低溫等離子體在廢氣處理中的應用

劉劍華

摘要：環境問題在當前社會發展中，已經成為了人們廣泛關注的重點問題，因此低碳、綠色生活也漸漸融入到人們的日常生活中，科學技術的進步，使一些環保主義者將等離子技術直接運用到了廢氣處理工作中，并提出了廢氣處理工作的最新發展方向。針對低溫等離子體在廢氣處理中的應用進行研究，簡述了等離子體的概念與意義，幫助實現對廢氣的處理，維護生活環境，提高生活質量。

關鍵詞：等離子體；低溫等離子；廢氣處理

前言

等離子化學的研究，最初是在上世紀六十年代中被人們提出，并且這項學科在應用過程中，同時還涉及到了高能物理、放電物理、放電化學與工程學等多種學科，可以說是在學術界上的交叉學科；到了80年代之后，等離子對廢棄污染的處理工作就成了環保人士共同研究的話題。地溫等離子技術在污染的處理工作中，與其他技術相比，有著流程短、高效節能以及應用范圍廣等特點；同時等離子體作為污染處理工具，除了能夠處理廢氣之外，還能針對當前出現水污染、白色污染和放射性污染等進行處理，因此在環保工作中，擁有者廣泛的應用前景。

1.等離子體的概述

物體本身除了以固態、液態和氣態的存在方式之外，等離子體已經成為了物體存在的第四種形態。而對于等離子本身而言，是以導電性流體的方式存在，其中主要包括了電子、離子、中性離子和自由基；而從自身帶電性而言，則是保持著電中性。同時在等離子在運行過程中，按照自身帶有粒子的溫度，還可以將其分成熱等離子體、熱平衡等離子體以及非平衡等離子體或低溫等離子三種。

2.低溫等離子體的生成方式

對于這類等離子的生產，主要是依靠放電的方式，同時針對生成等離子的放電方式，還能夠將其分為輝光放電、電暈放電和介質放電等多種形式。并且在這種形式下，想要準確獲取低溫等離子，還需要對當前氣壓也要做到一定的控制，通常情況下，需要將氣壓控制在低氣壓1.33×10-1到1×10-3Pa之間，只有滿足了當前現狀，才能保證電子從外面的磁場或電力場進來的時候，能夠有足夠的動力產生彈性碰撞，然后在用激發、電離等過程，從而獲得了非平衡性等離子體，也就是低溫等離子體[1]。如果將這項過程中所需要用到的氣壓增強到大于105Pa，呢么電子與分子之間將會發生彈性哦碰撞，并且還會導致電子本身溫度將會與氣體溫度出現一致性，從而形成了熱平衡等離子體。

由此可以了解到，想要能夠在正常氣壓下獲得等離子體，首先就要滿足兩個主要條件：第一點，要保證外界電場、磁場在獲取低溫等離子體時，只能針對氣體中的電力來施加能量，并且還能在換短的時間內，迅速獲得溫度提升和自身加速，進而充入動能，這樣一來，其他離子就只能夠獲得相對較低的能量，從而對空氣的升溫起到一定的抑制作用；第二點，則是需要外界的電場與磁場對電子施加更多的能量時間，同時對電場磁場施加的增量時間要能夠遠遠小于對電子的能量施加時間，這樣才能使氣體的能量能夠充分傳導出去，以達到降低氣體溫度的目的。（見圖1）

3.低溫等離子對當前氣態污染物的分解

在階段的氣態污染物被低溫等離子分解的過程中，等離子本身所帶有的高能電子發揮了至關重要的作用。例如：等離子中所帶有的高能電子，在對氣態污染進行分解時，會與污染氣體中的氣態分子或電子產生非彈性碰撞，并且還能將碰撞后的氣態分子或電子能量轉換成內能，然后在發生離解或電離等措施，讓污染氣體能夠保持在活化狀態[2]。當電子內部所性成的能量低于10ev的時候，污染氣體就會在分子影響下，生成出帶有活性的活化基將其進行有效活化，而在污染氣體被活化之后，還會與等離子體產生頂線鏈化學反應，然后脫落，而當污染氣體中的電子能量超出了該氣體中的化學鍵時，就會使該氣體分子鏈斷裂，完成對污染氣體的治理。同時，低溫等離子體本身還能夠根據所處環境不同，從而發生各種不一樣的化學反應，這些反應主要取決與當前等離子體中本身所含電力的能量、質量、密度以及當前空氣溫度等。

4.低溫等離子體在氣體污染治理中的應用

4.1 提升對污染物的講解率

低溫等離子體在當前氣體污染中有著廣泛用途，并且還能在對氣體污染進行消除、治理的基礎上，做到節能減排、降低資源消耗。通常而言，低溫等離子體對于廢氣和有害氣體進行處理的過程中，所以消耗資源一般也不會超過2.8W·h/m3，因此可以稱作當前氣體污染治理的有效方法。此外，還能夠通過對反應器的優化，實現整體操作參數明顯提升的現狀，并以此提高對污染氣體所產生能量的有效使用率，然后在選擇出與目前污染治理工作相符的化學添加劑與催化劑，從而更進一步提升污染氣體能量再用率，降低污染氣體治理工作中，對資源的消耗。（如圖2）

例如：我國某一研究所在煙道氣脫硫、脫銷和整體除塵工作中，采用了脈沖電暈放電等離子方式，對整個煙道氣進行降解處理。在這項工作中，所進入的氣體為SO2，并且SO2的整體濃度為113.5 ～3324.6mg/m3，同時SO2自身所產生的分解率為82.4%～99.1%能量利用率為1.52～1.98kg/（kW- h）[3]。不僅如此，我國許多環保人士已開始著手于對低溫等離子體在廢氣處理工作的研究，并根據當前研究結果發現，正脈沖在放電工作中，對氧化SO2的作用要遠遠大于負脈沖放電工作，并且在污染治理工作中，還能有效的對一些飛灰進行遏制，有助于污染氣體脫硫，從而改善被污染氣體。

4.2 處理裝置的小型化、大型化

在未來的發展過程中，等離子技術的發展方向將會朝著兩個方面進行，這兩個方面分別是小型化處理裝置和大型化處理裝置。而這些裝置在污染氣體的處理工作過程中，對于那些濃度與流量相對較大的污染源，采用低溫等離子技術能夠有效實現對這些問題的處理和解決，尤其是在煙道氣的除塵和降解工作中，但是就目前的整體發展，這項技術僅僅處于剛起步階段，并不能將氣體污染進行統一化處理。因此，工作人員和環境保護人員在面對污染氣體進行處理時，需要就針對當前所受污染氣體的主要成分與濃度進行專業性處理，而對于一些種類相對復雜、污染濃度降低的工業廢氣而言，則可以直接選用等離子技術進行處理工作，從而為小型化設備裝置的工作提供更加寬闊的前景。

5.總結

在當前社會發展中，環境問題已經成為了阻礙當前發展過程中，而在這些環境污染的主要因素中，最難控制的便是氣體污染。因此，許多環保人士為了能夠對污染氣體進行完善有效的治理，將低溫等離子技術運用到了氣體污染工作中，并且在對氣體污染的治理工作中取得了優良成效。

參考文獻：

[1]劉政.低溫等離子體及其在機動車廢氣處理中的應用[J].生物技術世界，2015，（5）：168-168.

[2]張傳來，杜海燕.低溫等離子體及其在廢氣處理中的應用[J].城市建設理論研究：電子版，2015，（22）：130-131

[3]楊茜，易紅宏，唐曉龍，等.低溫等離子體處理工業廢氣中甲苯的研究進展[J].安全與環境工程，2017，（1）：77-83.