等離子體技術在大氣污染治理中的應用研究

王剛

摘要：隨著工業技術的飛速發展，工業生產廢氣的種類和數量快速增長。就目前我國的大氣污染治理現狀來看，傳統的物理化學方法已經難以符合城市污水處理的需求。這時候，一種全新的技術即等離子技術在大氣污染治理方面得到了較為廣泛的應用。這種技術具有二次污染較小、能耗較低和效率高的優點。另外，由于該技術能夠加快化學反應速率，使大氣污染物得到徹底分解，所以該技術的治理效果是較好的。本文首先闡述了等離子技術的特性，并就等離子體技術在大氣污染治理中的具體應用進行分析，說明該技術在大氣污染治理中具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：等離子體技術；大氣污染治理；應用

1.等離子體的特性分析

等離子體叫做電漿，它是一種離子化氣體狀物質，其最為突出的特點就是電子溫度非常高。正因為如此，它能夠使氣體狀態的物質離子化。通過對等離子體進行觀察，不難發現其能夠通過裂解得到大量激發狀態的粒子。這些粒子的主要特征是活性很高。通過這些粒子的能量，可以打斷很多物質的化學鍵，從而達到對物質化學環境破壞的目的。不僅如此，高活性粒子在200-500攝氏度之間可以生成一些環境親和性較好的物質。通過對這些新物質進行分析，可知耐磨性和電學特性比較特殊。鑒于此，等離子體就可以應用于有機污染物或無機污染物的轉化過程中。等離子體一般可以分為兩種，一種是熱力學平衡的等離子體，這種等離子體的溫度較高，且電子溫度與離子溫度一樣。另外一種是非平衡態的等離子體，這種等離子體的溫度較低。

2.等離子體技術在治理大氣污染方面的應用

通過對大氣中的主要污染物進行分析，可知其主要有九類污染物。如硫氧化物、碳氧化物、多環芳烴、含鹵化合物以及一些放射性物質等。上文已經講到，等離子體的溫度高、能量密度大，所以能夠產生大量活性物質，從而對污染物的化學鍵進行破壞。這種破壞作用是一般的物理和化學反應所達不到的，通過等離子體，大氣中的污染物能夠得到更為徹底的分解，從而使污染物分解為對環境友好的物質。那么，等離子體技術在治理大氣污染方面的應用主要有哪些方面呢？筆者接下來進行具體闡述。

2.1等離子體脫硫脫氮技術

等離子體脫硫技術首次使用始于上個世紀的70年代，這種技術目前在全球得到了大規模商業化應用。等離子體脫硫技術對于二氧化硫和酸雨的控制起到了重要作用。煙氣脫硫在控制二氧化硫的過程中的作用是我們有目共睹的。煙氣脫硫技術包括濕法、干法和硫氮聯脫法法等，這些方法在美國和日本等發達國家得到了較為廣泛的使用。目前，在我國的應用范圍較小。

2.1.1電子束照射法

電子束照射法通過借助電子加速器產生高能電子束，然后對煙氣進行輻照，使其產生活性物質，促進分子之間發生化學反應。在這個過程中，煙氣是通過靜電除塵后進入噴霧冷卻塔的。冷卻水通過塔頂噴射出來，最終落到塔底部，在到達塔底部之前蒸發氣化。然后，把煙氣冷卻至其飽和溫度，最后煙氣進入反應器，通過電子束加速器進行高能電子照射。通過對整個過程進行分析可得知，電子束中相當比例的能量被吸收了，產生了較多的離子和自由基以及一些活性物質，NOX被氧化為了硝酸。

2.1.2等離子體氧化兼非催化還原法

這種方法需要借助還原劑，借助等離子體發生放電反應，最終達到除去廢氣中有害物質的目的。這種反應會使用到反應器特殊的電極結構，電極結構的尖端會有放大電場產生。在反應器中，廢氣與還原劑發生接觸，在等離子體的作用下，SO2被除掉。在這個過程中，還原劑的主要作用是增強臨界狀態低于1eV激發能量的反應。

2.2等離子體降解揮發性有機化合物

在大氣污染物中，除了二氧化硫和氮氧化物而具有污染性和毒性之外，揮發性的有機化合物也是大氣污染物的重要組成之一。揮發性有機化合物的種類非常多，毒性較強，能夠對人體產生危害。除此之外，很多揮發性有機化合物還是城市光化學煙霧產生的元兇。該物質有較大的幾率對臭氧層產生破壞作用，最終導致溫室效應的產生。目前，就全球有機廢氣的污染情況來，這種污染已經受到了各國的重視。在最近幾年，關于等離子體去除有機污染物的研究一度成為熱點。低溫等離子體可以將大氣中的揮發性有機物除去，最終得到的降解物大部分成分是二氧化碳和水。日本關于靜電消除后飛灰中揮發性有機物的變化的研究表明，本為絕緣體的空氣可以被離子化，產生的離子會發生電極運動，電極運動的方向為場強較小的方向，在電荷遷移的過程中，VOC離子化得以實現。另外，在針尖處，往往會產生很強的場強，還會有高溫高速電子產生。在針尖富集，VOC分子被分解。通過日本進行的這項實驗可以知道，通過表面脈沖放電技術，可以去除飛灰中的有機毒性物質。

2.3汽車尾氣治理

2018年，我國小汽車保有量破2億，隨著我國汽車保有量的增加，每年汽車的增長數量是非常驚人的。汽車尾氣對于城市的污染較大。通過對汽車排放的黑煙成份進行分析，可知其中主要為顆粒物和一些氮氧化物、一氧化碳等大氣污染物。事實上，目前通過等離子體技術，可以使汽車尾氣污染得到有效治理。主要運用的方式有兩種，一種是機內凈化，另外一種是機外凈化。其中，機內凈化是通過把空氣送到內燃機之前，從而實現離子化。這個過程中主要用到了低溫等離子體臭氧發生器，它能夠把氧氣轉化為臭氧，最后進入燃燒室，得到負氧離子，促進了汽油燃燒，這樣就使發應速率增加。

3.小結

在大氣污染物治理中，等離子技術逐漸成為一種前沿的科學技術。在時間的推移中，這種物質必定會在環境治理中發揮越來越重要的作用。相信隨著其他相關技術的發展，該技術必定在大氣污染物治理中得到越來越廣泛的應用。

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（作者單位：東莞市東實新能源有限公司）