在我們常見的有機(jī)廢氣處理設(shè)備里面，低溫等離子體也是較為常見的一種設(shè)備之一，小編來為您簡(jiǎn)單介紹一下低溫等離子體的形成過程及發(fā)生技術(shù)。
1.低溫等離子體形成過程
低溫等離子體在形成過程中，其電子能量可達(dá)到1～20eV(11600～250000K)，因此，其具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性。低溫等離子體在殘余化學(xué)反應(yīng)的過程從時(shí)間尺度可分為以下幾個(gè)過程，對(duì)應(yīng)的示意圖見圖9-2。
①第一步是皮秒級(jí)的電子躍遷，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。
②第二步發(fā)生在納秒級(jí)尺度。不同能量溫度狀態(tài)的電子通過旋轉(zhuǎn)激發(fā)、振動(dòng)激發(fā)、離解和電離等非彈性碰撞形式將內(nèi)能傳遞給氣體分子后，一部分以熱量的形式散發(fā)掉，另一部分則用于產(chǎn)生自由基等活性離子。
③在形成自由基活性離子后，自由基及正負(fù)離子間會(huì)引發(fā)線性或非線性鏈反應(yīng)，該反應(yīng)發(fā)生在微秒級(jí)尺度。
④最后，是由鏈反應(yīng)導(dǎo)致的毫秒到秒量級(jí)的分子間發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)。

低溫等離子體對(duì)VOCs廢氣處理時(shí)，其主要的反應(yīng)進(jìn)程與之前所述一致。首先是高能電子與分子間碰撞反應(yīng)引發(fā)活性自由基，而后，自由基會(huì)與有機(jī)氣體分子結(jié)合反應(yīng)，達(dá)到凈化氣體的目的。低溫等離子體凈化VOCs的作用機(jī)理根據(jù)目標(biāo)污染物的差異而不同。鹵代烴分子具有較強(qiáng)的極性，具有較強(qiáng)的吸電子能力，因此，其易受到高能電子的攻擊而降解;烴類VOCs化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活浚，其易與自由基結(jié)合而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但在高壓放電過程中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)主要是離子反應(yīng)。反應(yīng)的最終產(chǎn)物也因反應(yīng)條件不同而異。在高溫、高能量密度環(huán)境下處理低濃度有機(jī)氣體時(shí)，氧化反應(yīng)起到主導(dǎo)作用，最終的產(chǎn)物主要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機(jī)氣體時(shí)，生成產(chǎn)物的中間體更容易發(fā)生鏈加成反應(yīng)而生成固態(tài)或者液態(tài)的有機(jī)物。因此，在VOCs廢氣處理過程中，通過相關(guān)技術(shù)控制反應(yīng)條件，對(duì)于VOCs的處理至關(guān)重要。

2. 低溫等離子體發(fā)生技術(shù)
在不同的激勵(lì)電壓波形下，反應(yīng)器產(chǎn)生不同的放電模式。低溫等離子體發(fā)生技術(shù)根據(jù)反應(yīng)器類型主要分為電暈、沿面、介質(zhì)阻擋等幾種形式。在治理多組分VOCs污染氣體時(shí)通常采用多種放電方式相結(jié)合的方式， 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，通過交、直流電耦合的形式，證明可在催化劑表面產(chǎn)生大面積的等離子體，為凈化汽車尾氣提供了方向與依據(jù)。主要的放電技術(shù)簡(jiǎn)述如下。
(1)電暈放電
①直流電暈放電在空氣中直流電暈放電有流光與輝光兩種形式。當(dāng)電子躍遷產(chǎn)生的空間電荷誘導(dǎo)形成場(chǎng)強(qiáng)與外部施加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，則形成流光電暈。形成的流光等離子體向場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)。據(jù)理論計(jì)算，流光等離子體在傳插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場(chǎng)強(qiáng)通常維持在100～200kV/cm，遠(yuǎn)大于外部施加電場(chǎng)產(chǎn)生的自由基等活性子。在流光等離子體產(chǎn)生過程中，需要施加一特定強(qiáng)度的外部電場(chǎng)以產(chǎn)生長(zhǎng)距離流光通道。電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)不能過低，場(chǎng)強(qiáng)過低會(huì)使流光不能貫穿于高低壓電極之間，影響放電區(qū)域的大小。
對(duì)于直流高壓激勵(lì)的等離子體系統(tǒng)，由于電壓的變化速度很低，因此難以得到一個(gè)使流光通道形成的峰值場(chǎng)強(qiáng)。在這種情況下，放電裝置會(huì)形成以離子電流為主的輝光電暈。輝光電暈的放電區(qū)域僅局限在高壓電極附近，在整個(gè)電場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的自由基較少，不利于氧化VOCs氣體。因此，該技術(shù)主要應(yīng)用在電除塵領(lǐng)域。有研究發(fā)現(xiàn)空氣中摻雜一定量的二氧化碳會(huì)使輝光電暈向流光電暈轉(zhuǎn)變。但該過程極易受到流場(chǎng)分布、氣體成分和電極結(jié)構(gòu)的影響，在實(shí)際應(yīng)用中很難控制放電模式的變化。

②脈沖電暈放電脈沖電暈放電系統(tǒng)中主要采用納秒級(jí)脈沖供電系統(tǒng)，系統(tǒng)的放電效率主要受到開關(guān)性能、電源與反應(yīng)器的匹配性等因素的影響。一般而言，目前常用的開關(guān)有火花開關(guān)、磁壓縮開關(guān)和固體開關(guān)。開關(guān)的選擇一般應(yīng)優(yōu)先考慮價(jià)格成本低、阻抗小、耐受電壓性好、使用壽命長(zhǎng)的開關(guān)。同時(shí)，也要對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行精密設(shè)計(jì)，使其與電源進(jìn)行合理匹配，這樣將極大地提高能量從電源到負(fù)載的傳輸效率、延長(zhǎng)開關(guān)的使用壽命。
③交直流疊加流光放電交直流疊加流光放電系統(tǒng)過電壓遠(yuǎn)小于納秒短脈沖，流光特性也根據(jù)過電壓系統(tǒng)高低有較大差別。在其放電區(qū)域存在約20％的離子電流，能夠同時(shí)凈化有機(jī)氣體和收集細(xì)顆粒物。圖9-3所示為典型的交直流疊加供電電源及相應(yīng)電壓波形圖。交流電源與直流電源通過一個(gè)大電容耦合產(chǎn)生AC/DC電壓波形。這種電源運(yùn)行的峰值電壓接近閃絡(luò)值時(shí)，オ會(huì)得到較大的等離子體注入功率。偶然的閃絡(luò)會(huì)使耦合電容向反應(yīng)器瞬間放電，造成耦合失敗。此外，由于流光AC/DC等離子體是以自持放電的形式從高壓電極隨機(jī)產(chǎn)生，電暈電流遠(yuǎn)小于納秒短脈沖的供電方式，因此一般單脈沖能量較低。
(2)沿面放電沿面放電反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主體為致密的陶瓷材料，在陶瓷內(nèi)部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側(cè)的沿面上布置導(dǎo)電條作為高壓電極，另一側(cè)作為反應(yīng)器的散熱面。在中、高頻電壓作用下，電流從放電極沿陶瓷沿面延伸，在陶瓷沿面形成許多細(xì)微的流注通道，進(jìn)行放電，使氣態(tài)污染物反應(yīng)降解。20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家首先在世界上研制出了最先進(jìn)的“陶瓷沿面放電技術(shù)”，此技術(shù)不僅使氣體放電面積增大，同時(shí)電極溫度也較低，
從而大大延長(zhǎng)了其使用的壽命。大氣壓下的沿面放電有著很好的工業(yè)應(yīng)用前景，對(duì)于甲苯、丙、氯氟烴等有機(jī)廢氣處理效果較好，適合處理CHCl3和CFC-11等難降解有機(jī)物。

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