等离子体催化降解甲醛：大气压气流治理的高效路径

黑龙江科技学院丁惠娴、张增峰等在DBD/Ag–CeO2体系实现99%去除与86% CO2选择性（研究单位：Heilongjiang Institute of Science & Technology）

关键词
甲醛, 等离子体, 催化, 静电除尘器, 工业烟气治理

在室内与工业排放控制中，甲醛（HCHO）是最常见且危害明显的挥发性有机物（VOCs）之一，如何在工业烟气治理中实现高效、低能耗且无二次污染的甲醛去除，是当前环境治理的热点。基于此，黑龙江科技学院的丁惠娴、张增峰等人开展了等离子体-催化联用技术的系统研究，提出在大气压条件下利用介电阻挡放电（DBD）联用Ag/CeO2催化剂高效氧化甲醛的可行方案[1]。
该研究制备了载银氧化铈催化剂（Ag/CeO2，银负载约7 wt%，比表面积约88 m2·g-1），并将催化颗粒填充于直径10 mm的熔融石英管放电区，体系在70 °C、气体空速（GHSV）1.65×10^4 h^-1下运行。典型进气为276 ppm HCHO、21% O2、1.0% H2O（N2为平衡气体），在输入放电能量密度Ein=108 J·L^-1时，体系对甲醛的总破坏率达到约99%，且有86%的碳以CO2形式完全氧化（即高选择性），对应的单分子甲醛能耗约92 eV/molecule[1]。
对照试验表明，仅有DBD放电（填充惰性熔融石英）可将约57%的甲醛破坏，但CO2选择性很低（约6%）；而单凭催化在无放电时甲醛氧化率仅约33%且CO2选择性同为33%。这些数据清晰指出，等离子体和Ag/CeO2催化剂间存在显著协同效应，主要来源于放电产生的短寿命活性自由基（O、OH、HO2等）促进催化剂在室温下完成氧化还原循环（Ag↔Ag2O与CeO2↔Ce2O3），从而加速HCHO与中间产物（如CO、HCOOH）向CO2的深度氧化[2,10]。
此外，研究对CO单气组分的氧化显示，在相同放电条件下，Ag/CeO2对CO的催化氧化远优于惰性填料（在Ein=108 J·L^-1时，Ag/CeO2对CO的CO2选择性约80%，而熔融石英仅约5%），进一步佐证了催化-等离子体耦合对提高CO向CO2转化的促进作用[3]。
从工程应用角度看，该技术对中国重点行业（如浆纸、钢铁、水泥、化工等）具有直接的吸引力：一方面可显著提升有机气体的氧化选择性，减少一氧化碳和其他中间产物的排放；另一方面，由于在较低温度（70 °C）即可实现高效转化，可降低加热能耗与催化剂热失活风险，从而有利于降低运维成本并助力排放达标。
在实际工况集成中，将等离子体催化单元与传统静电除尘器（ESP）结合是一个可行路径。艾尼科（Enelco）在极板、极线布局与电场优化方面拥有成熟经验，通过优化ESP的电场分布与颗粒捕集效率，可先行去除粉尘负载，降低催化床和等离子体区的污染负荷；同时等离子体催化系统可作为VOC深度净化单元，实现“颗粒+VOCs”双重治理，提升整体系统的稳定性与寿命，降低催化剂中毒与清洗频次。
面向未来，等离子体催化联用的发展趋势包括模块化设计、在线数字化监测（在线VOC、CO/CO2与NOx检测）、与ESP的耦合集成以及面向不同烟气成分的催化剂定制化（如提高耐硫性、耐粉尘粘附性）。对于中国行业应用，推广这一技术可在满足排放法规的同时，实现节能降耗与运维简化，是实现工业烟气治理升级的有力手段。
综上所述，DBD等离子体与Ag/CeO2催化的耦合在大气压条件下能以较低能耗实现高选择性的甲醛氧化，具有显著的工程应用潜力。结合艾尼科在静电除尘器领域的技术积累和现场工程能力，可推动该类联用系统在浆纸、钢铁、水泥与化工领域的商业化应用，助力企业实现VOC减排与综合能效提升。

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