廢氣處理低溫等離子體形成過程及發(fā)生技術

 

在咱們常見的有機廢氣處理設備里邊，低溫等離子體也是較為常見的一種設備之一，為您簡略介紹一下低溫等離子體的形成過程及發(fā)生技術。

 

1.低溫等離子體形成過程

低溫等離子體在形成過程中，其電子能量可到達1～20eV(11600～250000K)，因而，其具有較高的化學反響活性。低溫等離子體在剩余化學反響的過程從時間標準可分為以下幾個過程。

①***步是皮秒級的電子躍遷，電子從基態(tài)躍遷到激起態(tài)。

②***二步發(fā)生在納秒級標準。不同能量溫度狀況的電子經過旋轉激起、振蕩激起、離解和電離等非彈性磕碰方法將內能傳遞給氣體分子后，一部分以熱量的方法散發(fā)掉，另一部分則用于發(fā)生自由基等活性離子。

③在形成自由基活性離子后，自由基及正負離子間會引發(fā)線性或非線性鏈反響，該反響發(fā)生在微秒級標準。

④終究，是由鏈反響導致的毫秒到秒量級的分子間發(fā)生熱化學反響。

 

低溫等離子體對VOCs廢氣處理時，其***要的反響過程與之前所述共同。***先是高能電子與分子間磕碰反響引發(fā)活性自由基，然后，自由基會與有機氣體分子結合反響，到達凈化氣體的意圖。低溫等離子體凈化VOCs的效果機理依據方針污染物的差異而不同。鹵代烴分子具有較強的極性，具有較強的吸電子才能，因而，其易遭到高能電子的進犯而降解;烴類VOCs化學性質相對活浚，其易與自由基結合而發(fā)生化學反響，但在高壓放電過程中進行的化學反響***要是離子反響。反響的終究產品也因反響條件不同而異。在高溫、高能量密度環(huán)境下處理低濃度有機氣體時，氧化反響起到主導效果，終究的產品***要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機氣體時，生成產品的中心體更簡單發(fā)生鏈加成反響而生成固態(tài)或許液態(tài)的有機物。因而，在VOCs廢氣處理過程中，經過相關技術操控反響條件，關于VOCs的處理至關重要。

 

2. 低溫等離子體發(fā)生技術

在不同的鼓勵電壓波形下，反響器發(fā)生不同的放電方法。低溫等離子體發(fā)生技術依據反響器類型***要分為電暈、沿面、介質阻撓等幾種方法。在管理多組分VOCs污染氣體時一般選用多種放電方法相結合的方法， Mizuno等研討選用毛細玻璃石英管和Al2O2球顆粒模仿蜂窩催化劑，經過交、直流電耦合的方法，證明可在催化劑外表發(fā)生***面積的等離子體，為凈化汽車尾氣供給了方向與依據。***要的放電技術簡述如下。

(1)電暈放電

①直流電暈放電在空氣中直流電暈放電有流光與輝光兩種方法。當電子躍遷發(fā)生的空間電荷誘導形成場強與外部施加電場的場強在同一數量級時，則形成流光電暈。形成的流光等離子體向場強增強的方向運動。據理論核算，流光等離子體在傳插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場強一般維持在100～200kV/cm，遠***于外部施加電場發(fā)生的自由基等活性質。在流光等離子體發(fā)生過程中，需求施加一***定強度的外部電場以發(fā)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能貫穿于凹凸壓電極之間，影響放電區(qū)域的巨細。

關于直流高壓鼓勵的等離子體體系，因為電壓的改變速度很低，因而難以得到一個使流光通道形成的峰值場強。在這種情況下，放電設備會形成以離子電流為主的輝光電暈。輝光電暈的放電區(qū)域僅限制在高壓電極鄰近，在整個電場內發(fā)生的自由基較少，不利于氧化VOCs氣體。因而，該技術***要運用在電除塵范疇。有研討發(fā)現空氣中摻雜一定量的二氧化碳會使輝光電暈向流光電暈改變。但該過程極易遭到流場散布、氣體成分和電極結構的影響，在實踐運用中很難操控放電方法的改變。

 

②脈沖電暈放電脈沖電暈放電體系中***要選用納秒級脈沖供電體系，體系的放電功率***要遭到開關功能、電源與反響器的匹配性等要素的影響。一般來說，現在常用的開關有火花開關、磁緊縮開關和固體開關。開關的挑選一般應***先考慮價格成本低、阻抗小、耐受電壓性***、運用壽數長的開關。一起，也要對反響器進行精細規(guī)劃，使其與電源進行合理匹配，這樣將極***地進步能量從電源到負載的傳輸功率、延伸開關的運用壽數。

③交直流疊加流光放電交直流疊加流光放電體系過電壓遠小于納秒短脈沖，流光***性也依據過電壓體系凹凸有較***不同。在其放電區(qū)域存在約20％的離子電流，可以一起凈化有機氣體和搜集細顆粒物。圖9-3所示為典型的交直流疊加供電電源及相應電壓波形圖。溝通電源與直流電源經過一個***電容耦合發(fā)生AC/DC電壓波形。這種電源運轉的峰值電壓挨近閃絡值時，オ會得到較***的等離子體注入功率。偶爾的閃絡會使耦合電容向反響器瞬間放電，形成耦合失利。此外，因為流光AC/DC等離子體是以自我克制放電的方法從高壓電極隨機發(fā)生，電暈電流遠小于納秒短脈沖的供電方法，因而一般單脈沖能量較低。

(2)沿面放電沿面放電反響器的結構主體為細密的陶瓷材料，在陶瓷內部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側的沿面上安置導電條作為高壓電極，另一側作為反響器的散熱面。在中、高頻電壓效果下，電流從放電極沿陶瓷沿面延伸，在陶瓷沿面形成許多纖細的流注通道，進行放電，使氣態(tài)污染物反響降解。20世紀90年代，日本科學家***先在世界上研發(fā)出了***的“陶瓷沿面放電技術”，此技術不只使氣體放電面積增***，一起電極溫度也較低，

然后******延伸了其運用的壽數。***氣壓下的沿面放電有著很***的工業(yè)運用遠景，關于甲苯、丙、氯氟烴等有機廢氣處理效果較***，合適處理CHCl3和CFC-11等難降解有機物。

 

 

典型的電源及其電壓波形

 

(3)介質阻撓放電。介質阻撓放電法是一種高氣壓下的非平衡放電過程，可以在高氣壓和寬頻范圍內作業(yè)，電極結構的規(guī)劃方法多種多樣。其作業(yè)原理是***先在兩個放電電極間的孔隙間充溢作業(yè)氣體，并將部分電極用***緣材料掩蓋。其次，將介質直接懸掛在放電空間中心，或用介質填滿放電空間，當兩個電極間施加足夠高的溝通電壓時，電極間的污染物會被擊穿而發(fā)生放電，然后形成了介質阻撓放電。該過程中會發(fā)生很多的羥基自由基、氧自由基等活性自由基，它們的化學性質十分活潑，很簡單和其他原子、分子或其他自由基發(fā)生反響而形成安穩(wěn)的原子或分子，從而使用其處理VOCs氣體。 Chang等報導了使用介質阻撓放電體系，在氣體停留時間為10s左右，操作電壓為18kV，初始濃度為147mg/m3的條件下，體系關于甲醛的去除率為90％。在操作電壓為19kV，甲醛濃度為134mg/m3時，對甲醛的去除率可高達97％。

廢氣處理低溫等離子