低溫等離子原理與應(yīng)用

1、低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用：低溫等離子體技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油、 制藥、油漆、印刷 和涂料等行業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣也日漸增多，這 些廢氣不僅會(huì)在大氣中停留較長(zhǎng)的時(shí)間，還會(huì)擴(kuò)散和漂移到較遠(yuǎn)的地 方，給環(huán)境帶 來(lái)嚴(yán)重的污染，這些廢氣吸入* ,直 接對(duì)*的健 康產(chǎn) 生極大的危害；另外工業(yè)煙氣的無(wú)控制 排放使 全球性的大氣 環(huán)境日益惡 化，酸雨(主要來(lái)源于工業(yè)排放的硫氧化物和氮氧化物)的危害引起了 各國(guó)的重視。由于 大氣受污染而酸化，導(dǎo) 致了生態(tài)環(huán)境的破壞，重大災(zāi) 難頻繁發(fā)生，給人 類(lèi)造成了巨大損失。因此選擇一種經(jīng)濟(jì)、可行性強(qiáng)的 處理方法勢(shì)在必行。降解揮發(fā)性有機(jī) 污染

2、物(VOCs)傳統(tǒng)的處理方法如吸收、吸附、冷凝 和燃燒等，對(duì)于低濃 度的VOCs很難實(shí)現(xiàn)，而光催 化降解VOCs又存在 催化劑容易失活的問(wèn)題，利用低溫等離子體處理VOCs可以不受上述條 件的限制，具有潛在的優(yōu)勢(shì)。但由于等離子體是一門(mén)包含放電物理學(xué)、 放電化學(xué)、化學(xué) 反應(yīng)工程學(xué)及真空技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科之上的交叉學(xué)科。因 此，目前能成熟的掌握該技術(shù)的單位非常的少。大部分宣傳采用低溫等 離子技術(shù)處理廢氣的宣傳都不是真正意義上的低溫等離子廢氣處理技 術(shù)。是否是低溫等離子體處理技術(shù)的簡(jiǎn)單判斷方法：現(xiàn)在，各傳媒上宣傳低溫等離子廢氣處理的產(chǎn)品和技術(shù)很多，可這 些產(chǎn)品的宣傳大部分都是在炒低溫等離子體概念。如何判斷

3、是否是真正 意義上的低溫等離子體技術(shù)？可以用下面兩個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則來(lái)判斷，即使 你不懂低溫等離子體技術(shù)也能判斷出是真是假。(1) 在廢氣處理的通道上必須充滿了低溫等離子體。這條規(guī)則判斷 很簡(jiǎn)單，只要用眼睛觀察一下處理通道是否充滿紫藍(lán)色的放電就可以直 觀的了解是否是低溫等離子體了(需要注意的是不要將各種顏色的燈光 當(dāng)作電離子體放電)。如果 在廢氣處理的通道上只零星的分布若干的放 電點(diǎn)或線,則處理的效果是非常有限的，因?yàn)?，大部分?VOCs)氣體 沒(méi)有進(jìn)過(guò)低溫等離子體處理區(qū)域。(2) 低溫等離子體處理系統(tǒng)必須要有一定的放電處理功率。通常需 要在25瓦時(shí)/米3。即1000 米3/時(shí)的風(fēng)量需要處理的電功率

4、為 2KW5KW。如果號(hào)稱1000 米3/時(shí)的風(fēng)量只需要幾十或幾百瓦的電 功率，則最 多也就是靜電（除塵）處理或局部處理而已。要想 分解VOCs 沒(méi)有一定的能量是不可能的。等離子體技術(shù)目前采用的有四類(lèi)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(shí) 際應(yīng)用也有采用組 合模式。一：介質(zhì)阻擋放電將絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電。介質(zhì)可以覆蓋在電極上，也 可以懸掛在放電空間里，當(dāng)在放電電極間施加一定頻率（50 MHz 至幾 K赫茲）的-Kv的交流電壓時(shí)，電極間的氣體就會(huì)被擊穿產(chǎn)生碳阻擋氣 體放電。 在大氣壓或高于大氣壓條件下，間隙內(nèi)的氣體放電由許多在時(shí)

5、間上和空間上隨機(jī)分布的微放電構(gòu)成，這些微放電的持續(xù)時(shí)間很短，一般 為納秒量級(jí)20。由實(shí)驗(yàn)觀察,微放電通常呈現(xiàn)一些相當(dāng)均勻的圓柱 型微通道，每一個(gè)微通道就是一個(gè)強(qiáng)烈的流光放電擊穿過(guò)程，帶電粒子的 輸運(yùn)過(guò)程及等離子體化學(xué)反應(yīng)就發(fā)生在這些微放電通道內(nèi).因此一些研 究者將微放電作為碳等離子體的主要特性,并通過(guò)研究微放電的性質(zhì)來(lái) 研究碳等離子體的整體特性。從碳的物理過(guò)程來(lái)看，電源電壓通過(guò)電介 質(zhì)電容耦合到放電間隙形成電場(chǎng),空間電子在這一電場(chǎng)作用下獲得能量， 與周?chē)鷼怏w發(fā)生非彈性碰撞，電子從外加電場(chǎng)取得能量轉(zhuǎn)移給氣體分 子，氣體被激勵(lì)后，發(fā)生電子雪崩，出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的空間電荷。它們聚 集在雪崩頭部，形成本

6、征電，再與外加電場(chǎng)疊加起來(lái)形成很高的局部電場(chǎng), 在新形成的局部電場(chǎng)作用下，雪崩中的電子得到進(jìn)一步加速，使放電間隙 的電子形成空間電荷的速度比電子遷移速度更快，形成了往返兩個(gè)電場(chǎng) 波,電場(chǎng)波向陰極方向返回時(shí)更強(qiáng)，這樣一個(gè)導(dǎo)電通道能非?？斓赝ㄟ^(guò)放 電間隙形成大量微細(xì)絲狀的脈沖流光微放電.它們很均勻、漫散和穩(wěn)定， 彼此孤立地隨機(jī)發(fā)生在不同地點(diǎn)，當(dāng)微放電通道形成以后，空間電荷就 在通道內(nèi)輸送累積在電介質(zhì)表面產(chǎn)生反向電場(chǎng)而使放電熄滅，形成微放 電脈沖。在一定范圍內(nèi),微放電的數(shù)量隨供電電壓及頻率的增加而增 加.可見(jiàn)碳介質(zhì)的分布電容對(duì)于微放電的形成起著十分重要的鎮(zhèn)流作 用.一方面，由于電介質(zhì)的存在，有效地限

7、制了帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，防止了 放電電流的無(wú) 限制增長(zhǎng)，從而避免了在放電間隙內(nèi)形成 火花放電或弧光 放電；另一方面，電介質(zhì)的存在可以使微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個(gè)放 電空間內(nèi)。二：組合模式本工藝在電催化總的設(shè)計(jì)概念下，分三個(gè)即獨(dú)立又混成的激發(fā)系統(tǒng)：微 波激發(fā)區(qū)、等離子激發(fā)區(qū)、極板激發(fā)去。每個(gè)激發(fā)區(qū)有它特定的功能， 但在原理上有它相似的地方。1 :微波激發(fā)區(qū)本工藝有3至9個(gè)微波激發(fā)單位，根據(jù)被處理風(fēng)量的不同數(shù)量不同，微 波由于它的頻率相對(duì)比較高，在納秒的時(shí)間內(nèi)有效作用于被處理空間（區(qū)域），由于微波的功率相對(duì)較小，因此在激發(fā)能力上也就是說(shuō)電子 的獲能躍遷能力上有限，本設(shè)計(jì)只是把微波作為初頻激發(fā)源，在處

8、理過(guò) 程中作為一種預(yù)激發(fā)能。由于微波的預(yù)激功能，極大的提高等離子體區(qū)， 極板區(qū)的激發(fā)能力和處理效果，由于 微波技術(shù)的運(yùn)用，本工藝在同類(lèi)設(shè) 備的比較中顯得設(shè)備精煉而效果優(yōu)越。2 :低溫等離子體激發(fā)本工藝有40支至240支充有特 殊氣體的無(wú)極管組成的低溫等離子體激 發(fā)區(qū)，低溫 等離子體區(qū)是工藝的核心技術(shù)，國(guó)外諸多科研機(jī)構(gòu)室稱在常 壓下實(shí)現(xiàn)低溫等離子體。從大量的試驗(yàn)分析，常壓低溫等離子體要在工 業(yè)中應(yīng)用存在的困難仍舊很大，本工藝借助低氣壓的無(wú)極燈作為低溫等 離子體的激發(fā)體，最大限度地在無(wú)極管區(qū)實(shí)現(xiàn)低溫等離子體區(qū)，由于低 溫等離子體在能量躍遷過(guò)程中具有極強(qiáng)的能量平衡性，在粒子撞擊中失 能極少，所以低溫

9、等離子體作為原子激發(fā)是最理想的一種能。在實(shí) 踐應(yīng) 用中，最大的科題在于低氣壓究竟是多少帕？管內(nèi)充什么樣的氣體最有 經(jīng)濟(jì)價(jià)值？這沒(méi)有理論模型可言，只有通過(guò)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)、分析。3:極板區(qū)根據(jù) 被處 理氣 體的流量，極板 間的電壓 分12KV、16KV 至42KV ,極 板間加以足夠高的電壓，在引風(fēng)的作用下，極區(qū)由于負(fù)壓的作用，按照 法拉第暗區(qū)理論、光致電離理論、自由 離理論，在常壓或接近常壓的條 件下有相當(dāng)概率的粒子可能實(shí)現(xiàn)低溫等離子體。根據(jù)三類(lèi)的功能區(qū)，集中 的目的是實(shí)現(xiàn)低溫等離子體，由于理論和實(shí)際 使用條件上的區(qū)別，單一的方法獲得低溫等離子體，從功率上，外部條 件上都存在差距。本工藝集三種技術(shù)與

10、一體，經(jīng)山 東、江蘇、浙江 三地 多家醫(yī)藥、化工企業(yè)的實(shí)地測(cè)試，原廢 氣的去除率非常理想，根據(jù) 尼普 公司的測(cè)試，高濃度廢氣去除率可達(dá)84%以上。電催化氧化工藝集低溫等離子體、微波 放電、極板 放電與一體，在實(shí)際 使用中實(shí)現(xiàn)廢氣的有效處理是極為復(fù)雜的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程在不到1秒的 時(shí)間內(nèi)完成。從理論到模型都能探究到相關(guān)的機(jī)理，通過(guò) 三種方式的集 中放電，廢氣分子從低能的E,在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)躍遷到足以使其電 離的Em級(jí)，廢氣分子鍵充分?jǐn)嗔?，在?崩式的撞擊中斷裂后的粒子由 于質(zhì)量更小，被進(jìn)一步躍遷，與反應(yīng)堆內(nèi)的氧離子氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)， 生成無(wú)害無(wú)味的CO2、H2O以及其它高價(jià)化合物。同時(shí)由于反

11、應(yīng)堆內(nèi) 臭氧以及紫外線的作用，徹底去除不同范疇的廢氣化合物，實(shí)地較為廣 譜的去除空間。三：尖端毛細(xì)放電尖端放電和板式放電從物理上講是一類(lèi)基礎(chǔ)放電技術(shù)，是介質(zhì)阻擋放電 去介質(zhì)的簡(jiǎn)單模式，電壓 比較低，極板 的間距相對(duì)長(zhǎng)一些，從實(shí)際處理 效率上講已經(jīng)屬于靜電模式，任何物質(zhì)都是由原子組合而成，而原 子的 基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子?？茖W(xué)家們將質(zhì)子定義為正電，中子 不帶 電，電子帶負(fù)電。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同， 正負(fù)電平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是由于外界作用如摩擦 或以各種能量如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等的形式作用會(huì)使原子的正 負(fù)電不平衡。在日常生活中所說(shuō)的摩擦實(shí)質(zhì)上就

12、是一種不斷接觸與分離 的過(guò)程。有些 情況下不摩擦也能產(chǎn)生靜電，如感應(yīng)靜電起電，熱電和壓 電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再 分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的普遍方法，就是摩擦生電。材料的 絕緣性越好，越容 易產(chǎn)生靜電。因?yàn)榭諝庖彩怯稍咏M合而成，所以可 以這么說(shuō)，在人們生活的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都有可能產(chǎn)生靜電。要完 全消除靜電幾乎不可能，但可以采取一些措施控制靜電使其不產(chǎn)生危 害。通過(guò)摩擦引起電荷的重新分布而形成的，也有由于電荷的相互吸引引起 電荷的重新分布形成，具體說(shuō)就是因?yàn)槲镔|(zhì)都由原子組成，原子中有帶 負(fù)電的電子和帶正電荷的原子核。一般情況下原子核的正電荷與電子

13、的 負(fù)電賀相等，正負(fù)平衡，所以不顯電性。但是如果電子受外力而脫離 軌道，造成 不平衡電子分布，比如實(shí)質(zhì)上摩擦起電就是一種造成正負(fù)電 荷不平衡的過(guò)程。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸并且相互摩擦?xí)r，一個(gè)物 體的電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，就因?yàn)槿鄙匐娮佣鴰д?，而?一個(gè)體得 到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電，物體帶上了靜電。公司生產(chǎn)的等離子體廢氣凈化設(shè)備包括：NBL-FH 組合型等離子除臭 設(shè)備（微波+高壓）；NBL-ZJ電暈放電等離子除臭設(shè)備；NBL-JD 尖 端放電等離子除臭設(shè)備；NBL-JB 板式靜電油煙凈化器四類(lèi)。設(shè)備適合 中低濃度廢氣凈化，尤其適合降解非甲烷總姓，配合預(yù)處理，設(shè)備使用 廣泛。ZLDL系

14、列等離子體廢氣凈化器設(shè)備等離子有機(jī)廢氣凈化器跟吸附脫附催化燃燒有機(jī)廢氣處理設(shè)備相比具 有明顯的運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，等離子有機(jī)廢氣凈化器的技術(shù)特點(diǎn) 如下：等離子廢氣凈化設(shè)備在對(duì)付有機(jī)廢氣處理上具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：經(jīng) 氣味測(cè)定法測(cè)試，該技術(shù)可以達(dá)到80%以上的惡臭消除率；該技術(shù)的 資本投入低于傳統(tǒng)的制冷式生物過(guò)濾器；動(dòng)力消耗比其他技術(shù)更低（25,000 立方米/小時(shí)的裝置的動(dòng)力消耗為5-25千瓦）；由于不需要 任何的預(yù)熱時(shí)間，所以該裝置可以即時(shí)開(kāi)啟與關(guān)閉；它所 占空間比現(xiàn)有 的其他技術(shù)更?。凰梢圆唤?jīng)過(guò)過(guò)濾就可運(yùn)作，所以 不產(chǎn)生任何液體排 泄；它是模塊式結(jié)構(gòu)，所以更簡(jiǎn)易地進(jìn)行易地搬遷；它可以在最

15、高達(dá) 70 C的溫度下 運(yùn)作，所以在典型的 濕”環(huán)境中運(yùn)用而不 需要制冷；由于 具有類(lèi)似靜電沉淀的功能，所以 它同時(shí)具有除塵作用；只 需最低限度的 維護(hù)。等離子體有機(jī)廢氣凈化設(shè)備集國(guó)家專(zhuān)利技術(shù)和專(zhuān)有保密技術(shù)于一 體，設(shè)備和技術(shù)性能穩(wěn)定可靠。研究表明采用等離子體空氣凈化設(shè)備， 不僅可以減少等離子體電耗，而且可控制有害副產(chǎn)物的形成，提高性 能價(jià)格比。異、臭 的有害氣體分子被低溫放電技術(shù)產(chǎn)生的高能離子形成 的低溫等離子體所激活、電離、裂解，從而氧化分解成無(wú)臭、無(wú)害 的物 質(zhì)，空氣中的霉菌、病菌等也同時(shí)被殺滅，滅菌率95 %以上，異味去 除率82.5 %以上。從而 將潔凈、新鮮的空氣還給人們。與傳統(tǒng)的

16、有機(jī)廢氣處理方法相比，等離子有機(jī)廢氣凈化器的突出的 優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)生活中，惡臭的物質(zhì)很多，來(lái)源亦廣，主要是由有機(jī)物的加 熱或燃燒，有機(jī)溶劑揮發(fā)，肉類(lèi)加工的廢液、廢渣 處理等產(chǎn)生的。皮革 廠、噴漆廠、化工廠、制漿造紙廠、屠宰廠，污水站、垃圾站等都是惡 臭的污染源。低溫等離子體空氣凈化設(shè)備的性能特點(diǎn)：1、低溫等離子體”設(shè)備屬 高新科技產(chǎn)品，自動(dòng)化程度高，工藝簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，方便.無(wú)需專(zhuān)人看管， 遇故障自動(dòng)停機(jī)報(bào)警。2、節(jié)能：運(yùn)行費(fèi)用低廉是 低溫等離子體”專(zhuān)利 核心技術(shù)之一，處理5000M3/h 臭氣，耗電 量?jī)H1000-5000W 。3、適 應(yīng)范圍廣：在 高溫70 C ,低溫-20 C的環(huán)境內(nèi)，凈化區(qū)均可 運(yùn)轉(zhuǎn)，特別 是 在潮濕，甚至空氣濕度飽和的環(huán)境下仍可正常運(yùn)行。4、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)： 本設(shè)備由不銹鋼材料組成，抗氧化性強(qiáng)，在酸性氣體中耐腐蝕。使用壽 命長(zhǎng)達(dá)10年以上。5、低溫等離子體”設(shè)備內(nèi)使用電壓在17Kv以下, 安全可靠，對(duì)人體不構(gòu)成任何傷害。6、低溫等離子體”設(shè)備組合性強(qiáng)： 可以竄并聯(lián)混合應(yīng)用，在處理高濃度異味氣體時(shí)能發(fā)揮明顯優(yōu)勢(shì)。等離子有機(jī)廢氣凈化器的優(yōu)勢(shì)等離子有機(jī)廢氣凈化器是一種新型、高效的干法處理有機(jī)廢氣的凈 化設(shè)備，它改 變了使用活性