[發明專利]設有核殼結構多孔球過濾填料的等離子體凈化器

有效

• 申請號: 201310186966.4
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN104162348A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 孫紅梅;區瓊榮
• 申請（專利權）人: 孫紅梅
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;C02F1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于低溫等離子體應用領域，具體涉及一種設有核殼結構多孔球過濾填料的等離子體凈化器。

背景技術

陶瓷多孔球、麥飯石多孔球和石英多孔球等具有高孔隙率和高表面積的材料，對污染物有很強吸附能力，一直被廣泛應用于水過濾系統中作為過濾填料。然而，目前采用多孔球作為過濾填料的水過濾系統中，過濾料均無有效的自清潔方法，需要定期更換新的多孔球過濾填料。定期的維護，不僅增加材料成本，也增加過濾系統的維護成本，并且，對用戶使用造成不便。一旦維護不及時，不但不能凈化水質，還可能導致水源的二次污染，安全性無保障，用戶接受度不高，影響了此類水過濾系統的大規模推廣應用。因此，多孔球過濾系統必須設置即時自清潔功能，不讓污染物長時間滯留在多孔球表面，一方面確保過濾系統在長期使用中都能時刻保持多孔球表面的清潔度和強吸附能力，安全性有保障；另一方面節省了大量維護成本和更換多孔球過濾填料的費用，提高過濾系統的使用經濟性。

然而，多孔球本身是無源過濾填料，本身不具備分解或者清理表面污染物的能力，即只收集不處理，需要考慮與其他有源凈化系統的結合才能實現系統的即時自清潔功能。

近年來,低溫等離子體技術作為一種新興的污染物處理技術,具有流程短、效率高、適用范圍廣等特點,被廣泛應用于工業廢氣處理、除塵、汽車尾氣處理、廢水處理、臭氧合成和活化水領域。低溫等離子體體技術主要是基于大氣壓放電等離子體技術，利用大氣壓放電所產生的臭氧、氧原子、羥基等活性自由基團與大氣或者水中污染源的深度氧化和分解反應，來達到脫除大氣或者水中有害物質的目的，同時伴隨紫外光解、沖擊波作用，從而脫除大氣或者水中的有機物、殺滅病菌。即利用等離子體中的各種活性自由基和紫外線的強氧化作用和滅菌效應，降解有機污染源、沉降金屬離子、殺滅病菌，對生活和工業排放的污染源均有普遍適用性，體積緊湊，投資低，不受環境限制，受到廣泛認可。

然而，目前公開的等離子體水處理裝置和方法都存在能效偏低，單位能耗高等問題，單次凈化效果遠低于預期，原因是目前用于處理污水的等離子體裝置都是基于介質阻擋放電、電暈放電、火花放電或熱平衡等離子體。一方面由于氣壓高，放電只能在局部小區域內激發等離子體，并且，碰撞頻率高、自由程短，等離子體中活性自由基擴散性差、壽命短，不易于充分與水中污染源接觸反應，因此，活性自由基的利用率不高，導致處理效率低；另一方面水流快速通過放電隙，污染物與等離子體接觸時間太短暫，或者有部分污染物沒機會與等離子體接觸，未被等離子體分解就離開放電區，因此，單次凈化效果不佳。單純增加放電強度對提高單次凈化效果并無顯著效果，反而會進一步增加能耗，如何使污染物較長時間滯留在放電區與等離子體充分接觸，才是提高單次凈化效果的有效途徑。

多孔球對污染物有強吸附能力，而等離子體則具有強分解能力，二者結合具有互補性：多孔球優先吸附污染物，使污染物不會隨水流或氣流快速離開放電區，使污染物與等離子體有充分接觸機會和分解時間，大幅提高單次凈化效果；等離子體的強分解能力能即時清潔吸附于多孔球表面的污染物，使多孔球表面在長期應用中均無污染物堆積，時刻保持表面的清潔度和強吸附能力。

將多孔球作為過濾填料置于放電區中，會擠占放電空間和水流或者氣流通道，為保證有足夠的放電空間和水流或者氣流通道，必須加大放電電極間距。然而，放電電壓與兩電極的間距成正比例關系，電極間距增大，放電電壓也隨之增加，并且，電極間加入介電常數較高的多孔球，如陶瓷球多孔球、麥飯石多孔球和石英多孔球等，強電場主要落在多孔球上，會進一步提高放電電壓，過高的放電電壓會增加等離子體發生器成本和能耗。需要采取措施，既增大了電極間的名義間距，獲得足夠的放電空間和水流或者氣流通道，并在電極間放入了高介電常數的多孔球填料，又不增加實際放電電極間距，并且，落在多孔球上的電壓占放電電壓比例還不能高。

發明內容

本發明的目的是通過將核殼結構多孔球過濾填料填充到放電電極之間的放電隙中，優化等離子體凈化裝置的放電效率和單次凈化效率。核殼結構多孔球具有金屬核、多孔介質殼和光催化劑表面的結構特征，多孔表面具有大表面積，并且，表面涂覆了納米晶光催化劑層，進一步增大表面積，增強表面吸附能力，納米晶光催化劑還能吸收來自等離子體的紫外光，輔助分解污染物；核殼結構多孔球的金屬核則具有良好的導電率，在電場中被極化，在放電區中充當放電中間電極，使實際放電間距縮小為：

L=L₀-N*D