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大氣壓等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用研究
隨著環(huán)境保護(hù)的深入發(fā)展，大氣壓等離子技術(shù)以其獨(dú)特而優(yōu)良的廢氣處理效果正日益獲得環(huán)保研究者的青睞，以下是小編搜集的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：大氣壓等離子體是一項(xiàng)新興的氣體污染處理技術(shù)，已成為當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文介紹了等離子體的概念及產(chǎn)生方法，概述了大氣壓等離子體技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用進(jìn)展情況，并指出了今后大氣壓離子體處理廢氣的應(yīng)用研究方向。
關(guān)鍵詞：大氣等離子體;廢氣;處理技術(shù);應(yīng)用
一、引言
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷進(jìn)步和發(fā)展，排放到大氣中的硫氧化物、氮氧化物及有機(jī)廢氣等不斷增加，大氣污染造成的大氣質(zhì)量的惡化、酸雨現(xiàn)象、溫室效應(yīng)及臭氧層破壞足以威脅人類在地球上的生存和居住，其后果十分嚴(yán)峻，廢氣排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題逐漸引起人們的廣泛重視。廢氣處理指的是針對(duì)工業(yè)場(chǎng)所、工廠車間產(chǎn)生的廢氣在對(duì)外排放前進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到國(guó)家廢氣對(duì)外排放的標(biāo)準(zhǔn)的工作。一般廢氣處理包括了有機(jī)廢氣處理、粉塵廢氣處理、酸堿廢氣處理、異味廢氣處理和空氣殺菌消毒凈化等方面[1]。大氣壓等離子體技術(shù)是一門新興的環(huán)境污染處理手段，其在廢氣處理應(yīng)用中具有成本低，效果好、操作簡(jiǎn)單，無(wú)需高價(jià)格的真空系統(tǒng)等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究的是大氣等離子體技術(shù)在廢氣處理方面的應(yīng)用進(jìn)展情況和可行性。
二、等離子體的研究現(xiàn)狀及特性
等離子體是一種電離狀態(tài)的氣體，它是由美國(guó)科學(xué)MUIR于1927年在研究低壓下汞蒸汽放電現(xiàn)象時(shí)命名的[2]。等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第4 種物質(zhì)存在形態(tài)，它是由大量的子、中性原子、激發(fā)態(tài)原子、光子和自由基等組成，但電子和正離子的電荷數(shù)必須體表現(xiàn)出電中性。常見(jiàn)的產(chǎn)生等離子體的方法是氣體放電，氣體放電等離子體主要分為以下幾種形式：①輝光放電;③介質(zhì)阻擋放電;④射頻放電;⑤微波放電。
大氣壓等離子體技術(shù)的實(shí)質(zhì)也就是氣體放電原理，氣體在電場(chǎng)作用下被擊穿而導(dǎo)電，由此產(chǎn)生的電離氣體叫做氣體放電等離子體[3]。我們把大氣壓等離子體分為平衡(熱)或非平衡(冷)等離子體兩大類。如今低氣壓等離子體己在材料處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該種等離子體可產(chǎn)生用來(lái)刻蝕或沉積薄膜的高濃度活性粒子，然而在運(yùn)行低氣壓等離子體時(shí)也存在一些缺陷，像真空系統(tǒng)昂貴卻需要維修，處理材料的尺寸受到真空室大小的限制。大氣壓等離子體與低氣壓等離子體相比，具有成本低、操作方便、無(wú)需高成本的真空系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。
三、大氣壓等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用
隨著我國(guó)能源消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)和機(jī)動(dòng)車保有量的迅猛增加，大量煤、石油與天然氣等化石燃料消耗產(chǎn)生的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx) 等廢氣排放到大氣中，環(huán)境大氣中NOx/SO2比例的改變影響著大氣酸沉降，進(jìn)而在特定條件下產(chǎn)生二次光化學(xué)污染，致使空氣中臭氧(O3)含量增加，并在空氣中形成大量二次細(xì)微顆粒物，給公眾健康及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。等離子體是近十多年發(fā)展起來(lái)的一門高度交叉的新學(xué)科，是集物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)于一體的全新學(xué)科。大氣壓等離子體是一種新興的物理與化學(xué)相結(jié)合的廢氣處理技術(shù)，如今該技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)鍋爐煙氣和汽車尾氣治理領(lǐng)域。大氣壓等離子體技術(shù)具有對(duì)廢氣凈化效率高、能耗低及無(wú)二次污染等特點(diǎn)。
(一)大氣壓等離子體分解氣態(tài)污染物的機(jī)理。
大氣壓等離子體分解氣態(tài)污染物的機(jī)理為：等離子體中的高能電子在大氣壓等離子體分解氣體污染物中起決定性的作用，數(shù)萬(wàn)度的高能電子與氣體分子(原子)發(fā)生非彈性碰撞，巨大的能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子(原子)的內(nèi)能，發(fā)生激發(fā)、離解以及電離等一系列物理和化學(xué)變化使氣體處于活化狀態(tài)。電子能量小于10ev時(shí) 產(chǎn)生活性自由基，活化后的污染物分子經(jīng)過(guò)等離子體定向鏈化學(xué)反應(yīng)后被脫除。而當(dāng)電子平均能量超過(guò)污染物分子化學(xué)鍵結(jié)合能時(shí)，污染物氣體分子鍵斷裂，污染物分解，在大氣壓等離子體中可能發(fā)生各種類型的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)程度取決于電子的平均能量、電子密度、氣體溫度、污染物氣體分子濃度及共存的氣體成分。
(二)大氣壓等離子體處理廢氣裝置。
大氣壓等離子體在廢氣處理中應(yīng)用的機(jī)理是在等離子體中的高能電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子和原子等的作用下，將NOx與SO2被氧化成更易參與反應(yīng)和更易吸收的NO2和SO3，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣的凈化處理。
模擬汽車尾氣和鍋爐煙氣同時(shí)脫硫脫硝所采用的大氣壓等離子體處理裝置示意圖。如圖所示，中心銅棒電極被聚四氟絕緣材料固定在放電管的中心且與高壓電源的高壓輸出端連接。銅棒處于放電管的中心能使介質(zhì)阻擋放電管內(nèi)等離子體更加均勻，另一方面可防止局部增強(qiáng)放電導(dǎo)致介質(zhì)層擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，故會(huì)提高裝置的運(yùn)行時(shí)間。氯化鉀溶液作為外電極并與高壓電源的低壓輸出端相連。裝置的內(nèi)電極與電源的高壓輸出端相連，其位置在內(nèi)徑為16mm的右英管中心。銅棒放在石英放電管的中心是為了使管內(nèi)放電所產(chǎn)生的等離子體更加均勻分布，以及防止介質(zhì)層被擊穿，從而延長(zhǎng)裝置的使用壽命。電源低壓輸出端與裝置外電極相連，它所采用的是0.2mol/L的氯化鉀溶液。儀器工作時(shí)，比例一定的NOx與活性氣體(N2、O2、H2O)通過(guò)浮子流量計(jì)和氣體分配器進(jìn)入放電管，在線廢氣監(jiān)測(cè)儀Testo 360測(cè)定氮化物的濃度變化。在裝置放電區(qū)域或者氣體輸出管內(nèi)，氮氧化物與活性氣體粒子會(huì)發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)檢定，廢氣通過(guò)裝置的處理凈化，得到的產(chǎn)物都是無(wú)污染的，可直接排放到大氣中。
四、大氣壓等離子體的應(yīng)用研究方向
為了實(shí)現(xiàn)大氣壓等離子體技術(shù)在廢氣處理的推廣應(yīng)用，今后應(yīng)加強(qiáng)深入研究大氣壓等離子體降解污染物的機(jī)理。大氣壓等離子體降解污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，而且影響這一過(guò)程的因素很多，雖然目前已有大量有關(guān)低溫等離子體降解污染物機(jī)理的研究，但還未形成能指導(dǎo)實(shí)踐的理論體系，使其工業(yè)應(yīng)用缺乏理論保障。其次要實(shí)現(xiàn)處理裝置的大型化與小型化雙向發(fā)展，處理裝置的大型化與小型化是等離子體技術(shù)今后發(fā)展的兩個(gè)方向。
五、結(jié)束語(yǔ)
隨著環(huán)境保護(hù)的深入發(fā)展，大氣壓等離子技術(shù)以其獨(dú)特而優(yōu)良的廢氣處理效果正日益獲得環(huán)保研究者的青睞，該技術(shù)可以用來(lái)治理二氧化硫、氮氧化物等給環(huán)境以及人類帶來(lái)嚴(yán)重危害的廢氣。大氣壓等離子體在廢氣處理方面的應(yīng)用價(jià)值很高，目前我國(guó)對(duì)該方面的研究還只處于初步階段，如果繼續(xù)對(duì)大氣壓等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用展開(kāi)深入研究，可為我國(guó)的大氣環(huán)境污染整治工作做出突出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]解幸幸,顧年福,李穎等。非平衡等離子體資源化煙氣脫硫?qū)嶒?yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2006, 29:6-9.
[2]都基峻,季學(xué)李.低溫等離子體處理氣態(tài)污染物[J].污染防治技術(shù),2000 13(1):33~34.
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