环境工程中的低温等离子体技术分析与研究

李 欣

河北柏特环境检测有限公司

环境工程中的低温等离子体技术分析与研究

李 欣

河北柏特环境检测有限公司

低温等离子体技术属于现代高新技术，其中低温等离子体包含电子与离子等多种成分，电子和离子之间存在显著的反应活性，能够让常规条件下无法开展或速度缓慢的化学反应高效进行。本文首先对低温等离子体技术进行简析，然后其在环境工程的实际应用。

低温等离子体；技术；环境工程

1 近几年，工业大力发展，与此同时，还带来了巨大的环境污染，这对人类生存和社会发展产生了一定的影响，研究污染物排放控制，探究最新转化手段已成为每一个环境工作人员的主要工作目标

低温等离子体这项技术不仅适用性高，而且耗能少，目前，其在环境污染处理中得到了一定的应用，并成为主要探究内容。因此，本文关于这项技术的研究具有重要的参考价值。

2 低温等离子体技术简析

2.1 内涵和主要特点

等离子体主要指代电离度高于0.1%，自身正负电荷一样的电离气体，主要包含电子、离子与激发态原子等多个部分，电子与正离子电荷数一样，在整体层面呈现电中性，区别于常规的三态，属于第四种形态，基本特征为：带电粒子内部无净库仑力；属于优良、理想的导电流体，借助这一特性完成了磁流体发电；带电离子内部不存在净磁力；电离气体存在热效应。

依照体系能量状态以及离子密度，能够把等离子体划分成高温与低温等离子体，其中前者电离度近乎为1，每一种离子温度大致相同，其体系处在热力学平衡，通常应用在受控热核反应探索问题上；后者每一种离子温度存在差异，电子温度高出离子温度，且系统处在热力学非平衡情况，从宏观层面而言，体系温度偏低，其中气体放电形成的等离子体均归属此类型，它和现代工业生产十分紧密。

2.2 污染物去除机理

污染物去除机理是：基于外加电场，介质放电形成的携能电子对污染物分子产生轰击，致使出现电离与解离等反应，随后发生不同的反应，致使繁琐大分子污染物成为结构简单、且安全系数较高的小分子物质，以此来降解污染物。由于电离后形成的电子平均能量为5ev左右，合理调控反应条件能够达到常规条件下无法进行或速度迟缓的化学反应。简单来说，等离子技术在环境污染处理问题上具有显著优势，并得到了国内外的普遍关注。

3 低温等离子体技术在环境工程领域的实际应用

3.1 在废气处理过程的应用

常规气态污染物主要包含酸性无机与有机等不同的有害气体。其中酸性无机物，一般是通过等离子体形成的氧化自由基和硫氧化物、氮氧化物进行反应，基于氨气或者水形成硫酸盐，进而转换为无害物质。经由长期的探索研究可知，催化剂在降解与消除有害气体中发挥着巨大作用。而有机污染物通常是借助等离子体形成的高能电子和VOC分子出现碰撞，将其激发至更高能级，产生激发态分子，其内能加大，致使化学键断裂，产生活性物，同时，和其它物质一起作用，形成二氧化碳、小分子化合物以及水。竹涛等若干人借助等离子体子，辅以纳米技术处理甲苯，分析了各个电场强度条件和填料情形中的甲苯降解，最终结果表明当电场强度处于14.3kv/cm时，则包含纳米催化剂的相关填料进行填充操作，对应的降解率能够达到95%，较为理想。

3.2 在臭氧合成过程的应用

臭氧属于强氧化剂和催化剂，能够应用在水的深层处理中，还可用于造纸浆漂白，其市场前景一片光明。臭氧合成与实际应用为等离子体的代表性实例，且介质阻挡放电为臭氧的主要生成手段。近些年，在臭氧发生器专业知识与实践活动中进行的探索指出，臭氧发生器的基本发展走向为：高介电常数、狭小的放电间隙、理想的运动功能、不显著的运行电压、突出的电晕功率与优良的冷却系统。

3.3 在汽车废气方面的应用

汽车尾气污染属于全球性问题，汽车主要排放氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物与黑粒，上述物质都是城区的基本大气污染物。通过介质阻挡放电形成的活性物，辅以催化剂，能够把汽车尾气内部的一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物进行还原，还可将其解离成无害成分，不仅能够去除黑烟，而且能够脱掉一氧化碳和氮氧化合物，减少尾气处理成本。利用进行一定改良的粉煤灰小球充当催化剂，可大大改善污染物去除效果，并可提升汽车尾气治理水平。

3.4 在废水处理过程的应用

等离子技术集电子辐射、紫外光分解反应和臭氧氧化这三种反应于一身，可促进有机物降解。我国利用脉冲降解来处理有机废水的探索工作最早着手于1996年，其中李胜利等人借助该技术面向2B水溶液实施了直接处理操作，研究结果表明通过高压毫微秒脉冲对印染废水进行处理，可把燃料大分子转换为小分子，同时，在处理时间充足的条件下，还可把燃料分子内部的芳香类物质变成有机酸，这表明放电可破坏燃料分子，并具有生物降解功效。

3.5 在工业化层面的应用

等离子体技术属于高新技术，是现下国内外探索的主要议题。早在上世纪中期便已着手探索等离子体化学内容，直至中后期，开始着手利用该技术处理一系列环境问题。然而，大部分研究仅仅停留在理论层面，有些处于中试阶段，只有很少一部分进入了商业化阶段。截止到当前，国内并不存在工业化相关处理设备，仅仅瑞士在低温等离子体中实现了商业应用，研究出较多的商业化产品，同时应用在环境污染治理问题上，主要包含下述几个应用领域：臭气消除、空气净化、废气内低浓度溶剂消除、过滤有毒物质。

4 结语

低温等离子技术填补了传统方式的空白，反应条件和常压较为接近，且处理结果真实、可靠，不存在二次污染，成本低，结构简单，具有良好的发展前景。现下相关研究正处在实验室探索时期，为改善低温等离子体技术，推进工业化进程，在未来应向降解污染物等更深层次展开研究。

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