低溫等離子體技術在環境工程中的研究進展

陸正盛

摘 要：隨著環境污染的越來越嚴重，國家不得不對環境的污染問題引起高度重視。低溫等離子技術是一種用來處理環境污染的高新技術。這種高新的技術融合了物理學、化學、生物、環境化學于一體的高新科學技術。這種技術在環境中的應用非常廣泛，能夠有效去除苯系列的，工業中的廢渣、廢氣、廢水等污染物。只有掌握好低溫等離子的空氣凈化原理，才能有效去除環境中的有機物氣體。

關鍵詞：低溫；等離子體；技術；環境工程；研究進展

引言

低溫等離子體是一種非平衡狀態的等離子體，在廢渣、廢氣、廢水等工業三廢的處理過程中，具有獨特的優勢。只有通過不同等離子體的放電種類和放電原理進行分析和比較，才能總結出不同的低溫等離子體在不同廢棄物中的處理優勢。

1 低溫等離子體概述

當電離氣體有著相等的正負電荷，電離度在千分之一以上時，就屬于等離子體。對于等離子體來說，它的組成部分有很多，其中就要包含離子、電子、光子、中性原子、自由基等等。如果正離子的電荷數同電子的電荷數是一樣的，那么，在整體上，呈現出來的就是電中性。同時，低溫等離子體的形態很特別，既不是氣態，也不是固態，更不是液態。在物質存在的形態里面，它屬于這三種形態之外的一種形態。等離子體的特點較為突出，包括：在導電方面具有較強的性能，作為導電流體來說是非常優秀的，有鑒于此，可以將其應用在磁流體發電方面；電離氣體在熱效應方面也有一些體現；等離子體既不是氣體、也不是固體、更不是液體，它是物質的第四種形態。低溫的等離子體含有電子、離子、自由基、激發態分子，呈現電中性，但是很容易與其他的物質發生反應，性質比較活潑，反應的速度較快。

2 離子體的分類

一般情況下，把離子體按照熱力學平衡的不同進行分類，可以分為高溫等離子體、低溫等離子體、熱等離子體等三種離子類型。高溫等離子體又叫做完全熱力學等離子體，低溫等離子體又叫非熱力學等離子體，熱等離子體又叫做局部熱力學平衡等離子體。低溫等離子體的表面溫度比較低，在實際的應用過程中，應用范圍非常的廣泛。低溫等離子體可以用來對半導體進行雕刻、可以對材料表面進行改性、可以對廢氣、廢水進行處理、制備臭氧等。

3 低溫等離子體的放電技術

3.1 放電類型

低溫等離子的放電技術主要是指在電場作用下使氣體電離，形成具有一定電導率的帶電氣體，氣體放電的類型主要有輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻放電、滑動電弧放電等五種基本的類型。氣體放電的具體形式是根據電場的參數決定。等離子體的形態不同，對應的直流伏安特性也不同。

3.2 輝光放電

輝光放電是屬于低氣壓發電的，輝光放電的本質就是等離子體能夠發光，放電本質就是原子或分子間的碰撞能夠產生可見光。輝光放電的能級要高于電暈放電。輝光放電的工作壓力非常低，構造的原理也非常的簡單，只要在封閉的容器里放置兩塊平行的電極板，使中性的原子和分子在電子的作用下由激發態向基態轉化，在轉化的過程中就會釋放出能量，發出可見光。輝光放電受到低氣壓的影響，在日常生活中不能廣泛應用。輝光放電分為兩種形式，一種是大氣壓輝光放電，一種是低氣壓輝光放電。大氣壓輝光放電與低氣壓輝光放電相比，低氣壓輝光放電成本較為高昂，大氣壓輝光放電生產成本和營運成本都比較低廉。因而，在生活中的適用范圍比較廣泛，可以采用輝光放電技術來制備臭氧、滅菌、消毒、進行空氣凈化、進行水處理等。

3.3 滑動電弧放電

滑動電弧放電是指電極上的電壓超過了最小的擊穿電壓，電壓越高，電子流過電場的時間越短。電極兩端的高電壓會使在電極間流動的氣體在電極最窄處被擊穿，電源擊穿后，就會以中等電壓提供強有力的能夠產生電弧的大電流，電弧熄滅后，重新起弧，周而復始，這種在兩個電極間產生電弧擊穿的通道放電的現象就叫做電弧放電。

3.4 低溫等離子體的介質阻擋放電

在兩個放電電極之間充滿氣體，并在電極上覆蓋絕緣物，在兩個電極上加上足夠大的電壓和電流，讓電極之間的氣體被擊穿而產生電流，電極之間的氣體是介質，讓這種介質放電，就是低溫等離子體的介質放電原理。放電的電荷會在阻擋介質表面積累，形成電場。在介質表面形成的是反向電場，影響了電荷的傳播，使這些電荷不能夠形成電流，大部分以微電的形式存在，介質放電原理的使用條件很寬裕，不需要真空的環境，只要在大氣壓條件下，或者高于大氣壓的條件下，都能夠產生介質放電。介質放電原理在汽車的尾氣處理、臭氧制備、溫室氣體處理、污染物氣體處理等方面應用十分廣泛。介質阻擋放電原理放電穩定、能效較高。

4 低溫等離子體技術在環境工程中的應用

4.1 低溫等離子技術可以對廢氣進行處理

隨著工業經濟的不斷快速迅猛發展，在石油、油漆、印刷、涂料中產生了大量的廢氣，這些揮發性的有機物氣體，隨風漂移，給環境帶來了嚴重污染。直接對人體的健康造成了危害。這些有機物氣體讓大氣逐漸惡化，形成了酸雨。二氧化碳的大量排放，是全球的氣溫變化的主要原因。這些有機物氣體的危害嚴重，已經引起了世界各個國家的關注。低溫等離子技術是一種可行的、經濟實惠的處理辦法。

汽車尾氣污染在全球都是引人關注的話題，汽車尾氣的排放物主要有氮氧化物、一氧化碳、黑煙顆粒等有機廢物，在汽車尾氣處理過程中，可以利用低溫等離子體介質阻擋放電原理將汽車的尾氣處理成氮氣、二氧化碳、水等沒有危害或者危害很小的有機物和無機物。低溫等離子體技術的應用可以有效去除廢氣物中的污染氣體。

4.2 低溫等離子體技術可以處理廢水

當前，水資源的污染嚴重是世界各個國家都普遍關注的話題，在水污染問題中，污染最為嚴重的是有機物的水污染問題，這些有機物的污染在水域環境中存在時間長、危害范圍大、危害的范圍廣、污染嚴重、污染物難以降解。

低溫等離子體的廢水處理技術是一種多種作用融于一體的處理技術，低溫等離子技術具有高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光分解等作用，低溫等離子體處理廢水技術研究表明，大分子物質可以降解為小分子物質，芳香類物質可以降解為有機酸。

低溫等離子體能夠對水污染中的有機物進行有效的降解，將有機物分解為危害比較小的有機物或者無機物。低溫等離子體中大量存在的高能電子將大分子有機物降解為小分子物質。目前，低溫等離子技術對污水的處理還處于試驗階段，各個專家都從各自的專業領域，證明了低溫等離子體降解污染物的有效性。低溫等離子體技術中的脈沖電暈放電可以有效降解燃料污染物中的酚酞物質。一般來講當脈沖峰值在38千伏時，只需要一分鐘左右，就可以將污染物中難以降解的物質完全脫色。

4.3 低溫等離子體在臭氧制備方面的應用

臭氧在日常生活中的應用很廣泛，臭氧具有強氧化性，是一種強氧化劑，能夠加速其他物質反應，提高其他物質的反應速率，是一種催化劑。臭氧還能使其他物質脫色，常用來作為脫色劑。臭氧能夠去除空氣中的臭味，可以作為除臭劑。

低溫等離子體制備臭氧的技術應用很廣泛，臭氧制備器就是采用低溫等離子體技術的放電原理來制備臭氧的，但是低溫等離子體制備臭氧的反應發生器的費用較高，在工業的制備臭氧的應用上受到了限制。

5 結束語

低溫等離子體技術在環境工程中的應用十分廣泛，目前，低溫等離子技術還處于試驗階段，要加快低溫等離子體技術的發展，利用低溫等離子體技術處理環境污染。低溫等離子體技術是一種新的技術，這種技術的投入必將提高企業的生產能力。

參考文獻

[1]鄭光，趙忠林，王祖兵.低溫等離子體技術去除作業環境中苯系物氣體的研究進展[J].職業衛生與應急救援，2015，02：92-95.