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工程技术
  • 低温等离子技术
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       近年,全球涌现出许多治理环境问题的高新技术,如低温等离子体作为一种***、低能耗、处理量大、操作简单的环保新技术来处理有毒及难降解物质,是近来研究的热点。
       低温等离子体技术应用范围广,气体的流速和浓度对于气态污染物治理技术应用来说是两个非常重要的因素。而且就经济可行性来说,低温等离子体反应装置本身系统构成就单一紧凑,在运行费用方面,微观来讲,因放电过程只提高电子温度而离子温度基本保持不变,这样反应体系就得以保持低温,所以不仅能量利用率高,而且使设备维护费用也很低。
       低温等离子体技术在气态污染物治理方面优势显著。其基本原理是在电场的加速作用下,产生高能电子,当电子平均能量超过目标治理物分子化学键能时,分子键断裂,达到消除气态污染物的目的。1980年代,日本东京大学S.Masuda教授提出的高压脉冲电晕放电法是常温常压下得到低温等离子体的最简单、最有效的方法。它已成为目前的研究前沿,也正越来越多的用于气态污染物的治理。

       一、 低温等离子技术机理及原理

       等离子体化学反应过程中,等离子体传递化学能量的反应过程中能量的传递大致如下:
       (1) 电场+电子→高能电子
       (2) 高能电子+分子(或原子)→(受激原子、受激基团、游离基团) 活性基团
       (3) 活性基团+分子(原子)→生成物+热
       (4) 活性基团+活性基团→生成物+热
       从以上过程可以看出,电子首先从电场获得能量,通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去,获得能量的分子或原子被激发,同时有部分分子被电离,从而成为活性基团;之后这些活性基团与分子或原子、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外,高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获,成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性,在化学反应中起着重要的作用。

       低温等离子体技术处理污染物的原理为:在外加电场的作用下,介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子,使其电离、解离和激发然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应,使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质,或使有毒有害物质转变成无毒无害或低毒低害的物质,从而使污染物得以降解去除。因其电离后产生的电子平均能量在10ev ,适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。作为环境污染处理领域中的一项具有极强潜在优势的高新技术,等离子体受到了国内外相关学科界的高度关注。

        二、 低温等离子体技术在环境工程中的应用

        降解挥发性有机污染物(VOCs)传统的处理方法如吸收、吸附、冷凝和燃烧等,对于低浓度的VOCs很难实现,而光催化降解VOCs又存在催化剂容易失活的问题,利用低温等离子体处理VOCs可以不受上述条件的限制,具有潜在的优势。但由于等离子体是一门包含放电物理学、放电化学、化学反应工程学及真空技术等基础学科之上的交叉学科。

         三、 设备特点

 1、工艺简洁:低温等离子体设备,操作简单,方便。无需专人看管,遇故障自动停机报警。
 2、节能:低温等离子体处理烟气能耗低,运行费用低廉。
 3、适应范围广:在-60℃~+300℃的环境内均可正常运转,特别是在潮湿,甚至空气湿度饱和的环境下仍可正常运行。
 4、设备使用寿命长:本设备由不锈钢材,石英、钼等材料组成,抗氧化性强,在酸性气体中耐腐蚀。
 5、组合性强:低温等离子体处理设备可以窜并联混合应用。

 

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