具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指对应结构的内部和外部。

在本发明中，废气包括挥发性有机物VOCs(volatile organic compounds)，是一类常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点不高于260℃的有机化合物，检出的VOCs约150余种，此外，还包括硫化氢、含粉尘气体和烟气等。

第一方面，本发明提供了一种复合型等离子体放电装置，该复合型等离子体放电装置含有一个或多个等离子体放电反应器；所述等离子体放电反应器包括等离子体反应管4，与所述等离子体反应管4同轴设置的中心高压电极1，紧贴于等离子体反应管4外壁的接地电极3以及紧贴于等离子体反应管4的内壁的第二高压电极2。图1为本发明一实施方式提供的等离子体放电反应器的结构示意图。如图1所示，位于中心的中心高压电极1与等离子体反应管4同轴设置，接地电极3紧贴于等离子体反应管4外壁，第二高压电极2紧贴于等离子体反应管4的内壁。

本发明的等离子体放电反应器中，中心高压电极产生的介质阻挡放电区域，第二高压电极与等离子体反应管之间产生的沿面放电区域，在两个区域同时产生两种形式放电，即沿面-介质阻挡复合放电，包含该等离子体放电反应器的等离子体放电装置为复合型等离子体放电装置。

本发明的复合型等离子体放电装置中的等离子体放电反应器，通过将沿面放电和介质阻挡放电两种放电形式单独和/或组合使用，同时提供不同的放电形式，能够满足不同废气处理的能量需求。

如公式1所示，SIE(specificenergyinput)为注入能量(单位J/L)，是等离子体发生器的重要参数之一。其中，P是等离子体发生器的放电功率(单位W)，Q是待处理气体流量(单位L/s)，n是等离子体发生器个数。

一般情况下，污染物分子的去除效率与等离子体反应器注入能量值成正比，且越难降解的污染物分子需要的注入能量越高。若想获得特定的去除效果必须满足特定的注入能量。因此，当待处理废气体积增加时，通过增加输入功率可以保证特定的SIE值输入。具体地，通过等离子体反应器串/并联(即增加n)或者两种放电形式组合叠加(即提高P₀)的方法均可增加总功率；当含有难以降解的污染物或污染物分子浓度增加时，即SIE值增加，待处理废气气量Q一定时，亦可通过增加总功率P以保证特定的SIE值输入。具体方法同上。当待处理废气气量偏小时，或者待处理污染物分子较易分解时，即SIE值较低时，可以单独使用中心高压电极或第二高压电极(即减小P₀)或者增加气体气量(即增加Q)，从而降低能耗，提高能量利用率。

其中，公式2中f是施加的驱动电源频率(单位Hz)，U是对该等离子体发生器施加电源电压(单位V)，I是通过该等离子体发生器电流(单位A)。在本发明的具体实施中，为了进一步利用现有装置实现增加功率，提高注入能量，主要在实际操作过程中固定驱动电源频率f操作参数(由于采用现有装置，装置电阻是固定值，从而其中的电流I由电源电压U决定)，在具体实施方式中为了满足不同待处理VOCs的需求，在利用现有同轴设置的等离子体发生装置的基础上，为了满足不同浓度的VOCs降解需求，可以通过提升电压U峰值/幅值来增加注入能量进而提升等离子体处理废气的效率；在本发明的另一具体实施方式中，可以改变驱动电源频率，从而实现影响注入能量值；而在本发明的另一具体实施方式中，驱动电源采用脉冲电源时，可以改变电源输入的占空比，从而影响注入能量值。

在本发明中，所述等离子体放电反应器的个数为2个，2个所述等离子体放电反应器之间串联或并联。在本发明的一个具体实施方式中，2个等离子体放电反应器间通过串联或者并联方式连接，根据待处理废气的不同，2个等离子体放电反应器均可以为相同的放电方式(仅为沿面放电、仅为介质阻挡放电或沿面-介质阻挡复合放电)，2个等离子体放电反应器也可以为不同的放电方式，例如，一个等离子体放电反应器为沿面放电，另一个等离子体放电反应器为介质阻挡放电；或者一个等离子体放电反应器为沿面放电，另一个等离子体放电反应器为沿面-介质阻挡放电；或者一个等离子体放电反应器为介质阻挡放电，另一个等离子体放电反应器为沿面-介质阻挡放电。

在本发明中，优选地，所述等离子体放电反应器的个数为3个或3个以上，多个所述等离子体放电反应器之间串联和/或并联。在本发明的一个具体实施方式中，包括3个等离子体放电反应器(分别以等离子体放电反应器1，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3表示)，3个等离子体放电反应器间通过串联或者并联方式连接，例如，等离子体放电反应器1、等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3依次串联或相互并联；或者，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3之间并联后再与等离子体放电反应器1进行串联。根据待处理废气的不同，3个等离子体放电反应器均可以为相同的放电方式(仅为沿面放电、仅为介质阻挡放电或沿面-介质阻挡复合放电)，3个等离子体放电反应器也可以为不同的放电方式，具体地，在3个等离子体放电反应器依次串联或3个等离子体放电反应器相互并联的连接方式中，等离子体放电反应器1为沿面放电，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3为介质阻挡放电；或者等离子体放电反应器1为介质阻挡放电，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3为沿面放电；或者等离子体放电反应器1为介质阻挡放电，等离子体放电反应器2为沿面放电，等离子体放电反应器3为介质阻挡放电；或者等离子体放电反应器1为沿面放电，等离子体放电反应器2为介质阻挡放电，等离子体放电反应器3为沿面放电。在串、并联共同存在的连接方式中，等离子体放电反应器1为沿面放电，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3为介质阻挡放电；或者等离子体放电反应器1为介质阻挡放电，等离子体放电反应器2和等离子体放电反应器3为沿面放电；或者等离子体放电反应器1为介质阻挡放电，等离子体放电反应器2为沿面放电，等离子体放电反应器3为介质阻挡放电；或者等离子体放电反应器1为沿面放电，等离子体放电反应器2为介质阻挡放电，等离子体放电反应器3为沿面放电。对于3个以上的等离子体放电反应器的连接方式以及其具体的放电方式，可以进行多种选择、组合，在此不再赘述。

在本发明中，优选地，第二高压电极2为金属线圈。

在本发明中，优选地，所述第二高压电极2金属线圈围绕所述中心高压电极1，附于等离子体反应管内壁设置；更优选地，所述第二高压电极2金属线圈的内径大于所述中心高压电极1的外径。如图1所示，第二高压电极2金属线圈绕中心高压电极1设置，第二高压电极2金属线圈的内径大于中心高压电极1的外径。

对于上述金属线圈的螺距没有特别的限定，能够实现气体放电产生等离子体即可，在本发明中，优选地，所述金属线圈的螺距为0.5-15mm；更优选地，所述金属线圈的螺距为1-10mm。

对于上述金属线圈的直径没有特别的限定，能够实现气体放电产生等离子体即可，在本发明中，优选地，所述金属线圈的直径为0.05-3mm；更优选地，所述金属线圈的直径为0.1-2mm。

对于上述金属线圈的电导率没有特别的限定，能够实现影响电场的强度以及气体电离产生的活性粒子的浓度即可，在本发明中，优选地，在25℃下，所述金属线圈为电导率为10⁵-10⁸S/m的金属；更优选地，在25℃下，所述金属线圈为电导率为10⁷S/m的金属。

在本发明中，优选地，所述金属线圈为耐高温导电金属；进一步优选地，所述金属线圈为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢；更进一步优选地，所述金属线圈为铁、铜或钨。在本发明的一个具体实施方式中选用铁线圈。

对于上述等离子体反应管没有特别的限定，可以为本领域常规的各种具有绝缘性能的反应管，在本发明中，优选地，等离子体反应管4为绝缘介质管；更优选地，绝缘介质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。在本发明的一个具体实施方式中，等离子体反应管为石英管；在本发明的另一个具体实施方式中，等离子体反应管为刚玉管。

对于上述中心高压电极1的形状没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种形状的电极，在本发明中，优选地，所述中心高压电极1为管状或棒状。

对于上述管状中心高压电极没有特别的限定，可以为本领域常规的各种具有绝缘性能的管，在本发明中，优选地，所述管状中心高压电极1为绝缘介质管；所述绝缘介质管内装有导电金属管或者填充有导电金属粉末。在本发明的一个具体实施方式中，绝缘介质管内填充金属粉末。

对于上述绝缘介质管没有特别的限定，在本发明中，优选地，所述绝缘介质管为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯管。在本发明的一个具体实施方式中，绝缘介质管为石英管；在本发明的另一个具体实施方式中，绝缘介质管为刚玉管。

对于上述导电金属粉末没有特别的限定，在本发明中，优选地，所述导电金属粉末为铁、铜、镁或铝中的一种或多种。在本发明的一个具体实施方式中，选用铁粉作为金属导电粉末(具体为铁粉)，填充于绝缘介质管(具体为石英管)中作为中心高压电极。本领域技术人员也可以根据需要选择其他具有导电性能的金属粉末填充于绝缘介质管中作为中心高压电极进行使用。

在本发明中，优选地，中心高压电极1为绝缘介质管，所述绝缘介质管内具有导电金属棒或管。在本发明的另一具体实施方式中，可以由石英、陶瓷、刚玉管或聚四氟乙烯作为绝缘管，在管内嵌入金属棒的构成方式作为中心高压电极；而在本发明的另一具体实施方式中，在绝缘管内嵌入金属管的构成方式作为中心高压电极。

对于上述嵌入绝缘管内金属棒或管的材质没有特别的限定，例如可以为在25℃下，电导率为10⁵-10⁸S/m的金属。在本发明的一个具体实施方式中，选用铁棒嵌入石英管中作为中心高压电极使用。

对于上述管状或棒状中心高压电极没有特别的限定，例如可以为本领域常规的各种高压电极，在本发明中，优选地，在25℃下，所述棒状中心高压电极1为电导率为10⁵-10⁸S/m的金属；更优选地，在25℃下，所述棒状中心高压电极1为电导率为10⁷S/m的金属。在本发明的一个具体实施方式中，在25℃下，中心高压电极1为电导率为10⁷S/m金属。

对于上述接地电极没有特别的限定，例如可以为金属网或金属片等。

对于本发明中等离子体放电反应器内的工作气体没有限定，可以为本领域常用固定空气、氮气、氦气或氩气等，本领域技术人员也可以根据实际需求选择一种或多种。

第二方面，本发明提供了一种废气处理方法，其中，所述处理方法采用上述复合型等离子体放电装置。具体地，采用图1所示的装置，中心高压电极1位于等离子体反应管4内，与等离子体反应管4同轴设置，接地电极3紧贴于等离子体反应管4外壁，第二高压电极2绕中心高压电极1设置，第二高压电极2紧贴于等离子体反应管4的内壁，等离子体反应管4上设有气体入口和气体出口。中心高压电极1和第二高压电极2施加独立的电源系统，分别选择不同的驱动电源(包括不同的电压和频率等)，能够实现三种放电模式：(1)仅对中心高压电极1施加电压时，通过介质阻挡放电形式产生等离子体，适合用于甲苯，二甲苯，环己烷等碳氢化合物；(2)仅对第二高压电极2施加电压时，通过沿面放电形式产生等离子体，适合用于甲醇、甲醛等碳氢衍生物；(3)对中心高压电极1和第二高压电极2同时施加高电压时，通过沿面放电和单介质阻挡放电耦合形式产生等离子体，适合上述(1)和(2)两种形式不易降解的废气分子，如苯、H₂S等。

在本发明中，中心高压电极1的驱动电源与第二高压电极2的驱动电源单独使用或者同时使用。其中，上述驱动电源不同是指：中心高压电极1与第二高压电极2的驱动电源相互独立，也可以指2个驱动电源的电压和或频率等参数不同；或者也可以仅对中心高压电极1施加电压，或者仅对第二高压电极(2)施加电压，或者对第一高压电极和第二高压电极同时施加电压。其中，上述电源单独使用时即分别形成介质阻挡放电或者沿面放电，两个高压电极同时驱动即形成沿面-介质阻挡放电复合电场。图2为本发明的等离子体放电反应器中沿面放电、介质阻挡放电和沿面-介质阻挡放电时放电区域示意图。如图2所示，当仅使用中心高压电极1的驱动电源HV1时，中心高压电极形成介质阻挡放电，形成介质阻挡放电电场，如图2a所示；当仅使用第二高压电极的驱动电源HV2时，第二高压电极与等离子体反应管之间形成沿面放电，形成沿面放电电场，如图2b所示；当同时使用驱动电源HV1和驱动电源HV2时，同时产生两种形式放电，即沿面-介质阻挡复合放电，形成沿面-介质阻挡放电复合电场，如图2c所示。

对于上述中心高压电极或第二高压电极的驱动电源没有特别的限定，在本发明中，优选地，所述中心高压电极1或第二高压电极2的驱动电源为直流、交流或者交直流复合电源。在本发明的一个具体实施方式中，中心高压电极1或第二高压电极2的驱动电源为交流电源。

对于上述交流电源没有特别的限定，在本发明中，优选地，所述交流电源的频率为10Hz-10kHz，电压峰值为0.1-50kV，电压波形为正弦波、脉冲波、方波、三角波或锯齿波。在本发明的一个具体实施方式中，使用的交流电源的频率为7kHz，电压峰值为32kV，占空比为0.3，波形为正弦波。

对于上述直流电源没有特别的限定，在本发明中，优选地，所述直流电源极性为正或者负，电压幅值为0.1-50kV。在本发明的一个具体实施方式中，使用的直流电源极性为负，电压幅值为15kV。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。

实施例1

采用图1所示的装置，中心高压电极1(具体为不锈钢管，外径10mm)位于等离子体反应管4(具体为石英管，内径16mm)内，与等离子体反应管4同轴设置，接地电极3(具体为铜片，长度10cm)紧贴于等离子体反应管4外壁，第二高压电极2(具体为铁线圈，螺距为2mm，外径16mm)绕中心高压电极1设置，第二高压电极2紧贴于等离子体反应管4的内壁，等离子体反应管4上设有气体入口和气体出口，其中，高压电极1和高压电极2施加高压交流电源，频率为7kHz电压为32kV。

采用上述装置处理1L/min流量的废气，结果见下述表1。

表1

实施例2

与实施例1采用相同的等离子体放电装置，不同之处在于，仅对中心高压电极1施加不同参数的高电压。

采用上述装置处理1L/min流量的300ppm甲苯废气，结果见下述表2。

表2

实施例3

与实施例1采用相同的等离子体放电装置，高压电极1和高压电极2同时施加高压交流电源，正弦波，频率为7kHz电压为34kV占空比0.3。采用上述装置处理不同流量的浓度为200ppm的含苯废气。结果见下述表3。

表3

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。