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摘要：低温等离子体根据体系中的电子与中性气体温度达到平衡的情况，又可分为热等离子体和冷等离子体，热等离子体一般由常压或高压下电弧或高频放电产生。体系中电子与中性气体温度接近几千度至上万度，称为平衡等离子体或热等离子体。冷等离子体由射频或微波电源激发低压强辉光放电产生，体系中电子温度达数万度，而中性气体分子代表的体系温度很低，从稍高于室温至上百度，称为非平衡等离子体或冷等离子体。目前，低温等离子体技术应用在某卷烟厂除臭，净化效率对烟草除臭技术提供实践依据。本文分析了低温等离子体技术净化烟草废气的相关内容。
关键词：低温等离子体技术；净化烟草废气；研究
大气环境是人类赖以生存的基本物质之一，随着人类社会的高度发展，大气环境污染日益严重。目前空气质量正在进一步恶化，大量燃料燃烧所产生的有害气体、工业生产过程所产生的废气等种类繁多且成分复杂的大气污染物已经严重威胁到人类的健康。因此，控制与治理污染已迫在眉睫。目前，世界各国在这方面已经采取许多措施：在宏观方面制定严格的排放标准；在微观方面对废气处理方法的研究也取得了一定的成果。
一、特点
低温等离子体不同于一般中性气体，它的基本特点是系统主要由带电粒子支配，受外部电场、磁场、电磁场的影响，存在多种基元过程和等离子体与固体表面的相互作用，具有独特的光、热、电等物理性质，可以产生多种物理、化学过程，由此发展形成了各种低温等离子体技术，低温等离子体中不同粒子间的碰撞过程可以分为两类：一是弹性碰撞：粒子碰撞前后的动能、动量发生变化，而没有新的粒子产生和粒子内部能量状态变化；二是非弹性碰撞：碰撞过程中产生了新的粒子并改变了粒子内部能量状态，由于低温等离子体中包含电子、正离子、负离子、自由基、激发态原子或分子等多种化学活性粒子，所以低温等离子体可引发多种化学反应，各类粒子与暴露于低温等离子体中的固体表面将产生不同的物理、化学作用，其组合效应基本决定了低温等离子体与表面的作用过程。
二、温等离子体技术净化烟草废气的方法
1.条件。某卷烟厂膨丝车间异味气体排放状态为：制烟废气排放温度范围250～280℃，废气中含水量60 %～70 %，含氧量约为3 %，气体总流量约为3600 m3h，实验气体流量350m3h，反应器进口气体风速约为12ms，等离子体设备功率为6kW。
2.净化原理及工艺。低温等离子体中去除异味气体的最主要的反应
可分为电子、离子、自由基及分子碰撞反应4 种。在电极间外加高压高频交变电流，表面生成微放电，同时诱导引发高电场，此高电场促使放电空间中的自由电子加速，此时电子在该电场中将被加速而获足够的能量（1～ 10eV），并与气体分子撞击进行激发、游离、解离、结合或再结合等反应，生成许多电子、离子、介稳态粒子及自由基等强高活性物种，常见的自由基如（•OH）、基态氧原子O（3P）、亚稳态氧原子O（1D）、HO2，这些高能、高活性物种可克服能阶的障碍，使气流中原本相当稳定的带有异味的气体分子断键，促使气态反应快速进行，并最终生成一氧化碳、二氧化碳和水排入环境。等离子体法的反应式为：异（臭）味污染物进入等离子体反应器CO2+H2O+其它小分子。
3.低温等离子体技术除臭效率测定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由本烟草（集团）公司技术中心对低温等离子体技术除臭效率进行测定。一是评价标准。大气污染物综合排放标准；《恶臭污染物排放二级标准；环境空气质量二级标准。二是主要检测因子。VOCs异味气体平均浓度。实验中等离子体反应系统的净化效果用相关检测项目的处理效率η（%）来表示。 ，式中，C0、C 分别为等离子体反应系统进口和出口处异味气体平均浓度。三是检测结果。实验中针对国标大气污染物综合排放标准中14种污染物，离子体处理烟草排放废气的效果作了相应的检测。其中，苯胺类、氯苯类、氯乙烯、硝基苯等项未能检出。四是异味气体中有机物种类经检测有3000多种。通过检测分析证明，实验设备对降低烟草废气中的限排成分是有效的，工艺废气处理后其中14 种物质指标能够满足国家标准，其平均处理效率约达68%。
4.低温等离子处理。
（1）电场强度对甲苯净化效率影响。随着电场强度增强，甲苯净化效率随之上升，这是因为随着电场强度增强，气体放电强度也随之增强，体系中产生的自由电子数目增多，输入能量增加，甲苯分子受到冲击而发生氧化还原的几率增大；同时体系内产生的自由基数目也增多，有利于甲苯的净化，因此净化效率随着电场强度的升高而呈现上升趋势. 在电场强度14kV/cm 时，甲苯的净化效率最高可达95%。
（2）气体流速对甲苯净化效率的影响。甲苯净化效率随气体流量的增大而减小，这是因为流量的增大，单位时间单位面积上通过等离子体反应器的物质分子数增多，而在给定电压条件下（此时流量的变化导致的电流变化很小，可以忽略不计），等离子体放电产生的高能电子数是一定的，所以此时体系中甲苯分子被高能电子碰撞的几率下降，因此净化效率也随着下降。
（3）气体流量变化对异味气体处理效率的影响。实验中通过管道阀门分别控制气体流量为300、350、400m3h，等离子体设备功率为6 kW时，比较了气体流量变化对异味气体处理效率平均值的影响，随气体流量上升，异味气体处理效率呈下降趋势。当烟气流量400m3h时，其处理效率比烟气流量300m3 h时降低了约16%。由于烟气中有机物浓度无法改变，所以流量的增大就意味着流速的增大，而设备功率一定时，流速的大小反映了气流在等离子体设备中停留时间的长短。流速越大，气流在等离子体设备中停留的时间越短，VOCs分子随气流在反应器中停留时间也就越短，与自由电子的碰撞几率减少，因此VOCs分子离解、电离的几率相应减少，处理效率下降。
（4）等离子体设备电源功率变化对异味气体处理效率的影响。高压交流电源，功率上限为6 kW。实验中控制气体流量350m3 h，改变反应功率分别为3、4、5和6 kW时，异味气体处理效率变化趋势，随着功率的提高，处理效率亦呈现上升趋势。等离子体设备功率为3 kW时，处理效率约为40 %；设备功率为6 kW时，比之设备功率为3 kW时，处理效率升高了大约30 %。当设备功率提高以后，由于输入能量的增加，体系中产生的自由电子数目增多，VOCs分子受到冲击而发生氧化还原的几率增大；同时体系内产生的自由基的数目增多，也有利于VOCs分子的氧化分解，因此处理效率随着设备功率的提高而呈现上升趋势。
低温等离子体处理技术的可行性及有效性，工艺处理后14种VOCs 污染物均能满足国家环保标准；处理系统中等离子体反应器不宜过大，可以考虑在今后的应用中针对不同的处理气量，采用反应器并联的形式。在现有的实验系统运行参数基础上，进一步优化反应设备，使低温等离子体除臭处理设施在最佳条件下运行，以获得最大的处理效率，为厂区和周围居民提供优良的空气环境。
参考文献：
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[3]林和健，林云琴. 低温等离子体技术在环境工程中的研究进展[J]. 环境技术，2015，23（1）：21- 24.
论文作者:周仕锋,吴艳雄
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/5
标签：等离子体论文; 气体论文; 低温论文; 效率论文; 废气论文; 电场论文; 粒子论文; 《基层建设》2016年6期论文;