直流电晕自由基簇射脱除室内污染物的试验研究
本文首先评述了室内空气污染对人类健康的巨大危害及它的污染现状,同时阐述了各种传统及新兴的室内空气净化技术,指出了电晕放电自由基簇射技术应用于该领域的优势。
简要介绍了量子化学中的密度泛函理论。采用从头计算法中的HF、MP2和密度泛函中的B3LYP方法,在6.31G(d)基组水平上,优化了各物种的平衡几何构型和能量。计算结果表明HF和MP2方法计算得到的分子能量较高,B3LYP方法计算得到的分子能量最接近实验值,所以选用B3LYP方法较为可靠。在此基础上理论计算了各物种的键解离能,其计算结果与实验值符合的很好,因此采用此方法计算能可靠的预测分子键解离能。
通过量化计算结果确认自由基源物质的键解离能远小于背景气体N<,2>,其键解离能均在4～5eV之间。且根据研究者对电晕放电的模拟,拟和得到的不同放电电压下整个放电气隙的平均能量分布指出:在整个放电过程中,电子能量大多数在5～20eV范围内。结合实验结果表明:在整个放电过程中,高能电子能有效的将自由基源物质(O<,2>和H<,2>O)解离为O和OH自由基。
实验研究了采用O<,2>+H<,2>O作为自由基源物质对甲醛进行降解。结果表明,O、OH和HO<,2>自由基对甲醛降解的重要作用;喷嘴电极垂直于极板放置优于平行放置模式;喷嘴直径为3mm能够取得较佳的甲醛降解效果;且废气中甲醛初始浓度的降低有利于降解效率的提高。说明电晕放电自由基簇射技术适合应用于室内空气低浓度的甲醛污染物的脱除。
通过对甲醛降解过程中各化学反应机理和难易程度的分析,得出了在以O<,2>和H<,2>O作为自由基源物质的电晕放电反应中,由O、OH自由基引发,以HCO自由基为催化剂的自由基链式反应将甲醛降解成为甲酸,其中氧气是甲醛降解氧化反应的主氧化剂。甲醛降解成为甲酸和CO后,进一步氧化将生成CO<,2>和水等无害物质。
通过对降解产物进行分析,发现甲醛降解后主要的降解产物为碳氧化物和水,另外还存在一些未能来得及降解的甲醛分子。由此推断甲醛在电晕放电自由基簇射过程中通过与自由基等的氧化反应,最终转化成为二氧化碳和水等无害物质。
电晕放电;自由基;室内污染物;密度泛函;键解离能;甲醛降解;空气净化
浙江大学
硕士
工程热物理
高翔;余春江
2006
中文
O461.21;TU834.8
74
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）