等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用研究

王剛

摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)廢氣的種類和數(shù)量快速增長(zhǎng)。就目前我國(guó)的大氣污染治理現(xiàn)狀來(lái)看，傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法已經(jīng)難以符合城市污水處理的需求。這時(shí)候，一種全新的技術(shù)即等離子技術(shù)在大氣污染治理方面得到了較為廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)具有二次污染較小、能耗較低和效率高的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于該技術(shù)能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率，使大氣污染物得到徹底分解，所以該技術(shù)的治理效果是較好的。本文首先闡述了等離子技術(shù)的特性，并就等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，說(shuō)明該技術(shù)在大氣污染治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：等離子體技術(shù)；大氣污染治理；應(yīng)用

1.等離子體的特性分析

等離子體叫做電漿，它是一種離子化氣體狀物質(zhì)，其最為突出的特點(diǎn)就是電子溫度非常高。正因?yàn)槿绱?，它能夠使氣體狀態(tài)的物質(zhì)離子化。通過(guò)對(duì)等離子體進(jìn)行觀察，不難發(fā)現(xiàn)其能夠通過(guò)裂解得到大量激發(fā)狀態(tài)的粒子。這些粒子的主要特征是活性很高。通過(guò)這些粒子的能量，可以打斷很多物質(zhì)的化學(xué)鍵，從而達(dá)到對(duì)物質(zhì)化學(xué)環(huán)境破壞的目的。不僅如此，高活性粒子在200-500攝氏度之間可以生成一些環(huán)境親和性較好的物質(zhì)。通過(guò)對(duì)這些新物質(zhì)進(jìn)行分析，可知耐磨性和電學(xué)特性比較特殊。鑒于此，等離子體就可以應(yīng)用于有機(jī)污染物或無(wú)機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中。等離子體一般可以分為兩種，一種是熱力學(xué)平衡的等離子體，這種等離子體的溫度較高，且電子溫度與離子溫度一樣。另外一種是非平衡態(tài)的等離子體，這種等離子體的溫度較低。

2.等離子體技術(shù)在治理大氣污染方面的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)大氣中的主要污染物進(jìn)行分析，可知其主要有九類污染物。如硫氧化物、碳氧化物、多環(huán)芳烴、含鹵化合物以及一些放射性物質(zhì)等。上文已經(jīng)講到，等離子體的溫度高、能量密度大，所以能夠產(chǎn)生大量活性物質(zhì)，從而對(duì)污染物的化學(xué)鍵進(jìn)行破壞。這種破壞作用是一般的物理和化學(xué)反應(yīng)所達(dá)不到的，通過(guò)等離子體，大氣中的污染物能夠得到更為徹底的分解，從而使污染物分解為對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)。那么，等離子體技術(shù)在治理大氣污染方面的應(yīng)用主要有哪些方面呢？筆者接下來(lái)進(jìn)行具體闡述。

2.1等離子體脫硫脫氮技術(shù)

等離子體脫硫技術(shù)首次使用始于上個(gè)世紀(jì)的70年代，這種技術(shù)目前在全球得到了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。等離子體脫硫技術(shù)對(duì)于二氧化硫和酸雨的控制起到了重要作用。煙氣脫硫在控制二氧化硫的過(guò)程中的作用是我們有目共睹的。煙氣脫硫技術(shù)包括濕法、干法和硫氮聯(lián)脫法法等，這些方法在美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較為廣泛的使用。目前，在我國(guó)的應(yīng)用范圍較小。

2.1.1電子束照射法

電子束照射法通過(guò)借助電子加速器產(chǎn)生高能電子束，然后對(duì)煙氣進(jìn)行輻照，使其產(chǎn)生活性物質(zhì)，促進(jìn)分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中，煙氣是通過(guò)靜電除塵后進(jìn)入噴霧冷卻塔的。冷卻水通過(guò)塔頂噴射出來(lái)，最終落到塔底部，在到達(dá)塔底部之前蒸發(fā)氣化。然后，把煙氣冷卻至其飽和溫度，最后煙氣進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)電子束加速器進(jìn)行高能電子照射。通過(guò)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析可得知，電子束中相當(dāng)比例的能量被吸收了，產(chǎn)生了較多的離子和自由基以及一些活性物質(zhì)，NOX被氧化為了硝酸。

2.1.2等離子體氧化兼非催化還原法

這種方法需要借助還原劑，借助等離子體發(fā)生放電反應(yīng)，最終達(dá)到除去廢氣中有害物質(zhì)的目的。這種反應(yīng)會(huì)使用到反應(yīng)器特殊的電極結(jié)構(gòu)，電極結(jié)構(gòu)的尖端會(huì)有放大電場(chǎng)產(chǎn)生。在反應(yīng)器中，廢氣與還原劑發(fā)生接觸，在等離子體的作用下，SO2被除掉。在這個(gè)過(guò)程中，還原劑的主要作用是增強(qiáng)臨界狀態(tài)低于1eV激發(fā)能量的反應(yīng)。

2.2等離子體降解揮發(fā)性有機(jī)化合物

在大氣污染物中，除了二氧化硫和氮氧化物而具有污染性和毒性之外，揮發(fā)性的有機(jī)化合物也是大氣污染物的重要組成之一。揮發(fā)性有機(jī)化合物的種類非常多，毒性較強(qiáng)，能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生危害。除此之外，很多揮發(fā)性有機(jī)化合物還是城市光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的元兇。該物質(zhì)有較大的幾率對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞作用，最終導(dǎo)致溫室效應(yīng)的產(chǎn)生。目前，就全球有機(jī)廢氣的污染情況來(lái)，這種污染已經(jīng)受到了各國(guó)的重視。在最近幾年，關(guān)于等離子體去除有機(jī)污染物的研究一度成為熱點(diǎn)。低溫等離子體可以將大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物除去，最終得到的降解物大部分成分是二氧化碳和水。日本關(guān)于靜電消除后飛灰中揮發(fā)性有機(jī)物的變化的研究表明，本為絕緣體的空氣可以被離子化，產(chǎn)生的離子會(huì)發(fā)生電極運(yùn)動(dòng)，電極運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)較小的方向，在電荷遷移的過(guò)程中，VOC離子化得以實(shí)現(xiàn)。另外，在針尖處，往往會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，還會(huì)有高溫高速電子產(chǎn)生。在針尖富集，VOC分子被分解。通過(guò)日本進(jìn)行的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以知道，通過(guò)表面脈沖放電技術(shù)，可以去除飛灰中的有機(jī)毒性物質(zhì)。

2.3汽車尾氣治理

2018年，我國(guó)小汽車保有量破2億，隨著我國(guó)汽車保有量的增加，每年汽車的增長(zhǎng)數(shù)量是非常驚人的。汽車尾氣對(duì)于城市的污染較大。通過(guò)對(duì)汽車排放的黑煙成份進(jìn)行分析，可知其中主要為顆粒物和一些氮氧化物、一氧化碳等大氣污染物。事實(shí)上，目前通過(guò)等離子體技術(shù)，可以使汽車尾氣污染得到有效治理。主要運(yùn)用的方式有兩種，一種是機(jī)內(nèi)凈化，另外一種是機(jī)外凈化。其中，機(jī)內(nèi)凈化是通過(guò)把空氣送到內(nèi)燃機(jī)之前，從而實(shí)現(xiàn)離子化。這個(gè)過(guò)程中主要用到了低溫等離子體臭氧發(fā)生器，它能夠把氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，最后進(jìn)入燃燒室，得到負(fù)氧離子，促進(jìn)了汽油燃燒，這樣就使發(fā)應(yīng)速率增加。

3.小結(jié)

在大氣污染物治理中，等離子技術(shù)逐漸成為一種前沿的科學(xué)技術(shù)。在時(shí)間的推移中，這種物質(zhì)必定會(huì)在環(huán)境治理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。相信隨著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)必定在大氣污染物治理中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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（作者單位：東莞市東實(shí)新能源有限公司）