環(huán)境工程中的低溫等離子體技術(shù)分析與研究

李 欣

河北柏特環(huán)境檢測(cè)有限公司

環(huán)境工程中的低溫等離子體技術(shù)分析與研究

李 欣

河北柏特環(huán)境檢測(cè)有限公司

低溫等離子體技術(shù)屬于現(xiàn)代高新技術(shù)，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(yīng)活性，能夠讓常規(guī)條件下無法開展或速度緩慢的化學(xué)反應(yīng)高效進(jìn)行。本文首先對(duì)低溫等離子體技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)析，然后其在環(huán)境工程的實(shí)際應(yīng)用。

低溫等離子體；技術(shù)；環(huán)境工程

1 近幾年，工業(yè)大力發(fā)展，與此同時(shí)，還帶來了巨大的環(huán)境污染，這對(duì)人類生存和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，研究污染物排放控制，探究最新轉(zhuǎn)化手段已成為每一個(gè)環(huán)境工作人員的主要工作目標(biāo)

低溫等離子體這項(xiàng)技術(shù)不僅適用性高，而且耗能少，目前，其在環(huán)境污染處理中得到了一定的應(yīng)用，并成為主要探究?jī)?nèi)容。因此，本文關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的研究具有重要的參考價(jià)值。

2 低溫等離子體技術(shù)簡(jiǎn)析

2.1 內(nèi)涵和主要特點(diǎn)

等離子體主要指代電離度高于0.1%，自身正負(fù)電荷一樣的電離氣體，主要包含電子、離子與激發(fā)態(tài)原子等多個(gè)部分，電子與正離子電荷數(shù)一樣，在整體層面呈現(xiàn)電中性，區(qū)別于常規(guī)的三態(tài)，屬于第四種形態(tài)，基本特征為：帶電粒子內(nèi)部無凈庫侖力；屬于優(yōu)良、理想的導(dǎo)電流體，借助這一特性完成了磁流體發(fā)電；帶電離子內(nèi)部不存在凈磁力；電離氣體存在熱效應(yīng)。

依照體系能量狀態(tài)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(xué)平衡，通常應(yīng)用在受控?zé)岷朔磻?yīng)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(tǒng)處在熱力學(xué)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(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)十分緊密。

2.2 污染物去除機(jī)理

污染物去除機(jī)理是：基于外加電場(chǎng)，介質(zhì)放電形成的攜能電子對(duì)污染物分子產(chǎn)生轟擊，致使出現(xiàn)電離與解離等反應(yīng)，隨后發(fā)生不同的反應(yīng)，致使繁瑣大分子污染物成為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且安全系數(shù)較高的小分子物質(zhì)，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(diào)控反應(yīng)條件能夠達(dá)到常規(guī)條件下無法進(jìn)行或速度遲緩的化學(xué)反應(yīng)。簡(jiǎn)單來說，等離子技術(shù)在環(huán)境污染處理問題上具有顯著優(yōu)勢(shì)，并得到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。

3 低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

3.1 在廢氣處理過程的應(yīng)用

常規(guī)氣態(tài)污染物主要包含酸性無機(jī)與有機(jī)等不同的有害氣體。其中酸性無機(jī)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(jìn)行反應(yīng)，基于氨氣或者水形成硫酸鹽，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為無害物質(zhì)。經(jīng)由長(zhǎng)期的探索研究可知，催化劑在降解與消除有害氣體中發(fā)揮著巨大作用。而有機(jī)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(xiàn)碰撞，將其激發(fā)至更高能級(jí)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子，其內(nèi)能加大，致使化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)生活性物，同時(shí)，和其它物質(zhì)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(shù)處理甲苯，分析了各個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度條件和填料情形中的甲苯降解，最終結(jié)果表明當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度處于14.3kv/cm時(shí)，則包含納米催化劑的相關(guān)填料進(jìn)行填充操作，對(duì)應(yīng)的降解率能夠達(dá)到95%，較為理想。

3.2 在臭氧合成過程的應(yīng)用

臭氧屬于強(qiáng)氧化劑和催化劑，能夠應(yīng)用在水的深層處理中，還可用于造紙漿漂白，其市場(chǎng)前景一片光明。臭氧合成與實(shí)際應(yīng)用為等離子體的代表性實(shí)例，且介質(zhì)阻擋放電為臭氧的主要生成手段。近些年，在臭氧發(fā)生器專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)中進(jìn)行的探索指出，臭氧發(fā)生器的基本發(fā)展走向?yàn)椋焊呓殡姵?shù)、狹小的放電間隙、理想的運(yùn)動(dòng)功能、不顯著的運(yùn)行電壓、突出的電暈功率與優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)。

3.3 在汽車廢氣方面的應(yīng)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?xì)浠衔锱c黑粒，上述物質(zhì)都是城區(qū)的基本大氣污染物。通過介質(zhì)阻擋放電形成的活性物，輔以催化劑，能夠把汽車尾氣內(nèi)部的一氧化碳、氮氧化物與碳?xì)浠衔镞M(jìn)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(jìn)行一定改良的粉煤灰小球充當(dāng)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(yīng)用

等離子技術(shù)集電子輻射、紫外光分解反應(yīng)和臭氧氧化這三種反應(yīng)于一身，可促進(jìn)有機(jī)物降解。我國利用脈沖降解來處理有機(jī)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(shù)面向2B水溶液實(shí)施了直接處理操作，研究結(jié)果表明通過高壓毫微秒脈沖對(duì)印染廢水進(jìn)行處理，可把燃料大分子轉(zhuǎn)換為小分子，同時(shí)，在處理時(shí)間充足的條件下，還可把燃料分子內(nèi)部的芳香類物質(zhì)變成有機(jī)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(yè)化層面的應(yīng)用

等離子體技術(shù)屬于高新技術(shù)，是現(xiàn)下國內(nèi)外探索的主要議題。早在上世紀(jì)中期便已著手探索等離子體化學(xué)內(nèi)容，直至中后期，開始著手利用該技術(shù)處理一系列環(huán)境問題。然而，大部分研究?jī)H僅停留在理論層面，有些處于中試階段，只有很少一部分進(jìn)入了商業(yè)化階段。截止到當(dāng)前，國內(nèi)并不存在工業(yè)化相關(guān)處理設(shè)備，僅僅瑞士在低溫等離子體中實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，研究出較多的商業(yè)化產(chǎn)品，同時(shí)應(yīng)用在環(huán)境污染治理問題上，主要包含下述幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：臭氣消除、空氣凈化、廢氣內(nèi)低濃度溶劑消除、過濾有毒物質(zhì)。

4 結(jié)語

低溫等離子技術(shù)填補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的空白，反應(yīng)條件和常壓較為接近，且處理結(jié)果真實(shí)、可靠，不存在二次污染，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的發(fā)展前景。現(xiàn)下相關(guān)研究正處在實(shí)驗(yàn)室探索時(shí)期，為改善低溫等離子體技術(shù)，推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程，在未來應(yīng)向降解污染物等更深層次展開研究。

[1]林和健,林云琴.低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的研究進(jìn)展[J].環(huán)境技術(shù),2016,23(1):21～24.

[2]竹濤,萬艷東,李堅(jiān)等.低溫等離子體-催化耦合降解甲苯的研究及機(jī)理探討[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào),2017,25(1):161～167.

[3]張之武.大氣壓低溫等離子體療法在小鼠傷口愈合過程中的實(shí)驗(yàn)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2015.

[4]李瑩,李柯,陳杰瑢等.低溫等離子體殺菌消毒技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2016,23(7):718～722.