以非熱電漿處理CF4及SF6之效率探討
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非熱電漿破壞已被證實可有效去除NOx、SOx、VOCs和PFCs,最近更發展出電漿和觸媒之整合技術,不論於污染物去除或潔淨能量生成均有更優異之效能,為極具應用前景之新興 ...
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中央大學環境工程研究所學位論文
碩士班/2006年
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以非熱電漿處理CF4及SF6之效率探討
RemovalefficiencyofCF4andSF6usingnonthermalplasma
鄭立群
,碩士 指導教授:張木彬
繁體中文
非熱電漿;去除效率;觸媒;全氟化物;interaction;non-thermalplasma;combinedplasmacatalysis;perfluorinatedcompounds(PFCs)
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摘要
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PFCs為半導體業及光電業製程所需氣體,由於其全球暖化潛勢(GWP)高且生命週期長,致使其排放問題備受關注。
燃燒與觸媒轉化為現行PFCs處理技術中最常被使用者,但燃燒法耗能高且有發生工安意外疑慮;而觸媒轉化法則因觸媒毒化限制其應用。
非熱電漿破壞已被證實可有效去除NOx、SOx、VOCs和PFCs,最近更發展出電漿和觸媒之整合技術,不論於污染物去除或潔淨能量生成均有更優異之效能,為極具應用前景之新興技術。
本研究利用介電質放電(DBD)和電漿結合銅鋅觸媒(CPC)處理含SF6或CF4之氣流,旨在探討電漿與觸媒之交互作用機制,以及經電漿處理後之觸媒表面變化。
此外,許多研究顯示於電漿添加含O和H之氣體將有助於污染物之去除,有鑑於H2O(g)對於電漿處理PFCs的影響尚未釐清,此部份亦為本研究之另一重點。
實驗結果顯示,觸媒經電漿處理後表面粗糙度增加,該結果有助於催化作用之進行,於相同溫度下,其對於SF6之轉化率較未經電漿處理之觸媒為佳。
推論其原因為提升表面粗糙度可增加觸媒之活性位置。
另一方面,電漿觸媒系統處理SF6時,將於觸媒表面生成硫化物,若將此觸媒再進行催化作用所得之去除效率較新鮮觸媒為差,證實S對於觸媒產生毒化作用。
處理SF6之觸媒經鑑定後,表面生成CuS2、ZnSO4、AlF3、MgF2…等化合物;觸媒與CF4反應後生成C和F等化合物。
於本研究中,DBD對於SF6和CF4之轉化效率分別為93%和32%;CPC系統對於SF6轉化率為85%,CF4則為59%。
一般而言,於相同比能量密度下,CPC可獲致較佳之轉化率,然CF4卻呈現相反之趨勢。
針對該現象本研究進行如下之實驗:利用含浸法使觸媒表面含有10wt%之S,將其置入CPC系統並通入CF4(作為F之來源)進行放電,尾氣中可監測出SF6,證實觸媒表面之S於CPC系統中可引發逆反應,導致SF6去除效率下降,然該逆反應於CPC系統中之重要性需更多實驗方能證實。
並列摘要
〈TOP〉
Duetotheextremelyhighglobalwarmingpotential(GWP).Emissionsofperfluorinatedcompounds(PFCs)havecousedattractedmoreandmorepublicconcernduetotheirhighglobalwarmingpotential(GWP).SinceKyotoProtocolhascomeintoeffect,moreeffortsneedtobemadetodevelopabatementtechnologieswithbetterperformancetoeffectivelyreducePFCemissions.
AmongthevariousstrategiesforPFCremoval,destructionisstillthemostavailableone.CombustionandcatalyticoxidationarecommonlyusedapproachesforreducingPFCemissions.However,relativelyhighfuelcostandpotentialpoisoningofcatalystlimittheirfurtherapplication.Non-thermalplasma(NTP)technologieshavebeensuccessfullydemonstratedtobeeffectiveinremovingavarietyofgaseouspollutants,suchasNOx,SOx,VOCs,andPFCs.Morerecently,apromisingtechnologyreferredtoascombinedplasmacatalysis(CPC)hasbeendeveloped.Thebetterperformanceforsynthesisgasproductionandpollutantdestructionhasbeenprovedinrelevantliterature.However,theinteractionbetweenplasmaandcatalysisisnotfullyunderstood.
ThisstudyaimsatinvestigatingthedifferenceinthedestructionmechanismsaswellasthechangeofcatalystsurfacepropertiesafterplasmatreatmentofSF6andCF4inDBDandCPC,respectively.
Theexperimentalresultsindicatethattheroughersurfaceofcatalystafterplasmatreatmentcouldenhancecatalysis,whichmightresultfromthecatalystactivityduetotheincrementofactivesitesontheedgesandcorners.Ontheotherhand,aftertreatinggasstreamcontainingSF6withCPC,formationofSonthecatalystsurfacehasbeenconfirmed.Intermsofcatalysis,suchphenomenonwillcausenegativeeffectbecausesomeactivesitesarecoveredwithS.Moreover,substancessuchasCuS2,ZnSO4,AlF3andMgF2arealsoidentifiedonthecatalystsurfaceafterplasmatreatment.
ThehighestremovalefficienciesforSF6andCF4obtainedwithDBDare93%and32%,whilethoseachievedwithareCPCare85%and59%,respectively.ItisinterestingtofindthattheremovalefficiencyforSF6obtainedwithDBDishigherthatwithCPCunderthesamespecificenergydensityisfoundinthisstudy.Basedontheexperimentalresultsofthisstudy,itmightstemfromthereversereactiontakingplaceonthesurfaceofcatalyst.Asfortheby-productanalysis,theresultsindicatethatSO2F2andSOF4arethemajorproductsafterplasmatreatmentofSF6.
參考文獻
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44
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被引用次數
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〈TOP〉
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葉旭瑜(2010)。
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林以穠(2009)。
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吳欲齊(2008)。
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臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文。
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鄭亦彣(2009)。
液相非熱電漿備製含氮二氧化鈦降解偶氮染料並結合陶瓷膜回收光觸媒之研究。
臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文。
2009。
1-136。
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