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廣東越創(chuàng)環(huán)??萍加邢薰?b class="member-infor">
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更新時(shí)間:2021-12-23 12:21:04瀏覽次數(shù):138次
聯(lián)系我時(shí),請告知來自 環(huán)保在線等離子體技術(shù)原理等離子體中的化學(xué)反應(yīng)主要是通過氣體放電產(chǎn)生的快電子激發(fā)來完成的
等離子體技術(shù)原理
等離子體中的化學(xué)反應(yīng)主要是通過氣體放電產(chǎn)生的快電子激發(fā)來完成的。這些快電子與氣體分子碰撞,使氣體分子激發(fā)到更高的能級。被激發(fā)到高能級的分子,由于其內(nèi)能的增加,既可發(fā)生鍵的斷裂也可以與其它物種發(fā)生化學(xué)反應(yīng);而由于碰撞失去部分能量的電子在電場的作用下仍可得到補(bǔ)償。典型的反應(yīng)類型如下:
電子/分子反應(yīng)
激發(fā) e + A2 → A2﹢+ 2e
離解 e + A2 → 2A + e
附著 e + A2 → A2ˉ
離解附著 e + A2 → Aˉ+ A
電離 e + A2 → A2﹢+ 2e
復(fù)合 e + A2ˉ→ A2
離脫 e + A2ˉ→ A2 + 2e
分子/原子反應(yīng)
潘寧離解 M* + A2 → 2A + M
潘寧電離 M* + A2 → A2﹢+ M + e
電荷轉(zhuǎn)移 A﹢+ B → B﹢+ A
離子復(fù)合 A﹢+ Bˉ→ AB
中性復(fù)合 A + B + M → AB + M
分解反應(yīng)
電子的 e + AB → A + B + e
原子的 A* + B2 → AB + B
合成反應(yīng)
電子的 e + A → A * + e
A * + B → AB
原子的 A + B → AB
可以看出,低溫非平衡態(tài)等離子體是使分子活化的有效方法,它能使幾乎所有的分子激發(fā)、電離和自由基化,產(chǎn)生大量的活性基團(tuán),如 O2ˉ、O、OH、O3 和高能量的自由電子。這些活性物種使得在通常條件下難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)可以很容易地在等離子體系統(tǒng)中完成。尤其對空氣中污染物的脫除,可以在很短的時(shí)間內(nèi)使其分解甚至*分解。
研究表明,等離子體分解空氣污染物可通過兩種途徑完成:
(1)在產(chǎn)生等離子體的過程中產(chǎn)生的瞬間高能量,打開某些有害分子的化學(xué)鍵,使其分解成單質(zhì)原子或無害分子。
(2)等離子體中包含了大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子(其能量范圍如表 1)和具有強(qiáng)氧化活性的自由基,這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能,它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞,打開氣體分子的化學(xué)鍵,同時(shí)產(chǎn)生的大量?OH、HO2? 、O?等自由基和氧化性*的 O3 跟有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無害產(chǎn)物。
表 1 低溫等離子體中各種粒子能量和幾種氣體分子鍵能
低溫等離子體空氣凈化的作用機(jī)理如下:
O2 → 2O
N2 → N2*(A) → ? H + ?OH
NOx → N2+O2
SOx → S+O2
O2(+M) + O→ O3(+M)
? OH+H2S → HS? +H2O
O+H2S→ HS ?+ ?OH
HS ?+ ?OH→S+H2O
?OH+NH3 → NH2+H2O
?OH+NH2 → N2+H2O
?OH+CO → CO2 +?H
此外,低溫等離子體還有去除空氣中的煙塵顆粒、細(xì)菌、花粉、病毒、孢子等污染物的作用。去除顆粒污染物放電產(chǎn)生的等離子體中包含有大量的電子和正負(fù)離子,它們在電場梯度的作用下,與空氣中的顆粒污染物發(fā)生非彈性碰撞,從而附著在上面,使之成為荷電離子,若外加電場,可被集塵極收集。這一過程對懸浮于空氣中直徑小于100 微米的顆粒和直徑小于 10 微米的可吸入顆粒有較高的清除效果。
去除細(xì)菌、花粉、病毒、孢子放電產(chǎn)生的負(fù)離子同空氣中的有毒化學(xué)物質(zhì)以及病菌懸浮顆粒物相碰撞使其帶負(fù)電。這些帶負(fù)電的顆粒物會(huì)吸引其周圍帶正電的顆粒物(通??諝庵械募?xì)菌、病毒、孢子等是帶正電)。這種聚集過程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止。除了聚集過程外,在有限的空間里空氣中帶負(fù)電的顆粒物還被吸附到帶正電的表面(通常情況下,房間里面大多數(shù)物體的表面,包括墻壁、地面、家具、電器等都是帶正電的)。
表 2 等離子體氣體凈化處理設(shè)備的參數(shù)
VOCs-揮發(fā)性有機(jī)物(三氯乙烯、苯、甲苯等) PFCs-全氟碳化物
ODS-臭氧消耗物質(zhì)(氟利昂、哈龍氣體等) 酸性氣體-SOx、NOx、HCl、H2S
低溫等離子體的技術(shù)優(yōu)勢
低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用范圍廣,氣體的流速和濃度對于氣態(tài)污染物凈化技
術(shù)應(yīng)用來說是兩個(gè)非常重要的因素。圖 2 所示為氣體流速和濃度與不同治理技術(shù)之間的關(guān)系。
由圖 2 可以看出,生物過濾和燃燒技術(shù)能應(yīng)用于較高濃度范圍,但卻受氣體的流速所限;電子束照射技術(shù)僅有一段非常窄的流速范圍。而低溫等離子技術(shù)對氣體的流速和濃度都有一個(gè)很寬的應(yīng)用范圍,其應(yīng)用廣泛不言而喻。
圖 2 氣態(tài)污染物凈化技術(shù)的應(yīng)用范圍
低溫等離子技術(shù)工藝簡單,吸附法要考慮吸附劑的定期更換,脫附時(shí)還有可能造成二次污染;燃燒法需要很高的操作溫度;聯(lián)合催化法中,催化劑存在選擇性,某些條件(如溫度過高)會(huì)造成催化劑失活,生物法要嚴(yán)格控制 pH 值、溫度和濕度等條件,以適合微生物的生長。而低溫等離子體技術(shù)者較好地克服了以上技術(shù)的不足,反應(yīng)條件為常溫常壓,反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單,并可同時(shí)降解混合氣態(tài)污染物,不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
在投資費(fèi)用方面,低溫等離子體反應(yīng)裝置本身系統(tǒng)構(gòu)成單一緊湊,還可通過現(xiàn)有的靜電除塵裝置改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。在運(yùn)行費(fèi)用方面,微觀上講,因放電過程只提高電子溫度而離子溫度基本保持不變,這樣反應(yīng)體系就得以保持低溫,所以不僅能量利用率高,而且使設(shè)備維護(hù)費(fèi)用降低。
VOCs降解技術(shù)
見的 VOCs 包括甲醛、甲烷、乙烷、四氯乙烷、甲基氯化物以及各種各樣的氯代烴和全氟碳化物。目前國內(nèi)外等離子體 VOCs 降解技術(shù)主要包括電子束法、納秒級脈沖電暈、介質(zhì)阻擋放電、鐵電填充床放電、穩(wěn)定流動(dòng)的直流電暈放電、沿面放電等。
為了達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的目的,研究人員必須解決能耗問題。為了提高能量利用率,兩種方法被提出:(1)放電模式的發(fā)展,包括反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和電源參數(shù)的改進(jìn);(2)催化劑對 VOCs降解的協(xié)同作用。
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