PDF《等离子体技术应用于气相污染物治理综述》

2 等离子体于气相污染物治理中的应用 等离子体处理污染物的过程主要利用两种效 应: 一是粒子间碰撞及粒子与物相表面碰撞所产生 的热使污染物分子的化学键断裂;

二是离解过程中 自由基与污染物分子碰撞使污染物分子的化学键断 裂.前者主要是利用等离子体中的大量正负离子复 合过程所释放出的高热量来进行, 具有高温优势, 与 燃烧理论基本相似, 多用于有热量需要的固体污染 物热解、 气化、 融熔等过程;

后者常用于处理气、 液污 染物. 2.

1 机理非平衡等离子体使常规方法难以去除的气相污 染物得以转化分解的机理为: 非平衡等离子体中通 过突变电、 磁场获得具有极高化学活性的高能粒子

205 王承智等 等离子体技术应用于气相污染物治理综述 图1等离子体分类简图 表1等离子体中的主要反应类型 电子/ 分子反应 分解反应 合成反应 分子/ 原子反应 激发 e+ A2 A2 * + e 电子的 e+ AB A+ B+ e 电子的 e+ A A* + e 潘宁离解 M* + A2 2A+ M 离解 e+ A2 2A+ e 原子的 A* + B2 AB+ B 原子的 A* + B AB 潘宁电离 M* + A2 A2 + + M+ e 附着 e+ A2 A2 - A+ B AB 电荷转移 A ! + B B ! + A 离解吸附 e+ A2 A- + A 离子复合 A+ + B- AB 电离 e+ A2 A2 + + 2e 中性复合 A+ B+ M AB+ M 离解电离 e+ A2 A+ + A- + e 复合 e+ A2 + A2 离脱 e+ A2 - A2+ 2e 注: M 为荷电粒子;

A、 B 为不同的反应物种;

* 为被激发的活性粒子. ( 电子、 离子、 活性基团和激发态分子) 与气体分子、 原子发生非弹性碰撞, 将能量转换成基态分子、 原子 的内能, 发生激发、 离解、 电离等一系列过程使气体 处于活化状态, 以至很多需要很高活化能的化学反 应能够发生[ 1] .当电子能量较低( <

10 eV) 时, 产生 活性自由基, 活化后的污染物分子经过等离子体定 向链化学反应后被脱除.当电子平均能量超过污染 物分子化学键结合能时, 分子键断裂, 污染物分解. 其中可能发生的各化学反应类型如表

1 所示. 表1中所列各化学反应主要取决于电子的平均 能量、 电子密度、 气体温度、 污染气体分子浓度及共 存的气体成分[ 2] .研究表明, 等离子体分解气态污 染物可通过以下两种途径进行: ( 1) 高能级电子直接作用于污染物分子 e+ 污染物分子 各种碎片分子 ( 2) 高能级电子间接作用于污染物分子 e+ O2 ( N2 , H2 O) 2O( N, N* , OH) + 污染物 分子 中性分子 当非平衡等离子体电离度不高、 气体污染物的 浓度也不高时, 途径( 2) 成为主要反应;

当污染物浓 度较高时, 途径( 1) 作用不可忽视. 2.

2 应用代表性气相污染物主要有: 粉尘、 飘尘等可吸入 微粒物;

酸性气体污染物( SOX 、 HCl、 NOX 等) ;

挥发 性有机气体 VOCs;

汽车尾气及室内有害气体等. 主要来自于工业污染源、 生活污染源、 交通污染源. 2. 2.

1 粉尘、 飘尘的净化 工业废气中粉尘和飘尘以气态和气溶胶态悬浮 于空气中, 造成严重的大气环境污染, 其中粒径在 0. 1~ 5.

0 m 的颗粒对人体危害最大[ 3] .应用非平 衡等离子体技术可以对废气中颗粒物进行有效的清 除处理, 机理为: 通过非均匀放电( 电晕放电) 产生的 非平衡等离子体与废气中颗粒物相互碰撞并附着在 这些粒子上, 使之成为荷电粒子, 而为集尘电极所捕 集.处理过程分三个阶段: 第一阶段为 e + M M - ;