環境工程中的低溫等離子體技術分析與研究

李 欣

河北柏特環境檢測有限公司

環境工程中的低溫等離子體技術分析與研究

李 欣

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低溫等離子體技術屬于現代高新技術，其中低溫等離子體包含電子與離子等多種成分，電子和離子之間存在顯著的反應活性，能夠讓常規條件下無法開展或速度緩慢的化學反應高效進行。本文首先對低溫等離子體技術進行簡析，然后其在環境工程的實際應用。

低溫等離子體；技術；環境工程

1 近幾年，工業大力發展，與此同時，還帶來了巨大的環境污染，這對人類生存和社會發展產生了一定的影響，研究污染物排放控制，探究最新轉化手段已成為每一個環境工作人員的主要工作目標

低溫等離子體這項技術不僅適用性高，而且耗能少，目前，其在環境污染處理中得到了一定的應用，并成為主要探究內容。因此，本文關于這項技術的研究具有重要的參考價值。

2 低溫等離子體技術簡析

2.1 內涵和主要特點

等離子體主要指代電離度高于0.1%，自身正負電荷一樣的電離氣體，主要包含電子、離子與激發態原子等多個部分，電子與正離子電荷數一樣，在整體層面呈現電中性，區別于常規的三態，屬于第四種形態，基本特征為：帶電粒子內部無凈庫侖力；屬于優良、理想的導電流體，借助這一特性完成了磁流體發電；帶電離子內部不存在凈磁力；電離氣體存在熱效應。

依照體系能量狀態以及離子密度，能夠把等離子體劃分成高溫與低溫等離子體，其中前者電離度近乎為1，每一種離子溫度大致相同，其體系處在熱力學平衡，通常應用在受控熱核反應探索問題上；后者每一種離子溫度存在差異，電子溫度高出離子溫度，且系統處在熱力學非平衡情況，從宏觀層面而言，體系溫度偏低，其中氣體放電形成的等離子體均歸屬此類型，它和現代工業生產十分緊密。

2.2 污染物去除機理

污染物去除機理是：基于外加電場，介質放電形成的攜能電子對污染物分子產生轟擊，致使出現電離與解離等反應，隨后發生不同的反應，致使繁瑣大分子污染物成為結構簡單、且安全系數較高的小分子物質，以此來降解污染物。由于電離后形成的電子平均能量為5ev左右，合理調控反應條件能夠達到常規條件下無法進行或速度遲緩的化學反應。簡單來說，等離子技術在環境污染處理問題上具有顯著優勢，并得到了國內外的普遍關注。

3 低溫等離子體技術在環境工程領域的實際應用

3.1 在廢氣處理過程的應用

常規氣態污染物主要包含酸性無機與有機等不同的有害氣體。其中酸性無機物，一般是通過等離子體形成的氧化自由基和硫氧化物、氮氧化物進行反應，基于氨氣或者水形成硫酸鹽，進而轉換為無害物質。經由長期的探索研究可知，催化劑在降解與消除有害氣體中發揮著巨大作用。而有機污染物通常是借助等離子體形成的高能電子和VOC分子出現碰撞，將其激發至更高能級，產生激發態分子，其內能加大，致使化學鍵斷裂，產生活性物，同時，和其它物質一起作用，形成二氧化碳、小分子化合物以及水。竹濤等若干人借助等離子體子，輔以納米技術處理甲苯，分析了各個電場強度條件和填料情形中的甲苯降解，最終結果表明當電場強度處于14.3kv/cm時，則包含納米催化劑的相關填料進行填充操作，對應的降解率能夠達到95%，較為理想。

3.2 在臭氧合成過程的應用

臭氧屬于強氧化劑和催化劑，能夠應用在水的深層處理中，還可用于造紙漿漂白，其市場前景一片光明。臭氧合成與實際應用為等離子體的代表性實例，且介質阻擋放電為臭氧的主要生成手段。近些年，在臭氧發生器專業知識與實踐活動中進行的探索指出，臭氧發生器的基本發展走向為：高介電常數、狹小的放電間隙、理想的運動功能、不顯著的運行電壓、突出的電暈功率與優良的冷卻系統。

3.3 在汽車廢氣方面的應用

汽車尾氣污染屬于全球性問題，汽車主要排放氮氧化物、一氧化碳、碳氫化合物與黑粒，上述物質都是城區的基本大氣污染物。通過介質阻擋放電形成的活性物，輔以催化劑，能夠把汽車尾氣內部的一氧化碳、氮氧化物與碳氫化合物進行還原，還可將其解離成無害成分，不僅能夠去除黑煙，而且能夠脫掉一氧化碳和氮氧化合物，減少尾氣處理成本。利用進行一定改良的粉煤灰小球充當催化劑，可大大改善污染物去除效果，并可提升汽車尾氣治理水平。

3.4 在廢水處理過程的應用

等離子技術集電子輻射、紫外光分解反應和臭氧氧化這三種反應于一身，可促進有機物降解。我國利用脈沖降解來處理有機廢水的探索工作最早著手于1996年，其中李勝利等人借助該技術面向2B水溶液實施了直接處理操作，研究結果表明通過高壓毫微秒脈沖對印染廢水進行處理，可把燃料大分子轉換為小分子，同時，在處理時間充足的條件下，還可把燃料分子內部的芳香類物質變成有機酸，這表明放電可破壞燃料分子，并具有生物降解功效。

3.5 在工業化層面的應用

等離子體技術屬于高新技術，是現下國內外探索的主要議題。早在上世紀中期便已著手探索等離子體化學內容，直至中后期，開始著手利用該技術處理一系列環境問題。然而，大部分研究僅僅停留在理論層面，有些處于中試階段，只有很少一部分進入了商業化階段。截止到當前，國內并不存在工業化相關處理設備，僅僅瑞士在低溫等離子體中實現了商業應用，研究出較多的商業化產品，同時應用在環境污染治理問題上，主要包含下述幾個應用領域：臭氣消除、空氣凈化、廢氣內低濃度溶劑消除、過濾有毒物質。

4 結語

低溫等離子技術填補了傳統方式的空白，反應條件和常壓較為接近，且處理結果真實、可靠，不存在二次污染，成本低，結構簡單，具有良好的發展前景?，F下相關研究正處在實驗室探索時期，為改善低溫等離子體技術，推進工業化進程，在未來應向降解污染物等更深層次展開研究。

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