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摘要：低温等离子体技术是一种用来处理环境污染问题的高新技术。低温等离子体已经被用于超细颗粒生产、 废气处理、 冶金提炼、 刻蚀和材料表面处理、 臭氧生产等,它们当中许多已实现了工业化 , 其中以低温等离子体处理废气和废水中的有机污染物的研究居多,但目前这方面的技术尚未形成成熟的工业化应用规模。
关键词：低温等离子体 技术 环境工程 进展
引言
近年来, 由于工业的迅速发展而造成的严重的环境污染已成为影响人类生存与发展的全球性问题, 研究减少污染物的排放或者是采用新方法使其转化为无害物, 已成为环境保护工作者的迫切任务. 低温等离子体污染物控制技术作为一种新兴的污染物处理技术, 具有流程短、效率低、能耗低、使用范围广等特点, 因此用其作为各类环境污染物的处理已成为当前国内外的热门研究之一. 目前, 低温等离子体技术在废气处理、汽车尾气处理、废水处理、臭氧的合成等环境工程方面已获得日益广泛应用。
1.低温等离子体的定义及特点
等离子体是指电离度大于 0. 1% , 且其正负电荷相等的电离气体。它是由大量的电子、离子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成, 电子和正离子的电荷数相等, 整体表现出电中性, 它不同与物质的三态( 固态、液态和气态) , 是物质存在的第四种形态。其主要特征是: ( 1) 带电粒子之间不存在净库仑力; ( 2) 它是一种优良导电流体, 利用这一特征已实现磁流体发电; ( 3) 带电粒子间无净磁力; ( 4) 电离气体具有一定的热效应。根据体系能量状态、 温度和离子密度, 等离子体通常可以分为高温等离子体和低温等离子体。前者的电离度接近 1, 各种粒子温度几乎相同, 体系处于热力学平衡状态, 温度一般在 5×10 4 K 以上, 主要应用于受控热核反应研究方面; 而后者各种粒子温度并不相同, 电子的温度远远大于离子的温度, 系统处于热力学非平衡状态, 体系在宏观上温度较低, 一般气体放电产生的等离子体都属于这一类型, 其与现代工业的生产关系更为密切 。
2.低温等离子体电晕放电与介质阻挡放电技术
2.1 电晕放电
将直流高电压加载在曲率半径很小的电极(如针状电极或细线状电极)上,当针状电极(或细线状电极)上的电位升高到一定程度时,针尖附近的强电场就使其周围的空气产生电离,从而产生的局部放电甚至晕光的现象称为电晕放电。
2.2 介质阻挡放电
介质阻挡放电是用频率为 50 赫兹到兆赫兹级的交流高电压来启动,在放电空间插入绝缘介质的一种气体放电。由于其具有大空间反应区域、可在大气压强下工作, 而且可以防止在放电空间形成局部火花或弧光放电,有效的降低能耗,因而具有很好的工业化应用前景,近年来受到国内外研究人员的广泛重视。
3.低温等离子体技术在环境工程中的应用
等离子体技术处理环境污染问题是一种高新技术, 是目前国内外研究的热点问题。在 20 世纪 60年代, 西方发达国家就开始研究等离子体化学, 到80年代, 开始利用等离子体技术处理环境污染物的问题。但是, 大多数发达国家对该项技术也还只是处于理论研究或者是中试阶段, 真正进入商业化的非常少。到目前为止, 国内还没有工业化等离子体水处理设备, 只有瑞士国家实现了利用低温等离子体技术处理 VOCs 的商业化应用, 生产出的商业化产品----- Plasmacat 并申请了世界专利, 并已经应用于一些国家环境污染的治理, 其应用领域包括:( 1) 臭气的消除, 如食品工业、 污水处理厂、 堆肥厂、污泥处理、 烟草工业、 塑料工业等地方产生的臭气;( 2) 空气净化, 如空调或其他场合的应用; ( 3) 废气中低浓度溶剂( 含卤化剂) 的去除, 如油漆、 印刷等工业; ( 4) 净化有毒物质。经过 Plasmacat 处理的空气纯度不能达到人居室内空气纯度的要求, 但可以达到工厂周 围的空 气质量 要求, 例 如注入 气体:80000OU( 每单位臭气) , 排出气体: 100OU( 每单位臭气) , 降解率达到 99. 9%。该设备处理效果好, 而且能耗低( 0. 5~ 2. 5Wh/ m 3 废气) , 投资少( 主要用于电子激发阶段) , 因此该产品具有良好的市场前景。目前国内对低温等离子体技术处理环境污染问题的许多研究还是停留在高校的理论研究或是实验室的小型试验上, 虽然有些已经发展成中试试验, 但是能够直接应用于工业的商业化产品目前在国内仍然是空白。以低温等离子体技术处理有机废气为例, 这些试验研究处理的气体一般都是气流量较小、气流较稳定, 而工业上产生并需要治理的废气气流量大、 气流不稳定。因此, 必须进一步加大研究力度, 开发出适用于工业有机废气、 废水处理的商业化技术产品, 这样才能达到真正治理环境污染问题的目的, 这有待于我国科研人员的进一步努力。
4.结语
由于低温等离子体内部及其固体表面存在的物理化学过程的机理图象还不够完整,难以确定用以在线性反馈控制的内部参量,导致一些非线性变化及由于不稳定性造成的重复性差的问题 。尽管还存在着一些问题,但低温等离子体技术作为一项新兴的前沿科技在环境污染物的治理上有着广阔的工业化前景,今后的低温等离子体技术应着眼于大功率窄脉冲高频电源的研制开发, 反应器的匹配, 新型、节能、高效的难降解有机废水的处理方法等几方面的研究。
参考文献
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论文作者:潘玉珊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/11
标签：等离子体论文; 低温论文; 技术论文; 废气论文; 污染物论文; 气体论文; 电晕论文; 《基层建设》2017年第13期论文;