基于低溫等離子體的污染物降解技術(shù)研究進(jìn)展

冷雪健,金福寶,馬山剛,辛寧,粘晨輝,李若冰,石進(jìn)強(qiáng)

(青海大學(xué) 水利電力學(xué)院,青海 西寧 810000)

近些年來(lái),伴隨著社會(huì)和工業(yè)的高速發(fā)展,環(huán)境壓力也在不斷增大,如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、任其發(fā)展,就會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞[1]。傳統(tǒng)的污染物處理方法包括物理法、化學(xué)法以及生物法。但傳統(tǒng)方法大多存在耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、易造成二次污染等情況。隨著習(xí)近平總書(shū)記提出的“綠水青山就是金山銀山”的口號(hào),致使污染物的綠色高效處理擺在了更為突出的位置,亟需一種新型的降解方法來(lái)適應(yīng)我國(guó)的生態(tài)新格局。

低溫等離子體降解作為一種新型降解方法,普遍適用于各類有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物的處理,有著較為出色的降解效率。憑借其成本低、效率高、無(wú)污染等特性,得到了快速的發(fā)展[2]。目前,國(guó)內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)針對(duì)等離子體的不同特性在對(duì)等離子體的產(chǎn)生途徑、降解效率、影響因素等做了較為細(xì)致的研究,但是由于等離子體中包含的物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)于復(fù)雜,仍然存在很多影響因素和機(jī)制未被解釋清楚[3]。

本文綜合了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,以等離子體的產(chǎn)生到如何發(fā)揮作用為主線,探究了等離子體的產(chǎn)生過(guò)程,總結(jié)了常見(jiàn)的低溫等離子體的發(fā)生裝置的特性及其優(yōu)缺點(diǎn),以及不同類型污染物的降解之間的區(qū)別,對(duì)目前等離子體技術(shù)發(fā)展的主要問(wèn)題進(jìn)行了概括,并且還對(duì)等離子體未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望,以期為低溫等離子體對(duì)于污染物的降解的后續(xù)研究提供相應(yīng)的參考基礎(chǔ)。

1 等離子體的降解過(guò)程

等離子體的降解過(guò)程為:在外部電場(chǎng)的作用下,電子獲得大量的能量從而轉(zhuǎn)變成高能粒子,這些高能粒子可以與空氣中氣體分子發(fā)生基元反應(yīng),生成氧化還原電位高的各種活性粒子如(·OH、·O、O3等)對(duì)污染物進(jìn)行氧化還原,或電場(chǎng)中的高能電子直接對(duì)污染物降解,將污染物的大分子鏈拆解成無(wú)毒無(wú)害的小分子或容易處理的化合物,從而達(dá)到分解的效果,此外還包含電場(chǎng)、紫外線、輻射、熱解等綜合處理,因此等離子降解技術(shù)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程[4-5]。但從降解的本質(zhì)分析,等離子體降解技術(shù)是一種能量傳遞的過(guò)程,通過(guò)吸收外部電場(chǎng)的能量將穩(wěn)定的處于基態(tài)的粒子,轉(zhuǎn)化成帶有能量的粒子,進(jìn)而產(chǎn)生各種物理化學(xué)反應(yīng),最終實(shí)現(xiàn)污染物的降解?；鶓B(tài)粒子能量的獲取主要有以下4類基元反應(yīng)[6]:

1.1 激發(fā)

當(dāng)基態(tài)粒子從電場(chǎng)吸收的能量超出激發(fā)能時(shí),外層電子由低能級(jí)轉(zhuǎn)至高能級(jí),使分子變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài):

(1)

其中A為氣體分子的基態(tài),A*為激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)的性質(zhì)通常十分活潑,在很短時(shí)間就會(huì)重新返回到基態(tài),并釋放能量,但也存在持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)(1 ms～1 s)。

1.2 電離

當(dāng)基態(tài)粒子吸收的能量高于電離能,其外層電子擺脫原子核的束縛,使分子變?yōu)殡x子:

(2)

處于亞穩(wěn)態(tài)的粒子也會(huì)與電子產(chǎn)生電離反應(yīng):

(3)

亞穩(wěn)態(tài)粒子比基態(tài)離子需要更少的能量就可以產(chǎn)生電離反應(yīng)。雖然亞穩(wěn)態(tài)粒子的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基態(tài)粒子,但可以發(fā)生頻率更高的電離次數(shù)。

1.3 離解

當(dāng)基態(tài)分子吸收的能量高于鍵能時(shí),分子就會(huì)離解成游離基:

(4)

并且離解的過(guò)程還伴隨著電離反應(yīng):

(5)

1.4 復(fù)合

復(fù)合為電離的逆過(guò)程,是電荷重新結(jié)合為中性粒子的反應(yīng),包含以下幾種:

三體碰撞復(fù)合:

(6)

輻射復(fù)合:

(7)

雙電子復(fù)合:

(8)

正負(fù)離子復(fù)合:

(9)

(10)

(11)

2 等離子體的產(chǎn)生方式

等離子體的產(chǎn)生方式有許多種,其中以空氣高壓放電為主,高壓放電主要通過(guò)等離子體反應(yīng)器,反應(yīng)器也有著不同的分類方法,最常見(jiàn)的是按照電極結(jié)構(gòu)劃分,大致分為三類,分別為無(wú)電極結(jié)構(gòu)(射頻電感耦合放電、微波放電等)、單電極結(jié)構(gòu)(電暈放電、等離子體射流等)以及多電極結(jié)構(gòu)(介質(zhì)阻擋放電、射頻輝光放電等)[7]。下面對(duì)上述類型中具有代表性的反應(yīng)器逐一進(jìn)行介紹。

2.1 微波放電

微波是一種波長(zhǎng)在1 mm～1 m、頻率在300 Hz～3 000 GHz的電磁波。由微波放電產(chǎn)生,也叫無(wú)極放電[8]。作為一種低溫等離子體,它的重粒子能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均電子能量。但與其它等離子體相比,它的氣體溫度相對(duì)高一些,大概為500～5 000 K[9-12]。微波放電可以釋放出保持整個(gè)放電周期的高密度的電子,但是其平均電子能會(huì)更低。由于它的高密度,使得電子與被降解的分子碰撞的概率會(huì)更大,但當(dāng)電子能量過(guò)低的時(shí)候,產(chǎn)生的碰撞就會(huì)由非彈性碰撞變?yōu)閺椥耘鲎?致使降解反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行[13-14]。

微波等離子體憑借效率高、可控、綠色等優(yōu)點(diǎn)而得到研究,但是由于電源的成本過(guò)高,使其并沒(méi)有得到大規(guī)模的使用[15]。

2.2 電暈放電

電暈放電(corona discharge)是通過(guò)曲率半徑較小的尖端高壓電極,使局部電場(chǎng)強(qiáng)度高于氣體電離鍵能,致使內(nèi)部氣體獲得能量從而產(chǎn)生反應(yīng)。電暈放電反應(yīng)器類型有很多種,其中以非對(duì)稱電極為主,如針板、棒板等。反應(yīng)器的電場(chǎng)強(qiáng)度在曲率半徑小的地方更高,更容易形成氣體電離,產(chǎn)生電暈現(xiàn)象[16]。

電暈放電根據(jù)電源和頻率,可分為直流放電、交流放電和高頻放電,它的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)穩(wěn)定、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及能量利用率高,缺點(diǎn)為在放電過(guò)程中,由于電離主要發(fā)生在高壓尖端電極附近,導(dǎo)致腔內(nèi)等離子體分布不均勻。并且當(dāng)電壓增加時(shí)容易發(fā)生火花放電,最終導(dǎo)致氣體擊穿[17]。

2.3 介質(zhì)阻擋放電

介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)是將絕緣介質(zhì)置于放電空間內(nèi)部的放電形式?？梢栽跉鈮簽?0～10 000 Pa、頻率在50 Hz～1 MHz 的環(huán)境下進(jìn)行工作[18]。

DBD放電是通過(guò)大量絲狀擊穿通道形成的,放電的各項(xiàng)參數(shù)可以通過(guò)人工控制進(jìn)行改變,從而對(duì)DBD放電技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。DBD同樣擁有多種電極結(jié)構(gòu),如平板電極或同軸電極,介質(zhì)的層數(shù)和位置也有區(qū)分,如單層、雙層,覆蓋、懸掛、填充等等。與微波等離子體相比,它的氣體溫度會(huì)更低[19]。因此從能量和成本方向考慮,DBD的性能會(huì)更加優(yōu)越一些,可以讓更多的能量被用作來(lái)提高電子的平均能量,進(jìn)而促進(jìn)放電分解的反應(yīng)。

3 等離子體的降解對(duì)象

通過(guò)前文提到的內(nèi)容,冷等離子體可以對(duì)固、液、氣中的有機(jī)物,少數(shù)無(wú)機(jī)物進(jìn)行處理降解,熱等離子體可以對(duì)固體污染物進(jìn)行高效的降解。目前,現(xiàn)有的研究文章主要以有機(jī)物和固體廢物為主,無(wú)機(jī)物類的降解文章比較少見(jiàn)。本部分將對(duì)不同形態(tài)的污染物之間的降解原理和案例分別進(jìn)行闡述。

3.1 低溫等離子體對(duì)有機(jī)物降解

低溫等離子體中的冷等離子體對(duì)于空氣和廢水以及土壤中的有機(jī)污染源已經(jīng)有了比較多的實(shí)驗(yàn)和研究,有著一套相對(duì)成熟的理論,被降解氣體通常是大氣中有毒或者對(duì)空氣有污染的氣體,低溫等離子體對(duì)于氣體的降解原理包含兩種。一種為,揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的分子結(jié)構(gòu)受到高能電子的撞擊而分解;另一方面,氣體分子受到高能電子的激勵(lì),生成強(qiáng)氧化性物質(zhì),破壞有機(jī)物的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致VOCs分子分解。液體和固體中的有機(jī)污染物降解原理與上述大致相同,此外可以用調(diào)節(jié)電壓,頻率,放電形式,pH值,污染物濃度,處理時(shí)間以及放電設(shè)備等影響因素從而提高降解效率[20-21]。

王紅濤等[22]通過(guò)DBD對(duì)染印廢水中的甲基橙溶液進(jìn)行降解,在一個(gè)15 L中的容器通過(guò)電壓、頻率、濃度、流速的影響因素變化,觀察對(duì)甲基橙的降解效果,最終得出降解效率隨著電壓升高而加快的趨勢(shì)。

CHAITANYA等[23]通過(guò)介質(zhì)阻擋反應(yīng)器針對(duì)不同類型的農(nóng)藥中的有機(jī)污染物進(jìn)行處理,包括敵敵畏、馬拉硫磷等,在同一時(shí)間內(nèi)不同電壓大小情況下,最終得出以下結(jié)論,在60,70,80 kV電壓下,80 kV的降解效率最高,在8 min的等離子體處理后,農(nóng)藥的降解效率分別為(78.98±0.81)%(敵敵畏)、(69.62±0.81)%(馬拉硫磷),并且通過(guò)GC-MS分析表明,降解后的化合物和中間產(chǎn)物的毒性要比農(nóng)藥母體低,證明了低溫等離子體降解的可行性。

3.2 低溫等離子體對(duì)無(wú)機(jī)物的降解

低溫等離子體對(duì)于無(wú)機(jī)物的降解目前參考資料較少,大致有以下兩個(gè)方法,分別為毒性降低和毒性析出。降低毒性的機(jī)理通過(guò)放電時(shí)產(chǎn)生的氫原子和水合電子等物質(zhì)改變了重金屬元素的化學(xué)形態(tài),從而降低重金屬元素的毒性,而析出指的是在降低毒性的基礎(chǔ)上,使其形成沉淀進(jìn)而被過(guò)濾出來(lái)。例如通過(guò)一些物理方法,比如活性炭吸附,實(shí)現(xiàn)污染物的轉(zhuǎn)移,從而實(shí)現(xiàn)降解。

屈廣周等[24]通過(guò)脈沖電暈放電等離子體協(xié)同活性炭去除廢水中的重金屬元素。通過(guò)改變重金屬的化學(xué)性質(zhì),從而降低重金屬對(duì)自然環(huán)境的危害,例如鉻常見(jiàn)的化合價(jià)有5種,其中以3價(jià)鉻和6價(jià)鉻最為穩(wěn)定。并且6價(jià)鉻的毒性要遠(yuǎn)高于3價(jià)鉻。通過(guò)等離子體中的氧化還原性物質(zhì),將高毒性的6價(jià)鉻變成微毒的3價(jià)鉻,從而實(shí)現(xiàn)重金屬元素毒性的降解。王瑾瑜等[25]通過(guò)電暈放電等離子體去除水中Cr(VI),得出在初始濃度為30 mg/L、pH=2.1、空氣流量0.05 m3/h、初始電導(dǎo)率2.26 mS/m、電極間距6 mm、輸出功率60 W放電處理40 min時(shí)的條件下,Cr(Ⅵ)的降解率達(dá)98.8%。

BENING等[26]發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)低溫等離子體對(duì)廢水中的苯酚和Cr(VI)進(jìn)行協(xié)同處理,發(fā)現(xiàn)空氣流速和pH值對(duì)降解效率影響,在空氣流速為0.2 L/min 和pH值為3.7時(shí)降解效率最佳,最終降解效率為91%。

3.3 低溫等離子體對(duì)固體廢棄物的降解

固體廢棄物的降解是通過(guò)熱等離子體,對(duì)城市垃圾、廢棄生物質(zhì)、低水平輻射廢棄物等軍事、工業(yè)和民用方面的污染物進(jìn)行處理,目前也有了較多的應(yīng)用。熱等離子體對(duì)于固體廢棄物的優(yōu)勢(shì)在于其超高的能量密度和溫度,和相對(duì)應(yīng)的快速反應(yīng),以及很高的冷卻速率,防止亞穩(wěn)態(tài)和非平衡態(tài)的混合產(chǎn)物,并且與其他類型的高溫反應(yīng)器相比可以更快的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

杜長(zhǎng)明等[27]中對(duì)熱等離子產(chǎn)生方式和廢棄物處理原理和效率進(jìn)行了闡述,其中PENG等利用100 kW直流電弧等離子體研究垃圾飛灰的減容效果以及熔融產(chǎn)物性質(zhì),其中飛灰減容約80.2%、平均減重36%,并研究了冷卻方式與浸出率的關(guān)系。WANG等通過(guò)直流雙陽(yáng)極等離子體炬在1 400～1 500 ℃ 下熔融飛灰,最終二惡英等毒量去除率接近100%[28-29]。

HUANG等[30]通過(guò)熱等離子體對(duì)不同粒徑大小的廢棄橡膠輪胎進(jìn)行降解處理,得出結(jié)論:廢棄物的課題大小是影響降解效率的重要因素之一,隨著橡膠顆粒的儲(chǔ)存增加,等離子的氣化性能和氣體轉(zhuǎn)化率也便隨其下降,最終的材料轉(zhuǎn)化率在40%～78%之間。

YAYALIK等[31]通過(guò)設(shè)計(jì)一種針對(duì)固體廢棄物的反應(yīng)器,對(duì)廢棄物進(jìn)行等離子體降解處理,在不同溫度下分別進(jìn)行有無(wú)蒸汽和氧氣的等離子體氣化處理,得到了含有甲烷、乙烷、二氧化碳、一氧化碳的混合氣體,氣體含量隨溫度變化而變化,并且與常規(guī)等離子體氣化(plasma gasification,PG)相比,氧氣等離子體氣化(plasma gasification with oxygen,PGO)和蒸汽等離子體氣化(plasma gasification with steam,PGS)當(dāng)中更容易形成氣體產(chǎn)物。

4 等離子體降解的主要問(wèn)題及發(fā)展方向

4.1 主要問(wèn)題

綜上所述,等離子體的降解方法是十分具有競(jìng)爭(zhēng)力的,具有很高的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前景,目前還有許多種類的污染物可以通過(guò)等離子體的方式來(lái)進(jìn)行降解,等待接下來(lái)的科研活動(dòng)來(lái)不斷探索,但是想高效全面的進(jìn)行發(fā)展,還有許多方面存在問(wèn)題仍未被解決。其中包括基礎(chǔ)理論的研究,設(shè)備的優(yōu)化和等離子體降解的應(yīng)用等。

4.1.1 基礎(chǔ)理論 目前低溫等離子技術(shù)的降解機(jī)理也并不成熟,雖然國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者正對(duì)等離子體做著探索研究,但是并沒(méi)有形成成熟的理論體系,而是在實(shí)驗(yàn)中摸索出來(lái)的,因此仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4.1.2 設(shè)備優(yōu)化 目前關(guān)于等離子體降解的相關(guān)設(shè)備也并未完善,需要進(jìn)行等離子的發(fā)生裝置的開(kāi)發(fā),如高壓電源的優(yōu)化,在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的研發(fā)等,雖然現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)備已經(jīng)具有一定的應(yīng)用性,但是通過(guò)分析可以確定目前的設(shè)備還有極大的發(fā)展空間,可以進(jìn)一步提高能源利用率、降解效率等。除此以外,還需要建立“等離子體-技術(shù)裝備”的一體化設(shè)計(jì)原則,實(shí)現(xiàn)綜合能量效率最大化的目標(biāo)。

4.1.3 污染物的選擇 目前主要通過(guò)冷等離子體對(duì)部分有機(jī)污染物進(jìn)行降解,通過(guò)熱等離子體對(duì)部分固體污染物進(jìn)行降解,但是現(xiàn)存的污染物種類還有很多,還有許多種類的污染物可以通過(guò)等離子體進(jìn)行降解,如白色垃圾,無(wú)機(jī)重金屬的降解,因此需要更多嘗試對(duì)更多污染物的降解,來(lái)開(kāi)拓等離子體降解污染物的應(yīng)用范圍。

4.2 等離子體的發(fā)展方向

針對(duì)前文提到的主要問(wèn)題,目前可以優(yōu)化等離子體降解的方向,大致分為以下三類,分別為等離子體的產(chǎn)生方式的改進(jìn)、降解方法的優(yōu)化以及更多可降解污染物的探索。

4.2.1 等離子體產(chǎn)生方式的改進(jìn) 根據(jù)前文所討論的內(nèi)容,本文主要對(duì)產(chǎn)生等離子體的放電形式和等離子體的反應(yīng)器進(jìn)行闡述。

4.2.1.1 等離子體的放電形式 產(chǎn)生等離子體的放電形式包含許多種類,而對(duì)同一種污染物采用不同的放電形式,也會(huì)存在降解效率上的些許差異,張曉星[11],總結(jié)了三種不同的放電形式來(lái)對(duì)同一種污染物進(jìn)行降解,包含射頻、微波、介質(zhì)阻擋,其中射頻等離子體在輸入功率超過(guò)40 W的條件下,降解效率高達(dá)99%。微波等離子體在KIM等[32]制作的反向渦動(dòng)反應(yīng)器,通過(guò)2.45 GHz的微波等離子體降解0.2%的SF6,當(dāng)功率為6 kW,氣體流速3 600 L/h 時(shí)SF6的降解率達(dá)99.99%。在文獻(xiàn)[33]中采用單層DBD在對(duì)0.03%的SF6氣體對(duì)的降解實(shí)驗(yàn)中,降解效率也能達(dá)到90%以上,綜合分析射頻等離子體需要在低壓下進(jìn)行,微波和DBD在大氣壓即可進(jìn)行,而微波等離子價(jià)格相對(duì)昂貴,因此各類放電形式結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化來(lái)提高等離子體的降解效率。

4.2.1.2 等離子體發(fā)生器 等離子體的發(fā)生裝置的優(yōu)化也是目前的研究熱點(diǎn),適當(dāng)?shù)陌l(fā)生器可以在降低成本的前提下,加快反應(yīng)速度,提高降解效率,產(chǎn)生更好的降解效果,在樊子文[34]中分別采用單電極式、多電極式以及簡(jiǎn)易柱桶三種不同的發(fā)生器來(lái)處理相同的污染物,與單電極結(jié)構(gòu)相比多電極在處理高濃度染料廢水時(shí)有更高的能量效率,在初始濃度50 mg/L,輸出電壓100 V時(shí)G50為28.13 g/kW·h-1,在濃度為200 mg/L,能效最高為64.29 g/kW·h-1,而柱桶式反應(yīng)器在對(duì)濃度為50 mg/L 甲基橙溶液,通氣速率為3 L/min,電源輸出電壓為70 V,脈沖頻率設(shè)置為300、占空比為50的條件下不僅降低了能源的消耗,而且達(dá)到更好的降解效果。在GUAN等[35]中,通過(guò)在接地電極附著一層多孔結(jié)緣的材料,產(chǎn)生微放電的效果,從而極大地提高了污染物的降解效率,結(jié)果顯示,以傳統(tǒng)降解反應(yīng)器最終降解效率為40.8%,通過(guò)附著絕緣材料的反應(yīng)器降解效率可以達(dá)到54.2%,提升效果約為32%,此外改進(jìn)后的CO2和CO的濃度也分別增加了189 mg/L和293 mg/L,不僅提供了一種高效的降解途徑,也為污染物分解后的殘留物提供了新的見(jiàn)解。

由此可見(jiàn),等離子體產(chǎn)生設(shè)備優(yōu)化對(duì)于降解能力的提高也是有很大幫助的。也將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)、需要不斷地進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),進(jìn)一步調(diào)高能源利用效率和降解能力。

4.2.2 降解方法的優(yōu)化 目前降解方法的優(yōu)化主要是與傳統(tǒng)降解方法協(xié)同進(jìn)行,包括物理吸附、催化劑等等。其中以催化劑的研究為主,催化劑在等離子體降解污染物中也飽受青睞,目前具有發(fā)展?jié)摿Φ拇呋瘎┌?種,分別為貴金屬催化劑、分子篩催化劑、納米金屬氧化物、負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物催化劑[36]。

如董冰巖等[37]通過(guò)多針-板式高壓脈沖氣液兩相放電協(xié)同TiO2和Fe-TiO2催化劑對(duì)對(duì)氯酚進(jìn)行降解,在對(duì)比不同因素的影響對(duì)總有機(jī)碳、中間產(chǎn)物等進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:當(dāng)濃度為0.150 mg/L,電極距10 mm、脈沖電壓26 kV、頻率為70 Hz、通氣量4 L/min時(shí),加入0.05 g溫度為500 ℃的Fe-TiO2催化劑時(shí),降解率最高,其中不添加催化劑的降解效率為30.54%,添加TiO2催化劑的降解效率為71.91%,添加改性后的催化劑的降解效率為79.29%,提升效果明顯。

REN等[38]通過(guò)DBD協(xié)同Mn-CoO-OH催化劑對(duì)咖啡酸(CA)進(jìn)行降解處理,在不添加催化劑前,CA在10 min的等離子體降解實(shí)驗(yàn)中最終的降解效率為75.6%,在添加CoO-OH催化劑后,相同時(shí)間內(nèi),CA的降解效率可以達(dá)到97%,而添加了Mn-CoO-OH以后,在8 min的降解處理以后,最終降解效果可達(dá)100%。

由此可見(jiàn)催化劑對(duì)于低溫等離子降解污染物的提升效果也是十分明顯的,因此選擇、開(kāi)發(fā)更加高效的催化劑也應(yīng)被看作重點(diǎn)問(wèn)題。

4.2.3 污染物的選取 目前,可降解污染物的種類范圍十分狹窄。其主要原因包括以下幾點(diǎn):一方面是由于目前等離子等體的理論和設(shè)備并未成熟,仍存在很大的限制,針對(duì)非特定的污染物降解可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果;另一方面是因?yàn)橐延械奈墨I(xiàn)無(wú)法有效證明個(gè)別污染物的降解可行性,難以對(duì)接下來(lái)的項(xiàng)目展開(kāi)系統(tǒng)性的降解研究。其中已有的研究以有機(jī)物為主,固體廢物為輔,無(wú)機(jī)重金屬類的屈指可數(shù)。占比最大有機(jī)物類型污染物主要以空氣中的為主,其他介質(zhì)中的相對(duì)較少,因此需要更大范圍的去探索可進(jìn)行等離子降解的污染源,而不是拘泥于少數(shù)并研究過(guò)很多次的相似污染物。

5 結(jié)論

本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,基于目前低溫等離子體對(duì)污染物的降解的研究成果,簡(jiǎn)要概括了等離子體的產(chǎn)生過(guò)程,反應(yīng)器的分類,以及可進(jìn)行降解的對(duì)象、降解原理,分析了目前存在的問(wèn)題并展望了未來(lái)發(fā)展方向。主要結(jié)論如下:

(1)關(guān)于等離子體的相關(guān)參數(shù)和產(chǎn)生條件的研究。目前關(guān)于等離子的特性的結(jié)論都是在平原地區(qū)得到的,在青海本地低壓缺氧的相關(guān)特性仍不清楚,缺少高原地區(qū)的低溫等離子體技術(shù)的相關(guān)結(jié)果。需要進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究,填補(bǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)空白。

(2)關(guān)于等離子體相關(guān)設(shè)備的研究。由于設(shè)備的限制,反應(yīng)過(guò)程中活性物質(zhì)的檢測(cè)和反應(yīng)機(jī)理的分析都會(huì)有很多的困難,特別是在應(yīng)用到實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)中除了需要解決以上問(wèn)題以外,還需要改進(jìn)降解設(shè)備,不僅需要進(jìn)一步提高設(shè)備的安全性,還要考慮設(shè)備的操作便利,和可靠生產(chǎn)的問(wèn)題。

(3)關(guān)于等離子體機(jī)制探索的研究。由于低溫等離子體涉及到眾多的物理化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程中的協(xié)同機(jī)理也并不清楚?？赡芤粋€(gè)反應(yīng)機(jī)理的發(fā)現(xiàn)或者發(fā)生器的創(chuàng)新,通常會(huì)帶動(dòng)一批相關(guān)理論的創(chuàng)新和應(yīng)用,甚至是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的形成。隨著等離子體這一交叉科學(xué)技術(shù)的興起,有望為解決生活生產(chǎn)存在的問(wèn)題提供新想法,新技術(shù)。