的浓度为50g／m~3，并达到150g／kWh的臭氧产率。 5．探讨臭氧向水中传质过程及影响因素；提出电场强化臭氧向水中传质的方法，并进行实验室试验研究，结果表明：该方法可以增强臭氧气水混合鼓泡试验装置的传质效果，提高水中的溶解臭氧浓度，具有较好的应用前景。 6．对回用目的的合成氨生产废水进行臭氧氧化的可行性试验研究。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X515
【图文】：

电流波形,微放电,透明电极,亮斑

畚摹斗诺绲壤胱犹搴铣沙粞跫坝τ弥幸恍┪侍獾难芯俊?放电的形成和性质[14‘15][18·20]。图2一2电压、电流波形图2一3微放电在透明电极上所形成的亮斑【’“陇veformsofvoltageanddisehargeeurrentinaDBDreactorFig.2一3MierodisChargesonthetransParenteleetrode根据气体放电的有关理论[‘31[2’11221，气体击穿性质是和压强p与电极间距d的乘积pd值有关的，因为压强p是和分子数密度N成比例的，为了方便有时用Nd代替pd。在一般臭氧发生器的工作条件下，DBD放电反应器的刀汀值比较高，会有较大的过电压[23]124】，将直接发生“流光击穿”，即第一个电子在外加电场的作用下加速获得能量，与气体原子、分子发生碰撞引起电离，产生二次电子，即形成电子雪崩(繁流)

示意图,臭氧发生器,工作机制,示意图

一台实际的臭氧发生器，是由放电反应器及与其配套的高压电源、冷却系统、气源以及相应的控制系统等几部分所组成的，明确以放电反应器为核心的臭氧产生工艺过程的工作机制，对于臭氧发生技术的研究开发非常重要的.如图2一9所示，当给反应器的电极之间施加合适大小和种类的电场后，工作空间发生气体击穿电离，即会发生放电等离子体，等离子体中的电子、离子以及原子、分子相互碰撞，会产生激发态的原子、分子以及一些自由基团，在等离子体反应器内会进行复杂的反应过程，其中一些反应是有利于臭氧合成的，当然也不可避免地发生同臭氧分子分解有关的反应。..电场和能l..甲卜原料电电压、频率等电气特性性气气压、电极结构等等影影响放电等离子体体的的状态、特性的参参ttttt..温度、各物种浓度等影响反应的条件(一~--.散热‘.口...曲.图2一9臭氧发生器的工作机制示意图Fig.2一9ThemeehanismofozoneProdueedbydisehargePlasma整个放电产生臭氧的工艺过程大体上可以分为通常属于不同学科研究范围的这样几个部分:在反应器的电极之间形成合适的电场(电工技术);放电等离子体氛围的形成与

准正,功率曲线,占空比,电流波形

氧水处理系统中含臭氧气体压力的大小对于水处理工艺中气水接触反应部分的设计、运行也都是非常重要的参数。在试验中，改变氧气的进气压力，不同的流量在不同电压下(工频供电)的臭氧合成情况如图4一9所示。﨏，弓、口蛋老口铸礼屏碱暇暇气流t7~lll一一如一_‘{{{尹尹~~---.一一‘一一』』尹一.一一一聋匕-一_‘___一一//\、、一{{{////、一}}}....一一。心p心a众节翻p.}}}___，一QOI~{{{___‘~阳{{{……}量画一’一了攫……...，...生斌势屏峰值电压vPIkv101112131415峰值电压味IkV图4一9气压对于臭氧合成的影响Fig4一9EffeetofgasPressU叮eonozonegeneration放电反应器工作压力会影响臭氧的发生过程的原因是:气压p的变化即气体分子数密度N的变化，DBD反应器Nd(pd夕值的变化，如第二章所述，会影响微放电特性、电子能量等，必然对臭氧的合成产生影响。从试验结果可见，在0.01~0.OZMPa(表压)的气压范围内

【引证文献】