廢氣處理低溫等離子體形成過程（chéng）及發生（shēng）技術

在我（wǒ）們常見的有機廢氣處理設備裏麵，低溫等離子體也是較為常見的一種設備之一，小編來為您簡單（dān）介紹一下低溫等離（lí）子體的形成過程及發生技術。
1.低溫等離子體形成（chéng）過程
低溫等離子體在形成過程中，其電子能量可達到1～20eV(11600～250000K)，因此，其具有較高的化學反應活性。低溫等離子體在殘餘化學反應（yīng）的過程從時（shí）間（jiān）尺度（dù）可分為以下幾個過程，對應的示意圖見圖9-2。
①第一步是皮秒級的（de）電子躍遷，電（diàn）子從基態躍遷到激發態。
②第二步發生（shēng）在納秒級尺度。不同能量溫度狀態（tài）的電子通過旋轉激發（fā）、振動（dòng）激發、離解和電離等非彈性碰撞形式將（jiāng）內能傳遞給氣體分子後，一部分以熱量的形（xíng）式散發掉，另（lìng）一部分則用於產生自（zì）由基（jī）等活性離子。
③在（zài）形成自由基活性離子後，自由基及正負離子間（jiān）會引發（fā）線性或非線性鏈反應，該反應發生在微秒級尺度。
④最後，是（shì）由（yóu）鏈反應導致的毫秒到秒量級的分子間發生熱化學反應。

低溫等離子體對VOCs廢氣處理時，其主要的反應進程與之前所述一致。首（shǒu）先是高能電子與分子間碰撞反應引發活性自由基，而後，自由基會與有機氣體分子結合反應，達到淨化氣（qì）體的目的。低溫等離子體（tǐ）淨化VOCs的作用機理根據目標汙染（rǎn）物（wù）的差異而不同。鹵代烴分子具有較強的極性，具有較強的吸電子能力，因此，其（qí）易（yì）受到高能電子的攻擊而降解;烴類VOCs化學性質相對（duì）活浚，其易與自由基結合而發生化學（xué）反應，但在（zài）高壓放電過程中進行的化學反應主（zhǔ）要（yào）是（shì）離子反應。反應的最終產物也因反應條（tiáo）件不同而（ér）異。在（zài）高溫、高能量密度環境下處理低濃度有機氣體（tǐ）時，氧化反應起到主導作用，最終的產物主要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機氣體（tǐ）時，生成產物（wù）的中間體更容易發生鏈加成反應而生成固態或者液態的有機（jī）物。因此，在VOCs廢氣處理（lǐ）過程中，通過相關技術控製反應條件，對（duì）於VOCs的處理至關重要。

2. 低溫等離子體發生技術
在不同的（de）激勵電壓波形下，反應器產生不同的放電模式。低溫等離子體發（fā）生技術根據反應器類型主（zhǔ）要分為電暈、沿麵、介質阻擋等幾種形式（shì）。在治理多組分VOCs汙染氣體時通常采用多種放電方式相結合的方（fāng）式， Mizuno等研究采用毛細玻璃石英管和Al2O2球顆粒模擬蜂窩催化劑，通過交、直流電（diàn）耦合的形式，證明可在催化劑表麵產生大麵積的等離子體，為淨化汽車尾氣提供了方向與依據。主要的放（fàng）電技術簡述如下。
(1)電（diàn）暈放電
①直流電暈放電在空氣中直流電暈放電有流光與（yǔ）輝光兩種形式。當電子（zǐ）躍遷產生的空間電荷誘導形成場強與外部施加電場的（de）場強在（zài）同一數量級時，則形成流光電（diàn）暈。形成的流光等（děng）離子體向場強增強的方向運動。據理論（lùn）計算（suàn），流光等離子（zǐ）體在傳插過程（chéng）中速度在（zài）(0.5～2)106m/s;其頭部（bù）的場強通常維持在100～200kV/cm，遠大於外（wài）部施加（jiā）電場產生的自由基等活性子。在流光（guāng）等離子體產生過（guò）程中，需要施加一特定強度的外部電場以（yǐ）產生長距離流光通道。電場場強不能過低，場強過低會使流光不（bú）能貫穿於高低壓（yā）電極之間，影響（xiǎng）放電區域的大小。
對（duì）於直（zhí）流（liú）高壓激勵的等（děng）離子體係統，由於電壓的變化速度很低，因（yīn）此難以得到一個使流光通道形成的峰值場強。在這種情況下，放電裝置會形成以離子電流為主的輝光電暈。輝光電暈的放電區域僅局（jú）限在高壓電極附近，在整個電場內產生的自由基較（jiào）少（shǎo），不利於氧化VOCs氣體。因此，該技術主要（yào）應用在電除塵領域（yù）。有（yǒu）研究發現空氣中摻雜一定量的二氧化（huà）碳會使輝光（guāng）電暈向流光（guāng）電暈轉變。但該過程極易受到流場分布、氣體（tǐ）成分和電極結構的影（yǐng）響，在（zài）實際應用中很難控製（zhì）放（fàng）電模式的變化。

②脈衝電暈（yūn）放電脈衝電暈放電（diàn）係（xì）統中主（zhǔ）要采用納秒級脈衝供電係統，係統的放電效率主要受到開關性能、電源與反應器的匹（pǐ）配性等因素的影響。一（yī）般而言，目（mù）前常用的開關有火花開關、磁壓縮開關和固體開關。開關的選（xuǎn）擇一般應（yīng）優先（xiān）考慮價格成本（běn）低、阻抗小、耐受電壓性好、使用壽命長的開關。同時，也要對反應器進行精密設計，使其與電源進行合理匹配，這樣將極大地提高（gāo）能量從電（diàn）源到負載的傳輸效率、延長開關的（de）使用壽命。
③交直流疊加流光放電（diàn）交直流疊加流光放電係統過電壓遠小（xiǎo）於納秒短脈衝，流（liú）光（guāng）特（tè）性也根據過電壓係統高低有（yǒu）較大差別。在其放電區域存（cún）在約20％的離子電流，能夠同時淨化有機氣體（tǐ）和收集細顆粒物。圖9-3所示為典型的交直流疊加（jiā）供電電源及相應電壓（yā）波形圖。交流電源（yuán）與直流電源通過（guò）一個大電容耦（ǒu）合產生（shēng）AC/DC電壓波形。這種電源（yuán）運（yùn）行的峰值電壓接近閃絡值時，オ會得到較大的等離子體注入功（gōng）率。偶然的（de）閃絡會使耦合電容向反應（yīng）器（qì）瞬間放電，造成耦合失敗（bài）。此外，由（yóu）於流光AC/DC等離子體是以自持放電的形（xíng）式（shì）從高壓電極（jí）隨機產生（shēng），電暈電流遠小於納秒短脈衝的供電方式，因此一般單脈衝（chōng）能量較（jiào）低。
(2)沿麵放（fàng）電（diàn）沿麵放電反應（yīng）器的結構主體為致密的（de）陶瓷材料，在陶瓷內部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側的沿麵上布置導（dǎo）電條作為（wéi）高壓電極，另一側作為反應器的散熱麵。在中、高頻電壓作用下（xià），電流從放電極沿陶瓷沿麵延伸，在陶瓷沿麵形（xíng）成許多（duō）細微的流（liú）注通道，進行放電，使氣態汙染物反（fǎn）應降（jiàng）解。20世紀90年代，日本科學家首（shǒu）先在世界上研製出（chū）了最先進的“陶瓷沿麵放電技術”，此技（jì）術不僅使氣體放電麵積增大（dà），同時（shí）電（diàn）極溫度也較低，
從而大大延長了其使（shǐ）用的壽命（mìng）。大氣壓下的沿麵放電有著很好的工業應用前景，對於甲苯、丙、氯氟烴等有機廢氣（qì）處理效果較好，適合處理CHCl3和CFC-11等難降解有機物。

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