低溫等離子體技術在環境污染物治理中的應用研究進展

陸敏華

摘? 要：文章針對環境污染物治理問題，從低溫等離子體技術概述、該技術在環境污染物治理中的具體應用等方面進行分析。實踐表明，在廢水、廢氣等污染物治理中應用低溫等離子體技術，能有效分解污染物分子，保護生態環境。

關鍵詞：低溫等離子體技術;污染物治理;應用

隨著環境污染的嚴重化，國家不斷提高著對環境污染問題的重視度。低溫等離子體技術是一種處理環境污染物的新技術，適用性高，耗能少，能去除工業中的廢水、廢氣等污染物。為充分發揮出該技術的空氣凈化原理，需要相關人員加深對其的認識，了解其在環境工程中的應用范圍，以下就此內容展開分析。

1、低溫等離子體技術概述

1.1低溫等離子體內涵

所謂等離子體，是指代電離度>0.1%，自身正負電荷相同的氣體，包括自由基、光子、離子等，若正離子和電子的電荷數一樣，就會呈現出電中性。低溫等離子體形態特別，不是固態、氣態，也不是液態。在物質的3種形態中，低溫等離子體屬于其中一種，導電性能強，可用于磁流體發電;由于內含離子、電子等分子，易和其他物質發生反應，性質活潑，反應速度快。

1.2污染物去除機理

低溫等離子體去除污染物的機理是：結合外加電場，介質放電而成的攜能電子轟擊污染物分子，使解離、電離等相互反應，從而生成各種不同的反應，致使繁瑣、復雜的污染物分子分解成安全系數高、結構簡單的小分子，實現降解污染物的目的[1]。電離反應后，電子的平均能量為5ev，在合理的調控條件下，達到正常條件下速度緩慢或無法進行的反應?？偟膩碇v，低溫等離子體技術在污染物的治理中具有重要作用，并獲得了國內外的認可。

1.3離子體的分類

一般來講，按熱力學平衡的不同，可將離子體分為3種類型，即熱等離子體、低溫等離子體、高溫等離子體。其中，低溫等離子體表面溫度低，應用范圍廣，可處理廢氣和廢水、雕刻半導體、合成臭氧等。

2、低溫等離子體技術在環境污染物治理中的應用

2.1在廢氣處理中的應用

隨著工業經濟的發展，在涂料、石油等材料中產生大量廢氣，在風力的影響下不斷擴散，污染大氣環境，危害人體健康。實踐證實，氣態污染物包括有機、無機等有害氣體，其中無機物通過等離子體生成的氧自由基，和氮氧化物、硫氧化物發生反應，在水、氨氣的作用下形成硫酸鹽，并轉為無害物質。研究發現，催化劑在有害氣體的消除和降解中具有重要作用;有機物利用等離子體生成的高能電子，與VOC分子相互碰撞，形成激發態分子，并加大其內能，產生活性物。另外，通過和其他物質的作用，形成水、二氧化碳等。曾有學者利用等離子體，配以納米技術對甲苯進行處理，結果顯示：若電場強度為14.3kv/cm，使用催化劑等填料填充操作，降解率高達95.0%，成效理想。

2.2在臭氧合成中的應用

在日常生活中，臭氧應用廣泛，其屬于強氧化劑，可用于水的深層處理，也可用于漂白造紙漿，市場前景廣闊。臭氧合成和應用是等離子體的典型案例，介質阻擋放電是生成臭氧的主要手段。通過多年探索發現，臭氧發生器的發展走向為：放電間隙狹小、運動功能理想、電暈功率突出等。低溫等離子體合成臭氧技術應用廣泛，使用低溫等離子體技術的放電原理操作，但是費用高，應用受到一定限制。某學者在研發臭氧發生器時，借用介質阻擋中的放電形式，提高了臭氧產生效率。此類放電形式以水層為地電極，金屬為高壓電極，經由高壓電（加交流）使水層表面出現Taylor椎，引起放電現象，生成臭氧（濃度1.2%）。

2.3在廢水處理中的應用

目前，水資源污染是各國廣泛關注的問題，其中有機物水污染問題最為嚴重。在水域環境中，有機物污染具有難以降解、存在時間長、危害范圍廣等特點。在廢水處理過程中，低溫等離子體技術具有分解紫外線、電子輻射高能等作用，能將大分子物質降解為小分子，而且芳香類物質也能降解為有機酸[2]。對于水資源中的有機物，該技術也能發揮降解作用，將有機物分解為危害小的無機物、有機物?，F階段，低溫等離子體技術在污水處理中的應用尚處于研發階段，各位專家從多個領域，證實了其在污染物降解中的作用。曾有學者針對脈沖降解對有機廢水的處理開展研究，結果顯示：利用高壓毫微妙脈沖處理印染廢水，可以將燃料中的大分子轉為小分子。若處理時間足夠，還能將分子中的芳香物質降解為酚酞物質，說明電暈放電能破壞燃料分子。一般來講，當脈沖峰值處于38千伏時，僅需要1min就能使污染物中的物質徹底脫色。

2.4在其它方面的應用

第一，汽車廢氣。汽車尾氣污染是一個嚴重問題，排放物有一氧化碳、氮氧化物等。運用低溫等離子體技術處理汽車尾氣時，使用介質阻擋放電原理還原尾氣內的污染物，并將其分解為無危害或危害小的成分，不僅能有效去除黑煙，還能脫掉氮氧化合物、一氧化碳，減少汽車尾氣的處理費用;用粉煤灰取代催化劑，能夠提高污染物的去除效果，提升尾氣的治理水平。

第二，工業化層面。等離子技術是一種高新技術，是當下國內外的研究重點。在上世紀中期，就已經有學者著手研究等離子體內容，中后期開始利用該技術處理環境問題[3]。但是，多數研究仍處于理論層面，部分處于嘗試階段，僅個別步入商業化階段。截至目前，我國尚無和工業化相關的設備，只瑞士實現了低溫等離子體的商業化，研發出商業化產品，并廣泛用于環境污染物的治理中，例如有毒物質過濾、空氣凈化等。

3、結語

綜上所述，低溫等離子體技術彌補了傳統方式的缺陷，反應條件接近常壓，處理結果可靠、真實，成本低，不會造成二次污染。但是在物理化學過程中，由于等離子體內部、固定表層的機理圖像不完整，出現非線性變化、重復性差等問題。為更好地治理環境污染物，提高技術水平，未來應向污染物降解、大功率脈沖電源等更深層次展開研究。

參考文獻：

[1]李洋輝，蔣應海，陳潮軍.低溫等離子體在廢氣處理中的應用[J].化工管理，2021（10）：31-32.

[2]李星，王興權，楊洪宇，等.介質阻擋放電等離子體降解制藥企業廢水污染物的研究[J].電工電能新技術，2020，39（1）：76-81.

[3]劉亞男，陳露露，周荃，等.低溫等離子體耦合技術去除水中有機污染物的研究進展[J].環境污染與防治，2021，43（12）：1596-1601.