大氣壓等離子體在廢氣處理中的應用研究

大氣壓等離子體在廢氣處理中的應用研究

　　隨著環境保護的深入發展，大氣壓等離子技術以其獨特而優良的廢氣處理效果正日益獲得環保研究者的青睞，以下是小編搜集的一篇相關論文范文，歡迎閱讀查看。

　　摘要：大氣壓等離子體是一項新興的氣體污染處理技術，已成為當前環境領域的研究熱點。本文介紹了等離子體的概念及產生方法，概述了大氣壓等離子體技術在廢氣處理中的應用進展情況，并指出了今后大氣壓離子體處理廢氣的應用研究方向。

　　關鍵詞：大氣等離子體;廢氣;處理技術;應用

　　一、引言

　　隨著工業現代化的不斷進步和發展，排放到大氣中的硫氧化物、氮氧化物及有機廢氣等不斷增加，大氣污染造成的大氣質量的惡化、酸雨現象、溫室效應及臭氧層破壞足以威脅人類在地球上的生存和居住，其后果十分嚴峻，廢氣排放造成的環境污染問題逐漸引起人們的廣泛重視。廢氣處理指的是針對工業場所、工廠車間產生的廢氣在對外排放前進行預處理，以達到國家廢氣對外排放的標準的工作。一般廢氣處理包括了有機廢氣處理、粉塵廢氣處理、酸堿廢氣處理、異味廢氣處理和空氣殺菌消毒凈化等方面[1]。大氣壓等離子體技術是一門新興的環境污染處理手段，其在廢氣處理應用中具有成本低，效果好、操作簡單，無需高價格的真空系統等特點，具有廣泛的應用前景。本文主要研究的是大氣等離子體技術在廢氣處理方面的應用進展情況和可行性。

　　二、等離子體的研究現狀及特性

　　等離子體是一種電離狀態的氣體，它是由美國科學MUIR于1927年在研究低壓下汞蒸汽放電現象時命名的[2]。等離子體被稱作除固態、液態和氣態之外的第4 種物質存在形態，它是由大量的子、中性原子、激發態原子、光子和自由基等組成，但電子和正離子的電荷數必須體表現出電中性。常見的產生等離子體的方法是氣體放電，氣體放電等離子體主要分為以下幾種形式：①輝光放電;③介質阻擋放電;④射頻放電;⑤微波放電。

　　大氣壓等離子體技術的實質也就是氣體放電原理，氣體在電場作用下被擊穿而導電，由此產生的電離氣體叫做氣體放電等離子體[3]。我們把大氣壓等離子體分為平衡(熱)或非平衡(冷)等離子體兩大類。如今低氣壓等離子體己在材料處理領域得到廣泛應用，該種等離子體可產生用來刻蝕或沉積薄膜的高濃度活性粒子，然而在運行低氣壓等離子體時也存在一些缺陷，像真空系統昂貴卻需要維修，處理材料的尺寸受到真空室大小的限制。大氣壓等離子體與低氣壓等離子體相比，具有成本低、操作方便、無需高成本的真空系統等優點。

　　三、大氣壓等離子體在廢氣處理中的應用

　　隨著我國能源消費的持續增長和機動車保有量的迅猛增加，大量煤、石油與天然氣等化石燃料消耗產生的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx) 等廢氣排放到大氣中，環境大氣中NOx/SO2比例的改變影響著大氣酸沉降，進而在特定條件下產生二次光化學污染，致使空氣中臭氧(O3)含量增加，并在空氣中形成大量二次細微顆粒物，給公眾健康及生態環境造成嚴重危害。等離子體是近十多年發展起來的一門高度交叉的新學科，是集物理學、環境科學、化學和生物學于一體的全新學科。大氣壓等離子體是一種新興的物理與化學相結合的廢氣處理技術，如今該技術已成功應用于工業鍋爐煙氣和汽車尾氣治理領域。大氣壓等離子體技術具有對廢氣凈化效率高、能耗低及無二次污染等特點。

　　(一)大氣壓等離子體分解氣態污染物的機理。

　　大氣壓等離子體分解氣態污染物的機理為：等離子體中的高能電子在大氣壓等離子體分解氣體污染物中起決定性的作用，數萬度的高能電子與氣體分子(原子)發生非彈性碰撞，巨大的能量轉換成基態分子(原子)的內能，發生激發、離解以及電離等一系列物理和化學變化使氣體處于活化狀態。電子能量小于10ev時 產生活性自由基，活化后的污染物分子經過等離子體定向鏈化學反應后被脫除。而當電子平均能量超過污染物分子化學鍵結合能時，污染物氣體分子鍵斷裂，污染物分解，在大氣壓等離子體中可能發生各種類型的化學反應，反應程度取決于電子的平均能量、電子密度、氣體溫度、污染物氣體分子濃度及共存的氣體成分。

　　(二)大氣壓等離子體處理廢氣裝置。

　　大氣壓等離子體在廢氣處理中應用的機理是在等離子體中的高能電子、離子、自由基、激發態分子和原子等的作用下，將NOx與SO2被氧化成更易參與反應和更易吸收的NO2和SO3，從而實現對廢氣的凈化處理。

　　模擬汽車尾氣和鍋爐煙氣同時脫硫脫硝所采用的大氣壓等離子體處理裝置示意圖。如圖所示，中心銅棒電極被聚四氟絕緣材料固定在放電管的中心且與高壓電源的高壓輸出端連接。銅棒處于放電管的中心能使介質阻擋放電管內等離子體更加均勻，另一方面可防止局部增強放電導致介質層擊穿現象的發生，故會提高裝置的運行時間。氯化鉀溶液作為外電極并與高壓電源的低壓輸出端相連。裝置的內電極與電源的高壓輸出端相連，其位置在內徑為16mm的右英管中心。銅棒放在石英放電管的中心是為了使管內放電所產生的等離子體更加均勻分布，以及防止介質層被擊穿，從而延長裝置的使用壽命。電源低壓輸出端與裝置外電極相連，它所采用的是0.2mol/L的氯化鉀溶液。儀器工作時，比例一定的NOx與活性氣體(N2、O2、H2O)通過浮子流量計和氣體分配器進入放電管，在線廢氣監測儀Testo 360測定氮化物的濃度變化。在裝置放電區域或者氣體輸出管內，氮氧化物與活性氣體粒子會發生反應，經檢定，廢氣通過裝置的處理凈化，得到的產物都是無污染的，可直接排放到大氣中。

　　四、大氣壓等離子體的應用研究方向

　　為了實現大氣壓等離子體技術在廢氣處理的推廣應用，今后應加強深入研究大氣壓等離子體降解污染物的機理。大氣壓等離子體降解污染物是一個十分復雜的過程，而且影響這一過程的因素很多，雖然目前已有大量有關低溫等離子體降解污染物機理的研究，但還未形成能指導實踐的理論體系，使其工業應用缺乏理論保障。其次要實現處理裝置的大型化與小型化雙向發展，處理裝置的大型化與小型化是等離子體技術今后發展的兩個方向。

　　五、結束語

　　隨著環境保護的深入發展，大氣壓等離子技術以其獨特而優良的廢氣處理效果正日益獲得環保研究者的青睞，該技術可以用來治理二氧化硫、氮氧化物等給環境以及人類帶來嚴重危害的廢氣。大氣壓等離子體在廢氣處理方面的應用價值很高，目前我國對該方面的研究還只處于初步階段，如果繼續對大氣壓等離子體在廢氣處理中的應用展開深入研究，可為我國的大氣環境污染整治工作做出突出貢獻。

　　參考文獻：

　　[1]解幸幸,顧年福,李穎等。非平衡等離子體資源化煙氣脫硫實驗研究[J].環境科學與技術,2006, 29:6-9.

　　[2]都基峻,季學李.低溫等離子體處理氣態污染物[J].污染防治技術,2000 13(1):33~34.

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