等離子體技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

1、等離子體技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用等離子體技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用 一、等離子體概況 等離子體是由電子、 離子、 自由基和中性粒子組成的導(dǎo)電性流體。整個體系呈電中性 ,具有與一般氣體不同的性質(zhì) ,容易受磁場、 電場的影響 ,稱為物質(zhì)第四態(tài)。它為化學(xué)反應(yīng)提供必須的能量粒子和活性物種,在化學(xué)工業(yè)、 材料工業(yè)、 電子工業(yè)、 機械工業(yè)、國防工業(yè)、 生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護等方面有著廣泛的應(yīng)用。 當(dāng)氣體分子以一定的方式在外部激勵源的電場被加速獲能時 ,能量高于氣體原子的電離電勢時 ,電子與原子間的非彈性碰撞將導(dǎo)致電離而產(chǎn)生離子電子 ,當(dāng)氣體的電離率足夠大時 ,中性粒子的物理性質(zhì)開始退居次要地位。整個系統(tǒng)受帶

2、電粒子的支配 ,此時電離的氣體即為等離子體。等離子體發(fā)生器有以下兩大類共計八種產(chǎn)生方法。等離子包括放電等離子和化學(xué)等離子 ,放電等離子可分為有電極和無電極兩類。有電極有電弧放電、 輝光放電、 電暈放電和無聲放電。無電極有高頻感應(yīng)、 微波放電和激波放電。其中電弧放電、 輝光放電和高頻放電分直流和交流兩種。電弧直流放電有內(nèi)極和外極之分。1. 等離子體產(chǎn)生的機理及方法按熱力學(xué)狀態(tài)不同和中性氣體溫度的高低等離子體高溫等離子體低溫等離子體熱等離子體冷等離子體燃燒等離子體2. 等離子體的分類及特點 熱等離子體為局域熱力學(xué)平衡態(tài)等離子體 ,是由高強度直流電弧放電與高頻感應(yīng)耦合放電產(chǎn)生的 ,其特點是重粒子(原

3、子、 分子、 離子)溫度接近于電子溫度;冷等離子體是非平衡等離子體 ,是由輝光放電、 微波放電、 電暈放電或無聲放電產(chǎn)生的 ,其特點是電子溫度遠遠高于重粒子溫度;燃燒等離子體通過燃燒形成 ,其特點是電離度極低。根據(jù)高能電子的來源 , 等離子體又可分為電子束照射法和脈沖電暈等離子體法。 等離子體的應(yīng)用技術(shù)因其特點而異 ,平衡態(tài)等離子體技術(shù)利用等離子體的物理特性;而非平衡態(tài)等離子體技術(shù)則利用其中的高能電子(020eV)參與形成的物理、 化學(xué)反應(yīng)過程 ,在這一過程中 ,高能電子起決定性作用 ,離子的熱運動只有負作用。 低溫等離子體技術(shù)正是利用這一特點解決環(huán)境中“三廢” 污染問題 ,同化學(xué)或其它的方法

4、相比 ,等離子體具有更高的溫度和能量密度 ,等離子體能夠產(chǎn)生活性成分 ,從而引發(fā)在常規(guī)化學(xué)反應(yīng)中不能或難以實現(xiàn)的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。二、 等離子體大氣污染控制技術(shù) 污染空氣中的主要成分有:總懸浮顆粒、 漂塵、硫氧化物、 氮氧化物、 硫化氫、 氨、 碳氧化物和有機蒸汽(VOCS)等 ,它們分別來自于生活污染源、 工業(yè)污染源、 和交通污染源。1、 脫硫脫硝在工業(yè)廢氣中 ,對環(huán)境影響最為嚴(yán)重的污染物是硫氧化物和氮氧化物。等離子體技術(shù)是 20 世紀(jì)70年代發(fā)展起來的同時脫硫脫硝技術(shù) ,該法的基本原理是利用等離子體活化產(chǎn)生的強氧化的自由基 ,并在氨氣的參與下 ,將煙氣中的 SO2 和NOX轉(zhuǎn)化為硝酸銨、

5、 硫酸銨和其復(fù)鹽的固體微粒。（1）基本原理電子束法(EBA法)子束法是靠電子加速器產(chǎn)生高能電子束 (400800) keV來輻照煙氣 ,使其產(chǎn)生活性物質(zhì)(如 OH , HO2 , O) ,促進分子間的化學(xué)反應(yīng)。 脈沖電暈放電法是從電子束法發(fā)展而來的煙氣脫硫脫硝技術(shù) ,其機理與電子束法基本相同 ,它是靠脈沖高壓電源在普通反應(yīng)器中形成等離子體 ,產(chǎn)生高能電子 (520) eV , 脈沖電暈放電法(PPCP 法)（2）兩種基本的方式:2、汽車尾氣治理 汽車尾氣污染是一個全球性問題。由于汽車相對集中在城市 ,單車排放因子高 ,故汽車排放的黑煙(顆粒物) 、 NOX、 CO和 HC等已成為城市地區(qū)的主要

6、大氣污染物。 等離子體技術(shù)用于汽車尾氣污染治理主要有兩種方式 ：機內(nèi)凈化和機外凈化。 機內(nèi)凈化的原理是將空氣離子化 ,即將空氣送入內(nèi)燃機之前 ,利用低溫等離子體臭氧發(fā)生器將空氣中的氧轉(zhuǎn)化為臭氧 ,然后進入燃燒室便分解為負氧離子 ,使火焰膨脹 ,促進燃燒 ,從而提高了反應(yīng)速率。 機外凈化技術(shù)要有電暈放電、 介電位壘放電、 沿面放電等幾種形式 ,利用等離子體體系中的活性物種強化(催化)氧化 還原反應(yīng) ,將汽車尾氣中的有害物質(zhì)通過氧化、還原或離解而轉(zhuǎn)化為無害或低害物質(zhì)以達到降低環(huán)境污染的目的。其中介電位壘放電可在低溫條件下實現(xiàn) HC、 CO、 NOX和 SO2 的氧化 ,可捕集顆粒物 ,是處理汽車尾

7、氣的一項新穎技術(shù)。3 、粉塵、 飄塵的凈化 工業(yè)廢氣中粉塵和飄塵以氣態(tài)和氣溶膠態(tài)長期懸浮在空氣中 ,對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染 ,其中粒徑在(0. 15)m 之間的顆粒對人體危害最大。 非平衡等離子體技術(shù)可以有效地清除廢氣中的這些顆粒物 ,其處理機理是:通過非均勻放電(電暈放電)產(chǎn)生的非平衡等離子體 ,其中的電子和離子在梯度場的作用下和廢氣中的顆粒物相互碰撞并附著在這些粒子上 ,使之成為荷電粒子 ,進而被集塵極所收集。 4 、 室內(nèi)空氣凈化 污染物質(zhì)主要有香煙煙霧、 甲醛、NOX、 SO2、 飄塵及惡臭等 ,它們多數(shù)吸附在顆粒物上 ,對人體健康影響較大。 非平衡等離子技術(shù)應(yīng)用于空氣凈化 ,不但可分解氣態(tài)污染物 ,還