低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用

劉劍華

摘要：環(huán)境問(wèn)題在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中，已經(jīng)成為了人們廣泛關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，因此低碳、綠色生活也漸漸融入到人們的日常生活中，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使一些環(huán)保主義者將等離子技術(shù)直接運(yùn)用到了廢氣處理工作中，并提出了廢氣處理工作的最新發(fā)展方向。針對(duì)低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，簡(jiǎn)述了等離子體的概念與意義，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣的處理，維護(hù)生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：等離子體；低溫等離子；廢氣處理

前言

等離子化學(xué)的研究，最初是在上世紀(jì)六十年代中被人們提出，并且這項(xiàng)學(xué)科在應(yīng)用過(guò)程中，同時(shí)還涉及到了高能物理、放電物理、放電化學(xué)與工程學(xué)等多種學(xué)科，可以說(shuō)是在學(xué)術(shù)界上的交叉學(xué)科；到了80年代之后，等離子對(duì)廢棄污染的處理工作就成了環(huán)保人士共同研究的話(huà)題。地溫等離子技術(shù)在污染的處理工作中，與其他技術(shù)相比，有著流程短、高效節(jié)能以及應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)；同時(shí)等離子體作為污染處理工具，除了能夠處理廢氣之外，還能針對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)水污染、白色污染和放射性污染等進(jìn)行處理，因此在環(huán)保工作中，擁有者廣泛的應(yīng)用前景。

1.等離子體的概述

物體本身除了以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的存在方式之外，等離子體已經(jīng)成為了物體存在的第四種形態(tài)。而對(duì)于等離子本身而言，是以導(dǎo)電性流體的方式存在，其中主要包括了電子、離子、中性離子和自由基；而從自身帶電性而言，則是保持著電中性。同時(shí)在等離子在運(yùn)行過(guò)程中，按照自身帶有粒子的溫度，還可以將其分成熱等離子體、熱平衡等離子體以及非平衡等離子體或低溫等離子三種。

2.低溫等離子體的生成方式

對(duì)于這類(lèi)等離子的生產(chǎn)，主要是依靠放電的方式，同時(shí)針對(duì)生成等離子的放電方式，還能夠?qū)⑵浞譃檩x光放電、電暈放電和介質(zhì)放電等多種形式。并且在這種形式下，想要準(zhǔn)確獲取低溫等離子，還需要對(duì)當(dāng)前氣壓也要做到一定的控制，通常情況下，需要將氣壓控制在低氣壓1.33×10-1到1×10-3Pa之間，只有滿(mǎn)足了當(dāng)前現(xiàn)狀，才能保證電子從外面的磁場(chǎng)或電力場(chǎng)進(jìn)來(lái)的時(shí)候，能夠有足夠的動(dòng)力產(chǎn)生彈性碰撞，然后在用激發(fā)、電離等過(guò)程，從而獲得了非平衡性等離子體，也就是低溫等離子體[1]。如果將這項(xiàng)過(guò)程中所需要用到的氣壓增強(qiáng)到大于105Pa，呢么電子與分子之間將會(huì)發(fā)生彈性哦碰撞，并且還會(huì)導(dǎo)致電子本身溫度將會(huì)與氣體溫度出現(xiàn)一致性，從而形成了熱平衡等離子體。

由此可以了解到，想要能夠在正常氣壓下獲得等離子體，首先就要滿(mǎn)足兩個(gè)主要條件：第一點(diǎn)，要保證外界電場(chǎng)、磁場(chǎng)在獲取低溫等離子體時(shí)，只能針對(duì)氣體中的電力來(lái)施加能量，并且還能在換短的時(shí)間內(nèi)，迅速獲得溫度提升和自身加速，進(jìn)而充入動(dòng)能，這樣一來(lái)，其他離子就只能夠獲得相對(duì)較低的能量，從而對(duì)空氣的升溫起到一定的抑制作用；第二點(diǎn)，則是需要外界的電場(chǎng)與磁場(chǎng)對(duì)電子施加更多的能量時(shí)間，同時(shí)對(duì)電場(chǎng)磁場(chǎng)施加的增量時(shí)間要能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)電子的能量施加時(shí)間，這樣才能使氣體的能量能夠充分傳導(dǎo)出去，以達(dá)到降低氣體溫度的目的。（見(jiàn)圖1）

3.低溫等離子對(duì)當(dāng)前氣態(tài)污染物的分解

在階段的氣態(tài)污染物被低溫等離子分解的過(guò)程中，等離子本身所帶有的高能電子發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。例如：等離子中所帶有的高能電子，在對(duì)氣態(tài)污染進(jìn)行分解時(shí)，會(huì)與污染氣體中的氣態(tài)分子或電子產(chǎn)生非彈性碰撞，并且還能將碰撞后的氣態(tài)分子或電子能量轉(zhuǎn)換成內(nèi)能，然后在發(fā)生離解或電離等措施，讓污染氣體能夠保持在活化狀態(tài)[2]。當(dāng)電子內(nèi)部所性成的能量低于10ev的時(shí)候，污染氣體就會(huì)在分子影響下，生成出帶有活性的活化基將其進(jìn)行有效活化，而在污染氣體被活化之后，還會(huì)與等離子體產(chǎn)生頂線(xiàn)鏈化學(xué)反應(yīng)，然后脫落，而當(dāng)污染氣體中的電子能量超出了該氣體中的化學(xué)鍵時(shí)，就會(huì)使該氣體分子鏈斷裂，完成對(duì)污染氣體的治理。同時(shí)，低溫等離子體本身還能夠根據(jù)所處環(huán)境不同，從而發(fā)生各種不一樣的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)主要取決與當(dāng)前等離子體中本身所含電力的能量、質(zhì)量、密度以及當(dāng)前空氣溫度等。

4.低溫等離子體在氣體污染治理中的應(yīng)用

4.1 提升對(duì)污染物的講解率

低溫等離子體在當(dāng)前氣體污染中有著廣泛用途，并且還能在對(duì)氣體污染進(jìn)行消除、治理的基礎(chǔ)上，做到節(jié)能減排、降低資源消耗。通常而言，低溫等離子體對(duì)于廢氣和有害氣體進(jìn)行處理的過(guò)程中，所以消耗資源一般也不會(huì)超過(guò)2.8W·h/m3，因此可以稱(chēng)作當(dāng)前氣體污染治理的有效方法。此外，還能夠通過(guò)對(duì)反應(yīng)器的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整體操作參數(shù)明顯提升的現(xiàn)狀，并以此提高對(duì)污染氣體所產(chǎn)生能量的有效使用率，然后在選擇出與目前污染治理工作相符的化學(xué)添加劑與催化劑，從而更進(jìn)一步提升污染氣體能量再用率，降低污染氣體治理工作中，對(duì)資源的消耗。（如圖2）

例如：我國(guó)某一研究所在煙道氣脫硫、脫銷(xiāo)和整體除塵工作中，采用了脈沖電暈放電等離子方式，對(duì)整個(gè)煙道氣進(jìn)行降解處理。在這項(xiàng)工作中，所進(jìn)入的氣體為SO2，并且SO2的整體濃度為113.5 ～3324.6mg/m3，同時(shí)SO2自身所產(chǎn)生的分解率為82.4%～99.1%能量利用率為1.52～1.98kg/（kW- h）[3]。不僅如此，我國(guó)許多環(huán)保人士已開(kāi)始著手于對(duì)低溫等離子體在廢氣處理工作的研究，并根據(jù)當(dāng)前研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正脈沖在放電工作中，對(duì)氧化SO2的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)脈沖放電工作，并且在污染治理工作中，還能有效的對(duì)一些飛灰進(jìn)行遏制，有助于污染氣體脫硫，從而改善被污染氣體。

4.2 處理裝置的小型化、大型化

在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，等離子技術(shù)的發(fā)展方向?qū)?huì)朝著兩個(gè)方面進(jìn)行，這兩個(gè)方面分別是小型化處理裝置和大型化處理裝置。而這些裝置在污染氣體的處理工作過(guò)程中，對(duì)于那些濃度與流量相對(duì)較大的污染源，采用低溫等離子技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)這些問(wèn)題的處理和解決，尤其是在煙道氣的除塵和降解工作中，但是就目前的整體發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)僅僅處于剛起步階段，并不能將氣體污染進(jìn)行統(tǒng)一化處理。因此，工作人員和環(huán)境保護(hù)人員在面對(duì)污染氣體進(jìn)行處理時(shí)，需要就針對(duì)當(dāng)前所受污染氣體的主要成分與濃度進(jìn)行專(zhuān)業(yè)性處理，而對(duì)于一些種類(lèi)相對(duì)復(fù)雜、污染濃度降低的工業(yè)廢氣而言，則可以直接選用等離子技術(shù)進(jìn)行處理工作，從而為小型化設(shè)備裝置的工作提供更加寬闊的前景。

5.總結(jié)

在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為了阻礙當(dāng)前發(fā)展過(guò)程中，而在這些環(huán)境污染的主要因素中，最難控制的便是氣體污染。因此，許多環(huán)保人士為了能夠?qū)ξ廴練怏w進(jìn)行完善有效的治理，將低溫等離子技術(shù)運(yùn)用到了氣體污染工作中，并且在對(duì)氣體污染的治理工作中取得了優(yōu)良成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉政.低溫等離子體及其在機(jī)動(dòng)車(chē)廢氣處理中的應(yīng)用[J].生物技術(shù)世界，2015，（5）：168-168.

[2]張傳來(lái)，杜海燕.低溫等離子體及其在廢氣處理中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，（22）：130-131

[3]楊茜，易紅宏，唐曉龍，等.低溫等離子體處理工業(yè)廢氣中甲苯的研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境工程，2017，（1）：77-83.