废气处理低温等离（lí）子体（tǐ）形成过（guò）程及发生技术

在我们常见的有机废气处（chù）理设备里面，低温（wēn）等离子体也是较为常见的一种设备之一，小编来为您简单介绍一下低温等（děng）离子体的形成过程（chéng）及发生技（jì）术。
1.低温等离子体形成过程
低温等离子（zǐ）体在形成过程中，其电子能量可达到1～20eV(11600～250000K)，因此，其（qí）具有较高的化学反应活性。低温等离子体在残余化学反应的过程从时间尺（chǐ）度可分为以下几个过程，对应的示意图见图9-2。
①第一（yī）步是皮秒级的电子跃（yuè）迁，电子从基态跃（yuè）迁到（dào）激发态。
②第二步发生在纳秒级尺度。不同能量温度状态的电子通过旋转激发、振动激发、离解和电离等非弹性碰撞（zhuàng）形式将内能传递给（gěi）气体分（fèn）子后，一部分以热量的形式散发掉，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（hòu），自（zì）由基及正负离（lí）子（zǐ）间会引发线性或非线性（xìng）链反应，该反应发生在微秒级尺度。
④最后，是由链反应导致的毫秒到秒量级（jí）的（de）分子间发生热（rè）化学反应。

低温等离子体对VOCs废气处理时，其主要的反应进程与之前所述一致。首先是高能电子与分子间（jiān）碰撞反应引（yǐn）发活性自由基，而后，自由基会（huì）与有机气体分子结合反应，达到净化（huà）气体的目的。低温等离子体净化VOCs的作用机理根据目（mù）标污染物的差异而不同（tóng）。卤代烃分子具有较强的极性，具有较强的吸电子能力，因此（cǐ），其易受到高（gāo）能电子的（de）攻击（jī）而降解;烃类（lèi）VOCs化学性质相（xiàng）对活浚，其易与自（zì）由基结合而发生化学反应（yīng），但在高压放电过程中进行的化学反应主要是（shì）离子反应。反应的最终产物也因反应条件不同而异。在高温、高（gāo）能量密度环境下处理低浓度有机气体时，氧化（huà）反（fǎn）应起到主导作（zuò）用，最终的产物主要为CO2和H2O;在低温低能量密度下处理高浓度的有机气（qì）体（tǐ）时，生（shēng）成产物的中间体更容易发生（shēng）链加成反（fǎn）应而生成固态或者液态的有（yǒu）机物。因此，在VOCs废（fèi）气处（chù）理过（guò）程（chéng）中，通过相关技术控（kòng）制反应条件，对于VOCs的处（chù）理至关（guān）重要。

2. 低温等离子体发生技术
在不同的激励电压波形下，反应器产生不同（tóng）的放电模（mó）式（shì）。低温等离子体发生技术根据反应器类型主要（yào）分为电晕、沿面、介质阻（zǔ）挡等几种形式。在（zài）治理多组分VOCs污染气体时通常采用多种放电方式相结合的方式， Mizuno等研究采用毛细玻璃石英管和Al2O2球颗粒模拟蜂窝催化剂，通过交、直流电耦（ǒu）合的（de）形式，证明（míng）可在（zài）催化剂表面产（chǎn）生大面积的等离子体，为净化汽车尾气（qì）提供了（le）方向（xiàng）与依据。主（zhǔ）要的放电技术简述如下。
(1)电晕放电
①直流电晕放电在空（kōng）气中直流电晕放电有流光与辉光两种形式。当电子（zǐ）跃迁产生的空间电（diàn）荷诱导形成场强与外部施加电场的场强（qiáng）在同一数量级（jí）时，则形成流光电（diàn）晕。形成的流光等离子体向场强增（zēng）强的方向（xiàng）运动（dòng）。据理论计算，流光等离子体在（zài）传插过程中速度在(0.5～2)106m/s;其头部的场强（qiáng）通常维持在100～200kV/cm，远大于外部施加电（diàn）场产生的自由基等活性子（zǐ）。在流光（guāng）等离子体产生过程中，需要施加一特定强度的（de）外部电场以产生（shēng）长距离流光通道。电场场强（qiáng）不能过低，场强过低会使流光（guāng）不能贯穿（chuān）于高低压电极之间，影响放电区域的大小。
对于（yú）直流高压（yā）激（jī）励的等离子体系统（tǒng），由于电压的变化速度很低，因此难以得到一个使流光通道形成（chéng）的峰值场强。在（zài）这种情（qíng）况下，放电装置会形（xíng）成以离子电流为主的辉光电晕。辉（huī）光电晕的放电区域仅局限在高压（yā）电极附近，在整（zhěng）个电场内产生的自由基较（jiào）少，不利（lì）于氧化VOCs气体。因此，该技术主要应用在电除尘领域。有研究发现空气中掺杂一定量的二氧化碳会使辉（huī）光电晕向流（liú）光电晕转变（biàn）。但该（gāi）过程极易受到流场分（fèn）布、气体成分和电极结构的影响，在实际应用中很难控制放电模式的变化。

②脉冲电晕放电脉冲电晕放电系统中（zhōng）主要采用纳秒级脉冲供电系（xì）统，系统的放（fàng）电效率主要受（shòu）到开关性能、电（diàn）源与反应器的匹配性等因（yīn）素的影响。一般而（ér）言，目前常（cháng）用的开（kāi）关有火花开关、磁压缩开关和固体开关。开关的选择一般应优先（xiān）考虑（lǜ）价（jià）格成本低、阻抗小、耐受电压性（xìng）好、使用寿命长的开关。同时，也要（yào）对反应器进行（háng）精密设计，使其与电源进行合理匹配，这样将极大地提高能量从电源到负载的传输效率、延长开关的使用（yòng）寿命。
③交（jiāo）直流叠（dié）加流光（guāng）放（fàng）电交直流叠加流光放电系统过电压（yā）远小于纳秒短脉冲，流光特性也根据过电压系（xì）统高低有较大差别。在其放电区域存在约20％的离子电流，能够（gòu）同时净化有机（jī）气体和（hé）收集细颗粒物。图（tú）9-3所示为典型的（de）交直流叠加供电电源及相应电压波形图。交流电源与直流电源通过一个大电容耦合产生（shēng）AC/DC电压波形。这种电源运行的峰值电（diàn）压接近闪络值时，オ会得到较大的等离子体注入功率（lǜ）。偶（ǒu）然的闪络会使耦合电容向反应器瞬间放电，造成耦合失败（bài）。此外，由于（yú）流光AC/DC等离子体是以自持（chí）放电的形式从高压电极随机产生，电晕电流远小于纳秒短（duǎn）脉冲的供电（diàn）方式，因此一般（bān）单脉冲能量较（jiào）低。
(2)沿面放（fàng）电沿（yán）面放电反应器的结构主体为致密的陶瓷（cí）材料，在（zài）陶瓷内部埋有金（jīn）属板作为接地极，陶瓷一侧的沿面上布（bù）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细微的流注通道，进行放电，使气（qì）态污（wū）染物反（fǎn）应降解（jiě）。20世纪90年代，日本科学（xué）家首先在世界上研制出了（le）最先进的“陶瓷沿面放电技术”，此技术不（bú）仅使气体放电面积增大，同时电极温度也较低，
从而大大延长了其使用的寿命。大气压下的沿面放电有着很好的工（gōng）业应用前景，对于甲苯、丙、氯氟烃等有机废气处理效果（guǒ）较好，适（shì）合处理（lǐ）CHCl3和CFC-11等难降解有机物。

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