首页 -> 产品分类 -> 常压微波等离子射流脱碳处理有机工业废气
 

常压微波等离子射流脱碳处理有机工业废气

时间:2008-08-11 00:21:42  浏览:        

0 引言
等离子体中含有大量高活性的电子、离子、自由基,广泛用于“三废”处理[1~4].利用等离子体技术处理气态污染物一般要求在常压下进行,因此目前使用较多的方法是电晕等离子体和介质阻挡放电等离子体.在工业应用上,电晕等离子体多用于烟道气的脱硫或脱硝[5],或对印染废水脱色[6].但由于电晕放电的强度较低,产生的活性粒子的能量和浓度较低,导致废气处理的效率较低.而介质阻挡放电在工业应用时存在着系统稳态运行条件苛刻,后期维护困难等缺点.且上述两种技术在应用时强调的是将有害的工业废气转化为无害的气体,从废气中回收有价值的固态单质副产品的研究很少涉及.
先前的工作利用微波等离子体在适宜的工艺下对气体脱碳处理制备金刚石相碳膜,包括在硅[7]、铜[8]、玻璃[9]等不同的基底材料上沉积生长,但是由于这些工作必须在高真空环境下完成,不适合对有机工业废气的脱碳处理应用.本研究采用的微波等离子体射流可以在大气压下稳态运行,具有放电强度高、工业废气离解度高、废气处理效果好的特点.本文利用自行设计的常压微波等离子体射流处理模拟的有机工业废气,对处理过程中回收的纳米碳粉进行了激光Raman光谱、XRD、SEM和EDAX分析.并分析了该技术在工业上的潜在应用前景.
1 实验
模拟有机工业废气由丙酮与氩气按一定的比例混合而成,混合气体中丙酮和氩气的比例由浮子流量计控制调节,实验中丙酮和氩气的体积比为5∶3,混合气的流量为80 mL/min.实验在自行设计的常压微波等离子体射流装置上进行,微波功率500 W,微波频率2.45 GHz,采用BJ26波导传输.
常压微波等离子体射流与样品架作用并在其上沉积出碳微粉,实验原理图见图1.等离子体射流的处理时间为5 min.采用Renishaw System RM-1000型显微激光Raman光谱仪和YB-XD-5A型X-ray衍射仪分析了样品的结构特征,利用JSM-5510LV型扫描电子显微镜(SEM)及JEM-100CXII型透射电镜(TEM)分析了样品的表面形貌.
2 结果与讨论
2.1 SEM和TEM分析
直径为50 mm的样品架上得到的中心和边缘区的碳粉样品有明显的颜色差别,直径约15 mm的中心区,样品呈灰色,成连续膜状;而周围呈深黑色,成粉末堆积状.利用SEM对上述两个区域的样品的形貌进行了观察分析.图2(a)、(b)分别为样品架的中心和边缘处的碳粉的SEM照片.从图中可见,样品中心区的碳粉呈网状结构,网状结构的骨架较为缜密;而边缘区的碳粉呈蓬松的球状,且每一个球状结构由更细小的颗粒团聚而成.形成这种结构差别的主要原因在于沉积温度的不同:样品架上中心区的温度较高,边缘区的温度较低,而较高的温度有利于碳以结晶态的形式沉积.
2.2 Raman光谱及XRD分析
Raman光谱通常被用来分析碳元素的结构和组成成分,这主要是因为石墨和其它具有sp2结构的无序碳的Raman散射效应非常明显,并且金刚石及其相关物也具有较强的容易被区分的Raman峰.Raman光谱中,~1 140 cm-1和~1 470 cm-1处的两个特征峰分别与金刚石微晶和含有sp2碳的金刚石结构相联系.在1 580 cm-1附近还有一与石墨和无定形碳有关的强度较低的展宽峰[10].
样品架上不同区域的样品的Raman光谱,其中图4(a)、(b)分别对应样品的中心区和边缘.图中,在1 047、1 148和1 560 cm-1处出现明显的Raman特征峰,在1 292和1 321 cm-1处出现弱的特征峰.对比样品架的Raman谱分析表明,1 047 cm-1和1 321 cm-1处的Raman特征峰来自样品架,受样品的致密程度不同的影响,在图4(a)、(b)中来自样品架的两特征峰的强度不一
样.1 148 cm-1处出现的特征峰表明碳粉中含有sp3碳的微晶结构,而与石墨结构相关的特征峰出现在1 560 cm-1附近.中心区的碳微粉的Raman特征峰与样品架的边缘区的特征峰相比具有更高的强度和更小的半高宽,该结果表明,射流与样品架接触的中心区沉积的碳微粉比边缘区具有更高的结晶程度,这是由于等离子体射流与样品架的中心作用,导致中心温度显著高于边缘的缘故.为粉末样品的XRD图谱,图中出现的尖锐衍射峰分别来自杂质铜和铝质X-ray衍射分析样品架.理论研究表明[11],石墨微晶粉末的衍射峰的强度随石墨晶体粒径的减小而降低,且衍射峰向小角度方向移动并展宽.图中在25.5°附近出现的一强度较低的展宽带,来自于样品中的微小结构的石墨晶体,XRD测试结果与SEM和TEM分
:常压微波等离子射流脱碳处理有机工业废气53析结果一致.
2.3 EDAX分析
表1为制备在钼基片上的碳粉样品的EDAX分析结果,排除来自样品架的钼元素以及与之关的氧元素的影响,碳粉样品中还存在着一定量的铜杂质,主要是由于高温等离子体射流引起的铜喷嘴蒸发的缘故.而杂质原子O主要是以CuO和MoO3的形式存在,由此,通过减少喷嘴的金属原子的蒸发,可得到非常纯净的纳米碳粉.实验中,通过比较回收的固态碳粉的质量与所消耗的丙酮中的碳含量,计算了固态碳的一次回收率为8%,一次回收率较低的原因在于本实验中有机废气的电离率较低.通过增强放电强度、提高有机废气的电离率和进行多次循环处理,可有效提高固态碳的回收率,使该技术有商用价值.
表1 纳米碳粉的成分
Table 1 Component of the nanometer carbon powder
元素质量分数/ %原子分数/ %
C K 26.62 56.54
O K 17.34 27.66
CuK 6.67 2.68
MoK 49.37 13.13
Total 100.00 100.00
3 结语
在自行设计的常压微波等离子体射流装置上对模拟的有机工业废气进行了分解处理,结果表明,常压等离子体射流可进行有机废气的脱碳处理,回收的固态纳米碳粉含有微晶石墨和微晶金刚石.该技术在有机废气处理中具有良好的应用前景和社会、经济价值.
参考文献:
[1] Inaba T, Iwao T. Treatment of Waste by dc ArcDischarge Plasmas [ J]. IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation, 2000, 7 (5):684-692.
[2] Doubla A, Laminsi S, Nzali S, et al. Organicpollutants abatement and biodecontamination ofbrewery effluents by a non-thermal quenched plasmaat atmospheric pressure [J]. Chemosphere, 2007,69(2):332-337.
[3] Moo Been Chang, Jen-Shih Chang. Abatement ofPFCs from Semiconductor Manufacturing Processesby Nonthermal Plasma Technologies: A CriticalReview [J]. Ind Eng Chem Res, 2006, 45:4101-4109.
[4] 毛家龙,马志斌.脉冲电弧等离子体处理含对硝基苯酚废水[J],武汉化工学院学报, 2006,28(1):47-49.
[5] 李 谦,宁 成,李胜利,等.脉冲电晕非平衡等离子体对烟气SO2、NO的氧化脱除[J].环境污染与防治, 1994,16(5):1-4.
[6] Young Sun MOK, Hyun Tae AHN, Joeng TaiKIM. Treatment of Dyeing Wastewater by UsingPositive Pulsed Corona Discharge to Water Surface[J]. Plasma Science and Technology,2007,9(1):71-75.
[7] Ma Zhi-bin, Wang Jian-hua, Wang Chuan-xin, et al.Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition ofDiamond Films on Silicon From Ethanol and54   武汉工程大学学报第30卷Hydrogen[J],Plasma Science & Technology,2003,5(2):1735-1741.
[8] Ma Zhi-bin, Wu Qin-chong, Shu Xing-sheng,et al.Deposition of diamond films on copper substrate[J],Plasma Science &Technology, 2000, 2 (2): 207-212.
[9] Ma Z B, Wang J H, Zhang W W, et al.Investigation of nucleation and adhesion of diamondfilms on mirror-smooth glass substrates[J], Surface& Coatings Technology, 2004,184(2-3):307-310.
[10] 马志斌,邬钦崇,舒兴胜,等.类金刚石薄膜的Raman光谱分析及红外光谱特性[J].真空电子技术,2000,(5):1-4.
[11] 周 颖,夏志平,李宗全. Al-C在机械合金化过程中的结构变化[J].浙江大学学报(工学版),2006,40(9):1595-1599.
  
】【关闭

 
 搜索信息
 产品小分类
v 微波硫灯v 微波等离子体技术研究
 产品分类
v 微波干燥 v 微波杀菌
v 微波烧结 v 微波真空
v 微波萃取 v 微波解冻
v 微波消解 v 微波合成
v 微波等离子 v 微波加热
v 微波化学 v 商业微波炉
v 微波硫化 v 微波专利
v 微波备件
 热点信息 
·凯尔微波致全体客户一封 05-26
·企业文化 05-10
   
 

电话:86 535 6820199/077/288   传真:86 535 6820288     咨询:8618653505872

公司地址:烟台市西盛街28号第一大道1007-1
生产工厂:山东省蓬莱市经济技术开发区上海路1号   邮编:264000  粤ICP备05020791号