環(huán)境工程中的低溫等離子體技術分析與研究

李 欣

河北柏特環(huán)境檢測有限公司

環(huán)境工程中的低溫等離子體技術分析與研究

李 欣

河北柏特環(huán)境檢測有限公司

低溫等離子體技術屬于現代高新技術，其中低溫等離子體包含電子與離子等多種成分，電子和離子之間存在顯著的反應活性，能夠讓常規(guī)條件下無法開展或速度緩慢的化學反應高效進行。本文首先對低溫等離子體技術進行簡析，然后其在環(huán)境工程的實際應用。

低溫等離子體；技術；環(huán)境工程

1 近幾年，工業(yè)大力發(fā)展，與此同時，還帶來了巨大的環(huán)境污染，這對人類生存和社會發(fā)展產生了一定的影響，研究污染物排放控制，探究最新轉化手段已成為每一個環(huán)境工作人員的主要工作目標

低溫等離子體這項技術不僅適用性高，而且耗能少，目前，其在環(huán)境污染處理中得到了一定的應用，并成為主要探究內容。因此，本文關于這項技術的研究具有重要的參考價值。

2 低溫等離子體技術簡析

2.1 內涵和主要特點

等離子體主要指代電離度高于0.1%，自身正負電荷一樣的電離氣體，主要包含電子、離子與激發(fā)態(tài)原子等多個部分，電子與正離子電荷數一樣，在整體層面呈現電中性，區(qū)別于常規(guī)的三態(tài)，屬于第四種形態(tài)，基本特征為：帶電粒子內部無凈庫侖力；屬于優(yōu)良、理想的導電流體，借助這一特性完成了磁流體發(fā)電；帶電離子內部不存在凈磁力；電離氣體存在熱效應。

依照體系能量狀態(tài)以及離子密度，能夠把等離子體劃分成高溫與低溫等離子體，其中前者電離度近乎為1，每一種離子溫度大致相同，其體系處在熱力學平衡，通常應用在受控熱核反應探索問題上；后者每一種離子溫度存在差異，電子溫度高出離子溫度，且系統處在熱力學非平衡情況，從宏觀層面而言，體系溫度偏低，其中氣體放電形成的等離子體均歸屬此類型，它和現代工業(yè)生產十分緊密。

2.2 污染物去除機理

污染物去除機理是：基于外加電場，介質放電形成的攜能電子對污染物分子產生轟擊，致使出現電離與解離等反應，隨后發(fā)生不同的反應，致使繁瑣大分子污染物成為結構簡單、且安全系數較高的小分子物質，以此來降解污染物。由于電離后形成的電子平均能量為5ev左右，合理調控反應條件能夠達到常規(guī)條件下無法進行或速度遲緩的化學反應。簡單來說，等離子技術在環(huán)境污染處理問題上具有顯著優(yōu)勢，并得到了國內外的普遍關注。

3 低溫等離子體技術在環(huán)境工程領域的實際應用

3.1 在廢氣處理過程的應用

常規(guī)氣態(tài)污染物主要包含酸性無機與有機等不同的有害氣體。其中酸性無機物，一般是通過等離子體形成的氧化自由基和硫氧化物、氮氧化物進行反應，基于氨氣或者水形成硫酸鹽，進而轉換為無害物質。經由長期的探索研究可知，催化劑在降解與消除有害氣體中發(fā)揮著巨大作用。而有機污染物通常是借助等離子體形成的高能電子和VOC分子出現碰撞，將其激發(fā)至更高能級，產生激發(fā)態(tài)分子，其內能加大，致使化學鍵斷裂，產生活性物，同時，和其它物質一起作用，形成二氧化碳、小分子化合物以及水。竹濤等若干人借助等離子體子，輔以納米技術處理甲苯，分析了各個電場強度條件和填料情形中的甲苯降解，最終結果表明當電場強度處于14.3kv/cm時，則包含納米催化劑的相關填料進行填充操作，對應的降解率能夠達到95%，較為理想。

3.2 在臭氧合成過程的應用

臭氧屬于強氧化劑和催化劑，能夠應用在水的深層處理中，還可用于造紙漿漂白，其市場前景一片光明。臭氧合成與實際應用為等離子體的代表性實例，且介質阻擋放電為臭氧的主要生成手段。近些年，在臭氧發(fā)生器專業(yè)知識與實踐活動中進行的探索指出，臭氧發(fā)生器的基本發(fā)展走向為：高介電常數、狹小的放電間隙、理想的運動功能、不顯著的運行電壓、突出的電暈功率與優(yōu)良的冷卻系統。

3.3 在汽車廢氣方面的應用

汽車尾氣污染屬于全球性問題，汽車主要排放氮氧化物、一氧化碳、碳氫化合物與黑粒，上述物質都是城區(qū)的基本大氣污染物。通過介質阻擋放電形成的活性物，輔以催化劑，能夠把汽車尾氣內部的一氧化碳、氮氧化物與碳氫化合物進行還原，還可將其解離成無害成分，不僅能夠去除黑煙，而且能夠脫掉一氧化碳和氮氧化合物，減少尾氣處理成本。利用進行一定改良的粉煤灰小球充當催化劑，可大大改善污染物去除效果，并可提升汽車尾氣治理水平。

3.4 在廢水處理過程的應用

等離子技術集電子輻射、紫外光分解反應和臭氧氧化這三種反應于一身，可促進有機物降解。我國利用脈沖降解來處理有機廢水的探索工作最早著手于1996年，其中李勝利等人借助該技術面向2B水溶液實施了直接處理操作，研究結果表明通過高壓毫微秒脈沖對印染廢水進行處理，可把燃料大分子轉換為小分子，同時，在處理時間充足的條件下，還可把燃料分子內部的芳香類物質變成有機酸，這表明放電可破壞燃料分子，并具有生物降解功效。

3.5 在工業(yè)化層面的應用

等離子體技術屬于高新技術，是現下國內外探索的主要議題。早在上世紀中期便已著手探索等離子體化學內容，直至中后期，開始著手利用該技術處理一系列環(huán)境問題。然而，大部分研究僅僅停留在理論層面，有些處于中試階段，只有很少一部分進入了商業(yè)化階段。截止到當前，國內并不存在工業(yè)化相關處理設備，僅僅瑞士在低溫等離子體中實現了商業(yè)應用，研究出較多的商業(yè)化產品，同時應用在環(huán)境污染治理問題上，主要包含下述幾個應用領域：臭氣消除、空氣凈化、廢氣內低濃度溶劑消除、過濾有毒物質。

4 結語

低溫等離子技術填補了傳統方式的空白，反應條件和常壓較為接近，且處理結果真實、可靠，不存在二次污染，成本低，結構簡單，具有良好的發(fā)展前景?，F下相關研究正處在實驗室探索時期，為改善低溫等離子體技術，推進工業(yè)化進程，在未來應向降解污染物等更深層次展開研究。

[1]林和健,林云琴.低溫等離子體技術在環(huán)境工程中的研究進展[J].環(huán)境技術,2016,23(1):21～24.

[2]竹濤,萬艷東,李堅等.低溫等離子體-催化耦合降解甲苯的研究及機理探討[J].高?；瘜W工程學報,2017,25(1):161～167.

[3]張之武.大氣壓低溫等離子體療法在小鼠傷口愈合過程中的實驗研究[D].中國科學技術大學,2015.

[4]李瑩,李柯,陳杰瑢等.低溫等離子體殺菌消毒技術的應用進展[J].化工進展,2016,23(7):718～722.