废气处理低温等离子体形成过程及产生技术

废气处理低温等离子体形成过程及产生技术

 

在咱们常见的有机废气处理设备里边，低温等离子体也是较为常见的一种设备之一，小编来为您简略介绍一下低温等离子体的形成过程及产生技术。

 

1.低温等离子体形成过程

低温等离子体在形成过程中，其电子能量可到达1～20eV(11600～250000K)，因而，其具有较高的化学反应活性。低温等离子体在剩余化学反应的过程从时间标准可分为以下几个过程。

①***步是皮秒级的电子跃迁，电子从基态跃迁到激起态。

②***二步产生在纳秒级标准。不同能量温度状况的电子经过旋转激起、振荡激起、离解和电离等非弹性磕碰方法将内能传递给气体分子后，一部分以热量的方法散发掉，另一部分则用于产生自由基等活性离子。

③在形成自由基活性离子后，自由基及正负离子间会引发线性或非线性链反应，该反应产生在微秒级标准。

④终究，是由链反应导致的毫秒到秒量级的分子间产生热化学反应。

低温等离子体对VOCs废气处理时，其***要的反应过程与之前所述共同。***先是高能电子与分子间磕碰反应引发活性自由基，然后，自由基会与有机气体分子结合反应，到达净化气体的意图。低温等离子体净化VOCs的作用机理依据方针污染物的差异而不同。卤代烃分子具有较强的极性，具有较强的吸电子才能，因而，其易遭到高能电子的进犯而降解;烃类VOCs化学性质相对活浚，其易与自由基结合而产生化学反应，但在高压放电过程中进行的化学反应***要是离子反应。反应的终究产品也因反应条件不同而异。在高温、高能量密度环境下处理低浓度有机气体时，氧化反应起到主导作用，终究的产品***要为CO2和H2O;在低温低能量密度下处理高浓度的有机气体时，生成产品的中心体更简单产生链加成反应而生成固态或许液态的有机物。因而，在VOCs废气处理过程中，经过相关技术操控反应条件，关于VOCs的处理至关重要。

2.低温等离子体产生技术

在不同的鼓励电压波形下，反应器产生不同的放电方法。低温等离子体产生技术依据反应器类型***要分为电晕、沿面、介质阻挠等几种方法。在管理多组分VOCs污染气体时一般选用多种放电方法相结合的方法， Mizuno等研讨选用毛细玻璃石英管和Al2O2球颗粒模仿蜂窝催化剂，经过交、直流电耦合的方法，证明可在催化剂外表产生***面积的等离子体，为净化汽车尾气供给了方向与依据。***要的放电技术简述如下。

(1)电晕放电

①直流电晕放电在空气中直流电晕放电有流光与辉光两种方法。当电子跃迁产生的空间电荷诱导形成场强与外部施加电场的场强在同一数量级时，则形成流光电晕。形成的流光等离子体向场强增强的方向运动。据理论核算，流光等离子体在传插过程中速度在(0.5～2)106m/s;其头部的场强一般维持在100～200kV/cm，远***于外部施加电场产生的自由基等活性质。在流光等离子体产生过程中，需求施加一***定强度的外部电场以产生长距离流光通道。电场场强不能过低，场强过低会使流光不能贯穿于凹凸压电极之间，影响放电区域的巨细。

关于直流高压鼓励的等离子体系统，因为电压的改变速度很低，因而难以得到一个使流光通道形成的峰值场强。在这种情况下，放电设备会形成以离子电流为主的辉光电晕。辉光电晕的放电区域仅限制在高压电极邻近，在整个电场内产生的自由基较少，不利于氧化VOCs气体。因而，该技术***要运用在电除尘范畴。有研讨发现空气中掺杂一定量的二氧化碳会使辉光电晕向流光电晕改变。但该过程极易遭到流场散布、气体成分和电极结构的影响，在实践运用中很难操控放电方法的改变。

②脉冲电晕放电脉冲电晕放电系统中***要选用纳秒级脉冲供电系统，系统的放电功率***要遭到开关功能、电源与反应器的匹配性等要素的影响。一般来说，现在常用的开关有火花开关、磁紧缩开关和固体开关。开关的挑选一般应***先考虑价格成本低、阻抗小、耐受电压性***、运用寿数长的开关。一起，也要对反应器进行精细规划，使其与电源进行合理匹配，这样将极***地进步能量从电源到负载的传输功率、延伸开关的运用寿数。

③交直流叠加流光放电交直流叠加流光放电系统过电压远小于纳秒短脉冲，流光***性也依据过电压系统凹凸有较***不同。在其放电区域存在约20％的离子电流，可以一起净化有机气体和搜集细颗粒物。图9-3所示为典型的交直流叠加供电电源及相应电压波形图。沟通电源与直流电源经过一个***电容耦合产生AC/DC电压波形。这种电源运转的峰值电压挨近闪络值时，オ会得到较***的等离子体注入功率。偶尔的闪络会使耦合电容向反应器瞬间放电，形成耦合失利。此外，因为流光AC/DC等离子体是以自我克制放电的方法从高压电极随机产生，电晕电流远小于纳秒短脉冲的供电方法，因而一般单脉冲能量较低。

(2)沿面放电沿面放电反应器的结构主体为细密的陶瓷材料，在陶瓷内部埋有金属板作为接地极，陶瓷一侧的沿面上安置导电条作为高压电极，另一侧作为反应器的散热面。在中、高频电压作用下，电流从放电极沿陶瓷沿面延伸，在陶瓷沿面形成许多纤细的流注通道，进行放电，使气态污染物反应降解。20世纪90年代，日本科学家***先在世界上研发出了***的“陶瓷沿面放电技术”，此技术不只使气体放电面积增***，一起电极温度也较低，

然后******延伸了其运用的寿数。***气压下的沿面放电有着很***的工业运用远景，关于甲苯、丙、氯氟烃等有机废气处理作用较***，合适处理CHCl3和CFC-11等难降解有机物。

典型的电源及其电压波形

(3)介质阻挠放电。介质阻挠放电法是一种高气压下的非平衡放电过程，可以在高气压和宽频范围内作业，电极结构的规划方法多种多样。其作业原理是***先在两个放电电极间的孔隙间充溢作业气体，并将部分电极用***缘材料掩盖。其次，将介质直接悬挂在放电空间中心，或用介质填满放电空间，当两个电极间施加足够高的沟通电压时，电极间的污染物会被击穿而产生放电，然后形成了介质阻挠放电。该过程中会产生很多的羟基自由基、氧自由基等活性自由基，它们的化学性质十分活泼，很简单和其他原子、分子或其他自由基产生反应而形成安稳的原子或分子，从而使用其处理VOCs气体。 Chang等报导了使用介质阻挠放电系统，在气体停留时间为10s左右，操作电压为18kV，初始浓度为147mg/m3的条件下，系统关于甲醛的去除率为90％。在操作电压为19kV，甲醛浓度为134mg/m3时，对甲醛的去除率可高达97％。