廢氣處理低溫等離（lí）子體形成過程及發生技術

在我們常見（jiàn）的有機廢氣處理設備裏麵，低溫等離子體也是較為常見的一種設備之一，小編來為您簡單介紹一下低溫等離子體（tǐ）的形（xíng）成過程及發生技術（shù）。
1.低溫等離子體形成過程（chéng）
低溫等離子體在形成過程中，其電子能量可達到1～20eV(11600～250000K)，因此，其具有較高的化學反應（yīng）活性。低溫（wēn）等離子體在殘餘化學反應的過程從時間尺度可分為以下幾個過程，對應的（de）示意圖見圖9-2。
①第一步（bù）是皮秒級的電子躍遷（qiān），電子從基態躍遷到激發態。
②第二步發生在納秒級尺度。不同能量溫度（dù）狀態的（de）電子通過旋轉激發、振動（dòng）激發、離解和電離等非彈性碰撞形式將（jiāng）內能（néng）傳遞給氣體分子後，一部分以熱量（liàng）的（de）形式散（sàn）發掉（diào），另一部分則用（yòng）於產生自由（yóu）基等活性離子。
③在形成自由基活性離子後，自由基及正（zhèng）負離子間會引發線性或非線性鏈反應，該反應發生在微秒級尺度。
④最後，是由鏈反（fǎn）應導致的毫秒到秒量級的分子間發生熱化學反應。

低（dī）溫等離（lí）子體對VOCs廢氣處理時，其主要的反應進程與（yǔ）之前所述（shù）一（yī）致（zhì）。首先是高（gāo）能電子與分（fèn）子間碰撞反（fǎn）應引發活性自由基（jī），而後，自由基會與有機氣體分子結合反應，達到淨化氣（qì）體的目的。低溫等離（lí）子體淨化VOCs的作用機理根據目標汙染（rǎn）物的差異而不同（tóng）。鹵代烴分子具有較強的極性，具有較強的（de）吸電（diàn）子能力，因此，其（qí）易受到高能電子的攻擊而降解;烴（tīng）類VOCs化（huà）學性質相對活浚，其易與自由基結合而（ér）發生（shēng）化學反應（yīng），但在高壓放電過程中進行的（de）化學反應主要是離子反應（yīng）。反應的（de）最終（zhōng）產物也因反應條件不同而異。在高溫、高能量密度環境下處理低濃度有機氣體時，氧化反應起（qǐ）到主導作用，最（zuì）終的產物主要為CO2和H2O;在低溫低（dī）能量密度下處理高濃度的有機氣體時，生成產物（wù）的中間（jiān）體更（gèng）容（róng）易發生鏈加成反應（yīng）而生成固（gù）態或者（zhě）液態的有機（jī）物（wù）。因此（cǐ），在VOCs廢氣處理過程中，通過相關（guān）技術控製反（fǎn）應條件，對於VOCs的處理至關重要。

2. 低溫等離子（zǐ）體發生技（jì）術
在不同的（de）激勵電壓波形下，反應器產生（shēng）不同的放電（diàn）模式。低溫等離子體發生技術根據（jù）反應器類（lèi）型主要分為電暈、沿麵、介質阻擋（dǎng）等幾種形式。在治理多組分VOCs汙染氣體時通（tōng）常采（cǎi）用多種放電方（fāng）式相（xiàng）結合的（de）方（fāng）式， Mizuno等研究采用毛細（xì）玻璃石英管和Al2O2球（qiú）顆粒模擬蜂窩催化劑，通過交、直流電耦合的形式，證明可在催化劑表麵產生大麵（miàn）積的等離（lí）子體，為淨化（huà）汽車尾氣提供了方向與依據。主要的放電技術（shù）簡述如下。
(1)電暈放（fàng）電
①直流電暈放電在空氣（qì）中直流電暈放電有流光與輝光（guāng）兩種形式。當電子（zǐ）躍遷產生的空（kōng）間電荷（hé）誘導形成場強與外部施加電場的場強在同一數量級（jí）時，則形成流光電暈。形成的流光（guāng）等離子體向場強增（zēng）強的方向運動。據理論（lùn）計（jì）算，流光等離子體在傳（chuán）插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場強通常維持在100～200kV/cm，遠大於外（wài）部施加電場產生（shēng）的自由基等活（huó）性（xìng）子。在流光等離子體產生過程中，需要施加一特定強度的外部電場以產生長距離（lí）流（liú）光通道。電（diàn）場場強不能過低，場強（qiáng）過低會使流光不能貫穿於高低壓電極之間，影（yǐng）響放電區域的大小。
對於直流高壓激勵的等離子體係統，由於電壓的變化速（sù）度很低（dī），因此難以得到一個使流光通（tōng）道（dào）形成的峰值場強。在這種情況下，放電裝置會形成以離子電流為主的輝光電暈。輝（huī）光電暈的放電區域僅局限在高壓電極附近，在整個電場內產生的（de）自由（yóu）基較少，不（bú）利於氧化VOCs氣體。因此（cǐ），該技術主要應用在電（diàn）除塵（chén）領域。有研（yán）究發現空氣中摻雜一定量的二氧化（huà）碳會使輝光電暈（yūn）向流光電暈（yūn）轉變。但（dàn）該過程極易受到流場分布、氣體成分（fèn）和電極結構的影響，在實際應用中（zhōng）很難控製放電模式的變化。

②脈衝電暈放電脈衝電暈放電係統中主要采用納秒級脈衝供電係統，係統的放電效率主（zhǔ）要受到開關性能、電源與（yǔ）反應器（qì）的匹配性等因素（sù）的影響。一般而（ér）言（yán），目前常用的開關有（yǒu）火花開（kāi）關、磁壓縮開關和固體開關。開關的選擇一（yī）般應優先考慮價格成本（běn）低、阻抗小、耐受電壓性好、使用壽（shòu）命長的開關。同時（shí），也要對反應器（qì）進行精密（mì）設計，使其與電源進行合理匹（pǐ）配，這樣將極大（dà）地（dì）提高能量從電源到（dào）負載的傳輸（shū）效率、延長（zhǎng）開關的使用壽命。
③交（jiāo）直流疊加流光放（fàng）電交直流疊加流光放電係統（tǒng）過電壓遠小於納秒短脈衝，流光特性也（yě）根（gēn）據過（guò）電壓係統高低有較大差別。在其放電區域存在約20％的離子電流，能夠同時淨化有機氣（qì）體和收集細顆粒物（wù）。圖9-3所示為（wéi）典（diǎn）型的交（jiāo）直流疊加供電（diàn）電源及相應（yīng）電壓波形圖。交流電源（yuán）與直流電源通過一（yī）個大電容耦（ǒu）合產生AC/DC電壓波形。這種電（diàn）源運行的峰（fēng）值電壓接近閃絡值時，オ會得到較大的等離子體注入功率。偶然的閃絡會使耦合電容向反（fǎn）應（yīng）器瞬（shùn）間放電，造成耦合失敗。此外，由於流光AC/DC等離子體是以（yǐ）自持（chí）放電的形式從高壓（yā）電極隨機產生，電暈電流遠小於納秒短脈衝的供電（diàn）方式（shì），因此一般單脈衝能量較低。
(2)沿麵放電沿麵放電反應器的（de）結構主體為（wéi）致密的陶瓷（cí）材料，在陶瓷內部埋有金屬板作為接地極（jí），陶瓷一（yī）側的沿麵上（shàng）布置（zhì）導（dǎo）電條作為高（gāo）壓電極，另一側作為反應器的（de）散熱麵。在中、高頻電壓作用下，電流從放電極（jí）沿陶瓷沿麵延伸，在陶瓷沿麵形成許多細微的流注通道，進行放電，使氣態（tài）汙染物反應降解。20世紀90年代，日本科學家首先在世界上研製出（chū）了最先進的“陶瓷沿麵放電技術”，此技術不僅（jǐn）使氣體放電麵積增大，同時電極溫度也較低，
從而（ér）大大延長了其使用的壽（shòu）命。大氣壓下的沿麵放電有著很好的工業應用前景，對於甲苯、丙、氯氟烴等有機廢氣處理效果較好，適合處理CHCl3和CFC-11等難降解有機物。

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