低溫等離子體廢氣凈化技術

隨著經濟的發展，環境污染問題日益突出，各種類型的環境污染層出不窮，嚴重危及了人類的健康與生存。為了人類自身的安危，治理環境問題迫在眉睫。近年，涌現出許多治理環境問題的*，如超聲波、光催化氧化、低溫等離子體、反滲透等，其中低溫等離子體作為一種、低能耗、處理量大、操作簡單的環保新技術來處理有毒及難降解物質，是近來研究的熱點。
    低溫等離子體技術應用范圍廣，氣體的流速和濃度對于氣態污染物治理技術應用來說是兩個非常重要的因素。生物過濾和燃燒技術能應用于較高濃度范圍，但卻受氣體的流速所限；電子束照射技術僅有一非常窄的氣體流速范圍。而低溫等離子體技術對氣體的流速和濃度都有一個很寬的應用范圍，其應用廣泛不言而喻。等離子體技術工藝簡單，吸附法要考慮吸附劑的定期更換，脫附時還有可能造成二次污染；燃燒法需要很高的操作溫度；聯合催化法中，催化劑存在選擇性，某些條件（如溫度過高）會造成催化劑失活，光催化法只能利用紫外光等；生物法要嚴格控制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則較好的克服了以上技術的不足，反應條件為常溫常壓，反應器結構簡單，并可同時消除混合污染物（有些情況還具有協同作用），不會產生二次污染等。就經濟可行性來說，低溫等離子體反應裝置本身系統構成就單一緊湊，在運行費用方面，微觀來講，因放電過程只提高電子溫度而離子溫度基本保持不變，這樣反應體系就得以保持低溫，所以不僅能量利用率高，而且使設備維護費用也很低。
    低溫等離子體技術在氣態污染物治理方面優勢顯著。其基本原理是在電場的加速作用下，產生高能電子，當電子平均能量超過目標治理物分子化學鍵能時，分子鍵斷裂，達到消除氣態污染物的目的。1980年代，日本東京大學S．Masuda教授提出的高壓脈沖電暈放電法是常溫常壓下得到低溫等離子體的zui簡單、zui有效的方法。它已成為目前的研究前沿，也正越來越多的用于氣態污染物的治理。
    低溫等離子體去除污染物的機理：
    等離子體化學反應過程中，等離子體傳遞化學能量的反應過程中能量的傳遞大致如下：
    （1） 電場＋電子→高能電子
    （2） 高能電子＋分子（或原子）→（受激原子、受激基團、游離基團） 活性基團
    （3） 活性基團＋分子（原子）→生成物+熱
    （4） 活性基團＋活性基團→生成物+熱
    從以上過程可以看出，電子首先從電場獲得能量，通過激發或電離將能量轉移到分子或原子中去，獲得能量的分子或原子被激發，同時有部分分子被電離，從而成為活性基團；之后這些活性基團與分子或原子、活性基團與活性基團之間相互碰撞后生成穩定產物和熱。另外，高能電子也能被鹵素和氧氣等電子親和力較強的物質俘獲，成為負離子。這類負離子具有很好的化學活性，在化學反應中起著重要的作用。
    低溫等離子體去除污染物的原理：
    低溫等離子體技術處理污染物的原理為：在外加電場的作用下，介質放電產生的大量攜能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發，然后便引發了一系列復雜的物理、化學反應，使復雜大分子污染物轉變為簡單小分子安全物質，或使有毒有害物質轉變成無毒無害或低毒低害的物質，從而使污染物得以降解去除。因其電離后產生的電子平均能量在10ev ，適當控制反應條件可以實現一般情況下難以實現或速度很慢的化學反應變得十分快速。作為環境污染處理領域中的一項具有*潛在優勢的*，等離子體受到了國內外相關學科界的高度關注。
    低溫等離子體技術在環境工程中的應用：
    低溫等離子體技術在廢氣處理中的應用隨著工業經濟的發展，石油、制藥、油漆、印刷和涂料等行業產生的揮發性有機廢氣也日漸增多，這些廢氣不僅會在大氣中停留較長的時間，還會擴散和漂移到較遠的地方，給環境帶來嚴重的污染，這些廢氣吸入人體，直接對人體的健康產生極大的危害；另外工業煙氣的無控制排放使性的大氣環境日益惡化，酸雨（主要來源于工業排放的硫氧化物和氮氧化物） 的危害引起了各國的重視。由于大氣受污染而酸化，導致了生態環境的破壞，重大災難頻繁發生，給人類造成了巨大損失。因此選擇一種經濟、可行性強的處理方法勢在必行。
    降解揮發性有機污染物（VOCs）傳統的處理方法如吸收、吸附、冷凝和燃燒等，對于低濃度的VOCs很難實現，而光催化降解VOCs又存在催化劑容易失活的問題，利用低溫等離子體處理VOCs可以不受上述條件的限制，具有潛在的優勢。但由于等離子體是一門包含放電物理學、放電化學、化學反應工程學及真空技術等基礎學科之上的交叉學科。因此, 目前能成熟的掌握該技術的單位非常的少。大部分宣傳采用低溫等離子技術處理廢氣的宣傳都不是真正意義上的低溫等離子廢氣處理技術。
    是否是低溫等離子體處理技術的簡單判斷方法：
    現在，各傳媒上宣傳低溫等離子廢氣處理的產品和技術很多，可這些產品的宣傳大部分都是在炒低溫等離子體概念。如何判斷是否是真正意義上的低溫等離子體技術？可以用下面兩個簡單的規則來判斷，即使你不懂低溫等離子體技術也能判斷出是真是假。
    （1） 在廢氣處理的通道上必須充滿了低溫等離子體。這條規則判斷很簡單，只要用眼睛觀察一下處理通道是否充滿紫藍色的放電就可以直觀的了解是否是低溫等離子體了（需要注意的是不要將各種顏色的燈光當作電離子體放電）。如果在廢氣處理的通道上只零星的分布若干的放電點或線，則處理的效果是非常有限的，因為，大部分的（VOCs）氣體沒有進過低溫等離子體處理區域。
    （2） 低溫等離子體處理系統必須要有一定的放電處理功率。通常需要在2～5瓦時/米3。即1000米3/時的風量需要處理的電功率為2KW～5KW。如果號稱1000米3/時的風量只需要幾十或幾百瓦的電功率，則zui多也就是靜電（除塵）處理或局部處理而已。要想分解VOCs沒有一定的能量是不可能的。
    低溫等離子體處理設備的特點：
    1、工藝簡潔：低溫等離子體設備,操作簡單,方便.無需專人看管，遇故障自動停機報警。
    2、節能：低溫等離子體處理煙氣能耗低，運行費用低廉，2～5瓦時/米3。
    3、適應范圍廣：在-60℃~+300℃的環境內均可正常運轉,特別是在潮濕,甚至空氣濕度飽和的環境下仍可正常運行。
    4、設備使用壽命長：本設備由不銹鋼材，石英、鉬等材料組成，抗氧化性強，在酸性氣體中耐腐蝕。
    5、組合性強：低溫等離子體處理設備可以竄并聯混合應用。
    6、500～2000米3/時為一個溫等離子體處理裝置單元，一個單元用一個脈沖電源激勵。