低温等离子体在废气处理中的应用

刘剑华

摘要：环境问题在当前社会发展中，已经成为了人们广泛关注的重点问题，因此低碳、绿色生活也渐渐融入到人们的日常生活中，科学技术的进步，使一些环保主义者将等离子技术直接运用到了废气处理工作中，并提出了废气处理工作的最新发展方向。针对低温等离子体在废气处理中的应用进行研究，简述了等离子体的概念与意义，帮助实现对废气的处理，维护生活环境，提高生活质量。

关键词：等离子体；低温等离子；废气处理

前言

等离子化学的研究，最初是在上世纪六十年代中被人们提出，并且这项学科在应用过程中，同时还涉及到了高能物理、放电物理、放电化学与工程学等多种学科，可以说是在学术界上的交叉学科；到了80年代之后，等离子对废弃污染的处理工作就成了环保人士共同研究的话题。地温等离子技术在污染的处理工作中，与其他技术相比，有着流程短、高效节能以及应用范围广等特点；同时等离子体作为污染处理工具，除了能够处理废气之外，还能针对当前出现水污染、白色污染和放射性污染等进行处理，因此在环保工作中，拥有者广泛的应用前景。

1.等离子体的概述

物体本身除了以固态、液态和气态的存在方式之外，等离子体已经成为了物体存在的第四种形态。而对于等离子本身而言，是以导电性流体的方式存在，其中主要包括了电子、离子、中性离子和自由基；而从自身带电性而言，则是保持着电中性。同时在等离子在运行过程中，按照自身带有粒子的温度，还可以将其分成热等离子体、热平衡等离子体以及非平衡等离子体或低温等离子三种。

2.低温等离子体的生成方式

对于这类等离子的生产，主要是依靠放电的方式，同时针对生成等离子的放电方式，还能够将其分为辉光放电、电晕放电和介质放电等多种形式。并且在这种形式下，想要准确获取低温等离子，还需要对当前气压也要做到一定的控制，通常情况下，需要将气压控制在低气压1.33×10-1到1×10-3Pa之间，只有满足了当前现状，才能保证电子从外面的磁场或电力场进来的时候，能够有足够的动力产生弹性碰撞，然后在用激发、电离等过程，从而获得了非平衡性等离子体，也就是低温等离子体[1]。如果将这项过程中所需要用到的气压增强到大于105Pa，呢么电子与分子之间将会发生弹性哦碰撞，并且还会导致电子本身温度将会与气体温度出现一致性，从而形成了热平衡等离子体。

由此可以了解到，想要能够在正常气压下获得等离子体，首先就要满足两个主要条件：第一点，要保证外界电场、磁场在获取低温等离子体时，只能针对气体中的电力来施加能量，并且还能在换短的时间内，迅速获得温度提升和自身加速，进而充入动能，这样一来，其他离子就只能够获得相对较低的能量，从而对空气的升温起到一定的抑制作用；第二点，则是需要外界的电场与磁场对电子施加更多的能量时间，同时对电场磁场施加的增量时间要能够远远小于对电子的能量施加时间，这样才能使气体的能量能够充分传导出去，以达到降低气体温度的目的。（见图1）

3.低温等离子对当前气态污染物的分解

在阶段的气态污染物被低温等离子分解的过程中，等离子本身所带有的高能电子发挥了至关重要的作用。例如：等离子中所带有的高能电子，在对气态污染进行分解时，会与污染气体中的气态分子或电子产生非弹性碰撞，并且还能将碰撞后的气态分子或电子能量转换成内能，然后在发生离解或电离等措施，让污染气体能够保持在活化状态[2]。当电子内部所性成的能量低于10ev的时候，污染气体就会在分子影响下，生成出带有活性的活化基将其进行有效活化，而在污染气体被活化之后，还会与等离子体产生顶线链化学反应，然后脱落，而当污染气体中的电子能量超出了该气体中的化学键时，就会使该气体分子链断裂，完成对污染气体的治理。同时，低温等离子体本身还能够根据所处环境不同，从而发生各种不一样的化学反应，这些反应主要取决与当前等离子体中本身所含电力的能量、质量、密度以及当前空气温度等。

4.低温等离子体在气体污染治理中的应用

4.1 提升对污染物的讲解率

低温等离子体在当前气体污染中有着广泛用途，并且还能在对气体污染进行消除、治理的基础上，做到节能减排、降低资源消耗。通常而言，低温等离子体对于废气和有害气体进行处理的过程中，所以消耗资源一般也不会超过2.8W·h/m3，因此可以称作当前气体污染治理的有效方法。此外，还能够通过对反应器的优化，实现整体操作参数明显提升的现状，并以此提高对污染气体所产生能量的有效使用率，然后在选择出与目前污染治理工作相符的化学添加剂与催化剂，从而更进一步提升污染气体能量再用率，降低污染气体治理工作中，对资源的消耗。（如图2）

例如：我国某一研究所在烟道气脱硫、脱销和整体除尘工作中，采用了脉冲电晕放电等离子方式，对整个烟道气进行降解处理。在这项工作中，所进入的气体为SO2，并且SO2的整体浓度为113.5 ～3324.6mg/m3，同时SO2自身所产生的分解率为82.4%～99.1%能量利用率为1.52～1.98kg/（kW- h）[3]。不仅如此，我国许多环保人士已开始着手于对低温等离子体在废气处理工作的研究，并根据当前研究结果发现，正脉冲在放电工作中，对氧化SO2的作用要远远大于负脉冲放电工作，并且在污染治理工作中，还能有效的对一些飛灰进行遏制，有助于污染气体脱硫，从而改善被污染气体。

4.2 处理装置的小型化、大型化

在未来的发展过程中，等离子技术的发展方向将会朝着两个方面进行，这两个方面分别是小型化处理装置和大型化处理装置。而这些装置在污染气体的处理工作过程中，对于那些浓度与流量相对较大的污染源，采用低温等离子技术能够有效实现对这些问题的处理和解决，尤其是在烟道气的除尘和降解工作中，但是就目前的整体发展，这项技术仅仅处于刚起步阶段，并不能将气体污染进行统一化处理。因此，工作人员和环境保护人员在面对污染气体进行处理时，需要就针对当前所受污染气体的主要成分与浓度进行专业性处理，而对于一些种类相对复杂、污染浓度降低的工业废气而言，则可以直接选用等离子技术进行处理工作，从而为小型化设备装置的工作提供更加宽阔的前景。

5.总结

在当前社会发展中，环境问题已经成为了阻碍当前发展过程中，而在这些环境污染的主要因素中，最难控制的便是气体污染。因此，许多环保人士为了能够对污染气体进行完善有效的治理，将低温等离子技术运用到了气体污染工作中，并且在对气体污染的治理工作中取得了优良成效。

参考文献：

[1]刘政.低温等离子体及其在机动车废气处理中的应用[J].生物技术世界，2015，（5）：168-168.

[2]张传来，杜海燕.低温等离子体及其在废气处理中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015，（22）：130-131

[3]杨茜，易红宏，唐晓龙，等.低温等离子体处理工业废气中甲苯的研究进展[J].安全与环境工程，2017，（1）：77-83.