廢氣處理低溫等離子體形成過程及發生技術

在我們（men）常見的（de）有機廢氣處理設備（bèi）裏（lǐ）麵，低溫等離子體也是較為常見的一種設備之一（yī），小編來為（wéi）您簡單介（jiè）紹一下低溫等離子體的形成過程及發生技術。
1.低溫等（děng）離子體形成過程（chéng）
低溫（wēn）等離子體（tǐ）在形成（chéng）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。低溫等離子（zǐ）體在殘餘化學反應的過程從時間（jiān）尺度（dù）可分為以下幾個過程，對應的示意（yì）圖（tú）見圖9-2。
①第一步是皮秒級的電子躍遷，電子（zǐ）從基態躍遷（qiān）到激發態。
②第二步發生（shēng）在納秒級尺度。不同能量溫度狀態的電子通過旋轉激發、振動激發、離解和電離等非彈性（xìng）碰撞形式將內能（néng）傳遞給氣體分子後，一部分以熱量的形式散發掉（diào），另一部分則用於產生自由基等活性離（lí）子。
③在形成自由基活性離子後（hòu），自由基及正負（fù）離子間會引發線性或非線性鏈反應，該反應（yīng）發生在微（wēi）秒級尺度。
④最後，是由鏈反應導致的毫秒到秒量（liàng）級的分子間（jiān）發生熱化學反（fǎn）應。

低溫等離子體對VOCs廢氣處理時，其主要的反應進程與之前所述一致。首先是高能電子與分子間碰撞反應引發活性自由基，而（ér）後，自由基會與有（yǒu）機氣體分（fèn）子結合反應，達（dá）到淨化氣體的目的。低溫等離子體淨化VOCs的作用機理根據目標汙染物的差異而不（bú）同。鹵代烴分子具有較強的極性，具有較強的吸電子能力（lì），因此，其易受到高能電子的攻擊而降解;烴（tīng）類VOCs化學性質相對活浚，其易與自由基結合而發生化學反應，但在高壓放電過（guò）程中進行的化學反應主要是離子反應。反應的最終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（qì）體時，氧化反應起到主導作用，最（zuì）終的產物主要為CO2和H2O;在（zài）低溫低能量密度下處理高濃度的有機氣體時，生成產物的中間體更容（róng）易發生鏈加成反應而生成固態或（huò）者（zhě）液態的有機物。因此，在VOCs廢氣（qì）處理過程中，通過相關技術控製反應條件，對於VOCs的處理至關重要。

2. 低溫等離子體發生技術
在不同的激勵電壓波形下（xià），反應器產生不同的放電模（mó）式。低溫等離子體發生（shēng）技術根據反應器類型主要分為電暈、沿麵（miàn）、介質阻擋（dǎng）等幾種形式。在治理多組（zǔ）分VOCs汙染氣（qì）體時通（tōng）常采用多種放電方式相結合的（de）方式， Mizuno等研究采用毛細（xì）玻璃石英管和Al2O2球顆粒模擬蜂窩催化劑，通（tōng）過交（jiāo）、直流電耦合的形式，證明可在催化劑（jì）表麵產生大麵積的等離子體（tǐ），為淨化汽車（chē）尾氣提供了方向與依據。主要的放電技術簡述如下。
(1)電暈放（fàng）電
①直流電暈放電在空氣中直流電暈放電（diàn）有流光與輝光兩種形式。當電子躍遷產生的空間電荷誘導形成場強與外部施加電場的場（chǎng）強在同一數量級（jí）時，則形成流光電（diàn）暈。形成的流光等離子體向場強增強的方向運動（dòng）。據理論計算，流光等離子體在傳插（chā）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（yú）外部施加電場產（chǎn）生的自由基（jī）等活性（xìng）子。在流（liú）光等離（lí）子體產生（shēng）過程中，需要施加一特（tè）定強度的外部電場以（yǐ）產生長距離流光通道（dào）。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（dī）壓電極之間，影響（xiǎng）放電區域（yù）的大小。
對於直流高壓激勵（lì）的等離子體係（xì）統，由於電壓的變化速度很低（dī），因此難以得到一個使流光通道形成的峰值場強。在這種情況下，放電裝置會形成以離（lí）子電流為主的輝光電暈。輝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自由基較少，不利於（yú）氧化VOCs氣體。因此，該技術主要應用在（zài）電除塵領域。有研（yán）究發現空氣（qì）中摻（chān）雜一定量的二氧化碳會使輝光電暈向流光電暈轉變。但該過（guò）程極易受到流場分布、氣體成分和電極結構的影響，在實際應用中很難控（kòng）製放電模式（shì）的變化。

②脈衝電暈放電脈衝電暈（yūn）放電係統中主要采用納秒級脈衝供電係統，係統的放電效率主要受到開關性（xìng）能（néng）、電源與反應器的匹配性等因素的影響。一（yī）般而言，目前常用的開（kāi）關有（yǒu）火花（huā）開（kāi）關、磁壓縮開關和固體開關。開關的選擇一般應優先考慮（lǜ）價格成本低、阻抗小、耐受電壓性好、使用壽命長的開關（guān）。同時，也要對反應器（qì）進行精密設計，使其與電源進行合理匹配（pèi），這樣將極大地提（tí）高能量從電（diàn）源到負載的傳輸效率、延長開關的使用壽命。
③交直流疊加流光（guāng）放電交直流疊加流光放電係統過（guò）電壓遠小於納秒短脈衝，流光特性也根據過電壓係統高低有較大差別。在其（qí）放電區域存在約20％的離（lí）子電流，能夠同時淨化有機氣體和收集細顆粒物。圖（tú）9-3所示為典型的（de）交直流疊加（jiā）供電電源及相應電壓波形圖。交流電源與直流（liú）電源通過一（yī）個大電容耦合產生AC/DC電壓波形。這種電（diàn）源運（yùn）行的峰值（zhí）電壓接近閃絡值時，オ會得到較大（dà）的等離子體注入功率。偶然的閃絡（luò）會使耦合電容（róng）向反應器瞬間（jiān）放電，造成耦合失敗（bài）。此外，由於流光AC/DC等離子體（tǐ）是以（yǐ）自持（chí）放電的形式從高壓電極隨機產生，電暈電流遠小於納秒短脈衝的供電方（fāng）式，因此一般單脈衝能量較低。
(2)沿麵放電沿麵放電反應器的結構主體為致密（mì）的陶瓷材料（liào），在陶瓷（cí）內（nèi）部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側的沿（yán）麵上布置導電條作為（wéi）高壓電極（jí），另一側作為反應器的散熱（rè）麵。在中、高頻電壓（yā）作用下（xià），電流從放電極沿陶瓷沿麵延伸，在陶瓷（cí）沿麵形成許多細微的流注通道，進行放電，使氣態汙染物反應（yīng）降解。20世紀90年代，日本科學家首先在世界上研製出了最先進的“陶瓷沿麵放電技（jì）術”，此技術不（bú）僅使氣體放電（diàn）麵（miàn）積增大，同時電極溫度也較低，
從而大大延長了其使用的（de）壽命（mìng）。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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