阵列电极流光放电处理苯乙烯的研究
嘉应学院化学与环境学院、浙江大学化学工程与生物工程学院的研究人员冯发达、蔡丽敏等，在2018年《电工技术学报》增刊1上撰文，针对放电预处理-形成气溶胶-电收集的挥发性有机物（VOCs）处理路线，建立基于阵列电极的流光放电系统，研究伏安特性、臭氧产生和苯乙烯去除，考察放电特性、苯乙烯处理能效、副产物控制和气溶胶的生成情况。
结果表明：阵列电极直流放电能产生稳定的流光；臭氧产生量、苯乙烯去除量均和能量密度正相关；正极性比负极性的放电能效高，在放电间距为20mm时，正极性流光的臭氧产生和苯乙烯去除能效分别为0.55mol/(100 eV)和0.45mol/(100 eV)；经流光放电处理后，苯乙烯聚合形成油状黄褐色气溶胶；XPS表征结果显示，气溶胶中C-C、C-H功能团的含量约为82.52%，且深度氧化产物-COOR、-COOH功能团很少。
近年来，我国主要大城市出现大范围雾霾天气，多个城市的空气呈重度污染状态，以PM2.5为代表的细颗粒物污染已引起广泛关注。挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）是大气中有机气溶胶的重要前驱物[1]，其大量排放已对环境空气质量造成严重影响[2]。国家和地方政府连续出台相关政策和标准，以推动VOCs的排放控制。
VOCs控制技术主要分两类：一是回收式，如吸附、冷凝和膜分离；二是销毁式，如焚烧、催化燃烧、蓄热催化燃烧、等离子体、光催化等。其中，等离子体技术因为工艺和操作简单、效率高等特点，被认为是一种非常有前景的VOCs控制技术[3,4]。实际上，等离子体技术在臭气处理上已有大量成功应用。
但近年来，等离子体技术作为VOCs的控制技术，因能耗、二次污染问题以及工程应用时出现的热累积和“点火”效应，已引起了部分研究者和工程技术人员的关注。针对等离子体技术处理VOCs存在的问题，相关研究人员作了大量探索。
其中，等离子体催化组合工艺[5-8]被认为是解决副产物的重要手段。同时，更多新工艺和放电技术被提出，如填充床反应器和催化组成的循环吸附-放电系统[9]、表面滑动/填充床复合放电反应系统[10]、脉冲放电技术[11, 12]等用于提高效率和降低副产物。
由于有机废气成分复杂，部分VOCs在放电条件下极易聚合，生成有机气溶胶，导致电极、反应器和管道污染。当工艺中存在催化剂时，容易导致催化剂失活。对于易聚合的VOCs，可通过放电将其转化为有机气溶胶，进一步通过电收集对气溶胶进行处理。
采用该技术路线处理VOCs时，主要存在三个过程[13-15]：①放电预处理VOCs；②VOCs解离、聚合，形成气溶胶；③电收集气溶胶。VOCs的快速、高效预处理和副产物的控制，是实现该技术应用的前提条件。在各种形式的放电中，流光放电可在放电主通道外产生二次流光，因此，流光放电能够在放电电极之间形成大体积放电等离子体，这对其应用于污染物处理方面具有很大优势[16]。
本文建立一种基于阵列电极的流光放电反应系统用以处理苯乙烯，通过研究伏安特性曲线、臭氧产生和苯乙烯去除，分析反应器放电特性、苯乙烯去除能效，评估流光放电处理易聚合VOCs的规律、副产物的控制和气溶胶的生成情况，为放电预处理—形成气溶胶—电收集的VOCs处理工艺提供参考。
图1 阵列电极流光放电反应系统示意图
图8 流光放电降解苯乙烯生成的气溶胶
1）基于阵列电极的直流高压放电能够形成较均匀稳定的流光放电，正、负极性的流光放电分别为圆锥状和羽毛状。臭氧产生量和苯乙烯去除量均与能量密度正相关，正极性放电的臭氧产生效率和氧化性均比负极性放电时高，其对苯乙烯的去除效率也更高。在放电间距为20mm时，正极性放电的臭氧能效和苯乙烯去除能效（以能量密度值表示）分别为0.55mol/(100eV)和0.45mol/(100eV)。
2）苯乙烯的去除量和臭氧变化量呈正相关，当苯乙烯未完全去除时，出口气体中几乎无臭氧。湿度对负极性放电降解苯乙烯有促进作用，但在正极性放电时存在明显的抑制作用。
3）苯乙烯的去除是不完全降解，气体产物CO2和CO非常少；流光放电处理苯乙烯，生成油状黄褐色的气溶胶，其主要成分中含有CC、CH，含量达到82.52%。采用等离子体处理VOCs，可将其中易聚合VOCs转化为有机气溶胶，并进一步进行捕集，有利于降低VOCs的降解能耗。