摘要：随着工业生产中废气量的加大，使得排放到大气中的废气种类也不断上升，如何高效的处理此部分废气成为当前大气环境保护的重点内容。基于此，本文以等离子体技术为研究对象，阐述了等离子体产生机理、分类及特点等，分析了等离子体技术在环境污染治理中的作用，期望能够给相关技术人员提供一定理论支撑。
关键词：等离子体技术；环境；污染治理
0引言
随着人类生产活动和生活活动的不断扩大，“三废”废物量和种类呈急剧增加的趋势。污染不仅给生态环境造成了严重的破坏，也给人类自身带来不可估量的危害。而传统的物理、化学处理以及燃烧等废物处理技术已远远不能适应需要，费用低、处理彻底、无二次污染的新型废物处理技术成为环保领域里一个急待解决的研究开发课题。
1等离子体概况
等离子体是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体。整个体系呈电中性，具有与一般气体不同的性质，容易受磁场、电场的影响，称为物质第四态。它为化学反应提供必须的能量粒子和活性物种，在化学工业、材料工业、电子工业、机械工业、国防工业、生物医学和环境保护等方面有着广泛的应用。
1.1等离子体产生机理及方法
当气体分子以一定的方式在外部激励源的电场中被加速获能时，能量高于气体原子的电离电势时，电子与原子间的非弹性碰撞将导致电离而产生离子和电子，当气体的电离率足够大时，中性粒子的物理性质开始退居次要地位。整个系统受带电粒子的支配，此时电离的气体即为等离子体。等离子体发生器有以下两大类共计八种产生方法。等离子包括放电等离子和化学等离子，放电等离子可分为有电极和无电极两类。有电极有电弧放电、辉光放电、电晕放电和无声放电。无电极有高频感应、微波放电和激波放电。其中电弧放电、辉光放电和高频放电分直流和交流两种。电弧直流放电有内极和外极之分。
1.2等离子体的分类及特点
按热力学状态不同和中性气体温度的高低，等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体，而低温等离子体可分为热等离子体、冷等离子体和燃烧等离子体。热等离子体为局域热力学平衡态等离子体，是由高强度直流电弧放电与高频感应耦合放电产生的，其特点是重粒子（原子、分子、离子）温度接近于电子温度；冷等离子体是非平衡等离子体，是由辉光放电、微波放电、电晕放电或无声放电产生的，其特点是电子温度远远高于重粒子温度；燃烧等离子体通过燃烧形成，其特点是电离度极低。根据高能电子的来源，等离子体又可分为电子束照射法和脉冲电晕等离子体法。
2等离子体技术在大气污染治理中的作用
2.1脱除氮氧化物
大气污染物中最受关注的成分就是NO和NO2，其中NO2易溶于水，但NO的水溶性差，而排到大气中的95%以上是NO。因此，NO的氧化是氮氧化物控制的关键。采用低温等离子体技术将NO氧化成NO2，第二阶段吸收NO2，这样NOX去除率可保持在95%～99%。
2.1.1氧化还原与电控结合法
该方法主要是结合还原催化技术和电控技术、电喷技术和三元催化转化器，旨在去除汽车尾气中的NOX。一般使用的三元催化转化器是在蜂窝状陶瓷载体中负载催化元素铑、铂、钯等贵金属，制成有着不锈钢外壳的罐状物，将其装设在车辆的排气管上。这样车辆排放尾气时，由于载体的表面积较大，利用三元催化转化器将尾气中的NOX氧化为H2O、N2等低害或无害物质。
2.1.2与催化活化协同脱除法
NOX脱除的理想路径就是不需使用还原剂直接分解NOX，使其转化为O2和N2。这可以分为三个方向：（1）电化学技术：以金属氧化物涂覆的金属电极对为基础，施加5mV的直流电压，以便NO在阴极分解为O2和N2。这一方法尚处于探索的阶段，达到的分解活性水平不高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）催化分解技术：当前经过第二金属组分改性的催化剂或Cu-ZSM-5系统催化剂，在富氧前提下无法保持稳定的分解活性。（3）催化技术与等离子体技术相结合：将催化剂和等离子进行协同，可以使NO的分解率达到99%，但这样的方式具有较高的能耗；温度超过573℃时，催化与等离子体协同作用下可能会让O2和N2转化为浓度较高的氮氧化物，因此需要在低温下进行空气中污染物的脱除工作。
2.1.3氧化兼催化还原法
按照等离子体氧化兼催化还原法，NOX可分为两个低温等离子体，在碳氢化合物和氧存在的前提下，其可以将汽车尾气中NO氧化为NO2；然后在催化还原过程中，激活和氧化等离子体中含有碳氢化合物的混合体系与NO2中间体，通过催化作用来选择性还原H2O、C02、N2、NO2等。
2.2脱硫
当前大规模商业化使用的脱硫方式就是燃烧后烟气脱硫技术，这也是控制酸雨和SO2污染的重要技术。
2.2.1氧化兼非催化还原法
该方法是指以还原剂为基础，利用等离子体的放电反应来去除尾气中的有害气体，在此基础上借助反应器的电机结构，在电极尖端会出现局部间歇性的放大电场，这样反应器中的尾气会与还原剂进行反复的接触，然后还原去除SO2。
2.2.2脉冲电晕法
脉冲电晕等离子体的电子温度可达数万度，能在低温和常温保持适中的能量，脱除硫氧化合物，该技术也是处理脱除SO2的研究热点。通常情况下，将脉冲电晕和氨协同，有利于提高SO2脱除率，这是因为脉冲电晕放电形成的气体只对SO2产生作用，使SO2的脱除率达9%～15%，协同作用下则达90%。
2.2.3电子束照射法
该方法主要是以电子加速器为基础，产生高能电子束，然后借助辐照烟气形成活性物质，使分子之间发生化学反应；接着让进入喷雾冷却塔的静电除尘烟气所喷射的冷却水在蒸发气化的基础上，使烟气冷却与饱和温度相接近，然后进入反应器产生高能电子照射，继而产生大量原子、自由基、离子等，将NOX氧化成硝酸。另外，反应器中的雾状液态氨与硝酸产生化学反应后生成硝酸铵的粉状粒子，通过静电除尘的方式捕集产品微粒，让净化后的烟气排向大气。总之，此方法不会产生废水与废渣，脱硫率可达90%，副产物也可作为农肥加以使用，但这一方法需要庞大的放射线防护装置和格相对昂贵，电能消耗高且维护工作量大。
2.3降解挥发性有机化合物
挥发性有机化合物的毒性极强，种类繁多，属于大气污染物之一，会直接危害到人体与其他生物体，破坏臭氧层，导致温室效应的出现。近些年研究的特点就是利用等离子体技术降解有机污染物，如在常压下借助低温等离子体去除挥发性有机物，降解H2O和C02等，这也是处理大流量、高流速、低浓度挥发性有机废气的有效方式。通过实验研究消除静电后飞灰中的挥发性有机物变化，即将脉冲电压加在不均匀的电击系统中，让离子变为绝缘体的空气，以便形成的粒子通过自由运动，进入到较小场强的电极，从而实现电荷的迁移过程，即VOC离子化。通常情况下，针尖处具有较高的场强，存在许多高温且高速的电子，可以解决针尖附件的VOC分子，进一步转化与分解飞灰中的有机毒害物质。
3结束语
等离子体技术经过不断的发展越来越受到人们的重视以及普遍应用，同时，因为它可以克服工业新型污染而被认为是目前为止最佳的治理污染的方式。在未来科技的发展中，传统的治理污染的方式将会越来越不适应，而等离子体技术也会越来越普遍，对于等离子体技术的研究也就变得越来越重要。本文对于等离子体在环境污染两个治理方面的介绍希望可以给环境污染治理方面带来帮助。
参考文献：
[1]蒋达华，任如山.等离子体技术在环境污染治理中的应用研究[J].环境技术，2004，22（2）：16-19.
[2]黄虎宁.等离子体技术在环境污染治理中的应用分析[J].低碳世界，2014（19）：9-10.
[3]廖成成.等离子体技术在环境污染治理中的应用研究[J].科学与财富，2017（24）：182-182.
论文作者:张爱星
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/17
标签：等离子体论文; 技术论文; 电晕论文; 粒子论文; 电极论文; 气体论文; 辉光论文; 《基层建设》2019年第18期论文;