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低溫等離子廢氣處理設(shè)備技術(shù)原理
等離子體去除廢氣的原理
等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài),當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的放電電壓時,氣體被擊穿,產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài),所以稱為低溫等離子體。
等離子體技術(shù)目前采用的有四類技術(shù),介質(zhì)阻擋放電(雙介質(zhì)、單介質(zhì))、尖端放電(金屬、纖維)、板式放電、微波放電,實際應(yīng)用也有采用組合模式。在外加電場的作用下,介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊污染物分子,使其電離、解離和激發(fā),然后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜大分子污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵涡》肿影踩镔|(zhì),或使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒無害或低毒低害的物質(zhì),從而使污染物得以降解去除。因其電離后產(chǎn)生的電子平均能量在10ev ,適當(dāng)控制反應(yīng)條件可以實現(xiàn)一般情況下難以實現(xiàn)或速度很慢的化學(xué)反應(yīng)變得十分快速。作為環(huán)境污染處理領(lǐng)域中的一項具有極強(qiáng)潛在優(yōu)勢的高新技術(shù),等離子體受到了國內(nèi)外相關(guān)學(xué)科界的高度關(guān)注。(注:低溫等離子體相對于高溫等離子體而言,屬于常溫運(yùn)行。)
低溫等離子體去除污染物的機(jī)理
等離子體化學(xué)反應(yīng)過程中,低溫等離子設(shè)備等離子體傳遞的化學(xué)能量在反應(yīng)過程中能量的傳遞大致如下:
(1) 電場+電子→高能電子
(2) 高能電子+分子(或原子)→(受激原子、受激基團(tuán)、游離基團(tuán)) 活性基團(tuán)
(3) 活性基團(tuán)+分子(原子)→生成物+熱
(4) 活性基團(tuán)+活性基團(tuán)→生成物+熱
從以上過程可以看出,低溫等離子設(shè)備電子首先從電場獲得能量,通過激發(fā)或電離將能量轉(zhuǎn)移到分子或原子中去,獲得能量的分子或原子被激發(fā),同時有部分分子被電離,從而成為活性基團(tuán);之后這些活性基團(tuán)與分子或原子、活性基團(tuán)與活性基團(tuán)之間相互碰撞后生成穩(wěn)定產(chǎn)物和熱。另外,高能電子也能被鹵素和氧氣等電子親和力較強(qiáng)的物質(zhì)俘獲,成為負(fù)離子。這類負(fù)離子具有很好的化學(xué)活性,在化學(xué)反應(yīng)中起著重要的作用。
低溫等離子廢氣處理設(shè)備技術(shù)原理
低溫等離子廢氣處理設(shè)備主要使用等離子發(fā)裝置產(chǎn)生的離子轟擊污染物分子,使其電離、解離和激發(fā),然后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜大分子污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵涡》肿影踩镔|(zhì),或使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒無害或低毒低害的物質(zhì),從而使污染物得以降解去除。
近年,全球涌現(xiàn)出許多治理工業(yè)廢氣污染問題的各種技術(shù),如超聲波、光催化氧化、生物法、冷凍法、焚燒法等。其中低溫等離子體作為一種高效、低能耗、處理量大、操作簡單的環(huán)保新技術(shù)來處理有毒、有害及難降解物質(zhì),低溫等離子設(shè)備是近年來一項重大科技成果,具有其它方法無法比擬的絕對優(yōu)勢。
低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用范圍廣,氣體的流速和濃度對于氣態(tài)污染物治理技術(shù)應(yīng)用來說是兩個非常重要的因素。生物過濾和燃燒技術(shù)能應(yīng)用于較高濃度范圍,但卻受氣體的流速所限。而低溫等離子體技術(shù)對氣體的流速和濃度都有一個很寬的應(yīng)用范圍,低溫等離子設(shè)備其應(yīng)用廣泛不言而喻。等離子體技術(shù)工藝簡單。吸附法要考慮吸附劑的定期更換,脫附時還有可能造成二次污染;燃燒法需要很高的操作溫度;生物法要嚴(yán)格控制pH值、溫度和濕度等條件,以適合微生物的生長。而低溫等離子體技術(shù)則較好的克服了以上技術(shù)的不足,反應(yīng)條件為常溫常壓,反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單,低溫等離子設(shè)備并可同時消除混合污染物(有些情況還具有協(xié)同作用),不會產(chǎn)生二次污染等。就經(jīng)濟(jì)可行性來說,低溫等離子體反應(yīng)裝置本身系統(tǒng)構(gòu)成就單一緊湊,在運(yùn)行費(fèi)用方面,微觀來講,因放電過程只提高電子溫度而離子溫度基本保持不變,這樣反應(yīng)體系就得以保持低溫,低溫等離子設(shè)備所以不僅能量利用率高,而且使設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也很低。
低溫等離子體技術(shù)在氣態(tài)污染物治理方面優(yōu)勢顯著。其基本原理是在電場的加速作用下,產(chǎn)生高能電子,當(dāng)電子平均能量超過目標(biāo)治理物分子化學(xué)鍵能時,分子鍵斷裂,達(dá)到消除氣態(tài)污染物的目的。