低温等离子体技术及在空气污染控制中的应用

      摘要:2O世纪6O年代形成的等离子体化学是基于高能物理 、放电物理 、放电化学 、反应工程学、高压脉冲技术等领域的一门交叉科学。利用等离子体净化气态污染物。自7O年代开始研究以来 ,显示出了独特的优点和良好的发展前景。目前有的已经进入应用阶段 ,但大多数处于研究开发阶段。研究结果表明,等离子体法具有处理流程短、效率高、能耗低 、适用范围广等优点 ,等离子体既可用于处理废气 ,又可用于处理废水、固体废物、污泥 、甚至放射性废物。1808年Davy研究稳态直流弧光放 电,便开始了对等离子体的科学研究。

 

     “等离子体 (Plasma)”术语是在19世纪3O年代 由 Langmuir提出的,含义是指离子和电子群的近似电中性的集合体。1879年,Crookes认为等离子体是物质的第四态。到了2O世纪7O年代,等离子体物理成为了物理学的独立分支学科。近2O年来 ,由于材料科学和电力电子技术等相关学科取得了较大发展 ,促进了对等离子体的研究 ,使得等离子体在工业上获得了广泛的应用。 

      等离子体的分类

      等离子体是由气体分子受热或外加电场及辐射等能量激发而离解 、电离形成的电子、离子 、原子 (基态或激发态)、分子 (激发态或基态)及自由基等组成的导电性流体。按粒子的温度 ,等离子体可分为热平衡等离子体 (Thermalequilibrium plasma)或热等离子体 (Thermal plasma)和非平衡等离子体 (Non-equi— libriumplasma)或低温等离子体 (Cold plasma)。在热平衡等离子体中,电子与其它粒子的温度相等,一般 在 5000K以上。在非平衡等离子体中,电子温度一般要高达数万度 ,而其它粒子的温度只有 300~500K。 按产生源 ,等离子体又可分为辐射等离子体 (Radia— tion plasma )和放电等离子体 (Dischargeplasma )。 

      低温等离子体的产生方法

      低温等离子体主要是由气体放电产生的,所谓气体放电是指,通过某种机制使一个或几个电子从气体原子或分子中电离出来 ,形成的气体媒质称为电离气体,如果电离气体由外电场产生并形成传导电流,这种现象称 为气体放电。放电方式可分为辉光放电 (Glow discharge)、电晕放电 (Corona discharge)、介质阻挡放电 (Dielectric barrierdischarge,DBD)、射频放电 (Radio frequency discharge) 及微波放 电 (Microwavedischarge)等。辉光放电通常在低气压下进行 ,所需的放电电压较低 、电子的能量也较低 ;电晕放电可在常压下进行 ,但能量过于集中,很难获得大体积的等离子体;介质阻挡放电则结合了前两者的优点,可以在常压下产生大面积的低温等离子体;射频放电和微波放电常用于无电极放电,可获得纯净的等离子体。 

浙江大学利用脉冲电晕放电处理低浓度甲苯废气,

在线一管式反应器中,甲苯的降解率达到81%,能量

利用率为8.4g/(Kw·h) J。在另一项研究中,浙江

大学利用线一板式电晕反应器处理乙醇、丙酮、甲醛、

二氯甲烷模拟废气,在气体流量为500ml/min,脉冲

峰压为48kV时,对初始质量浓度分别为336mg/m3,

645mg/m3

,  368mg/m0和1455mg/mj的乙醇、丙酮、

甲醛和二氯甲烷的降解率分别为62% ,38% ,65%和

31%l J。复旦大学采用非平衡等离子体处理含有正己

烷、环己烷、苯和甲苯4种典型的烃类废气的空气,

对含正己烷体积分数为0.26% ,0.79%,1.3%的空

气在12kV的电压下放电1s,正己烷的降解率分别为

88% ,81.8%和64.9% ;对含有环己烷、苯及甲苯体

积分数为0.26%的空气在同样的条件下放电1s,环己

烷、苯及甲苯的降解率分别为87.4% ,81%和70.3%

 

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