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工业废气处理环保公司介绍低温等离子体技术及其应用

来源:华顺环保   发布时间:2017-10-18 13:55:35   浏览次数:

工业废气处理环保公司介绍低温等离子体技术及其应用
 
 
1定义及其特点
等离子体是指电离度大于0.1%,且其正负电荷相等的电离气体。它是由大量的电子、离子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成,电子和正离子的电荷数相等,整体表现出电中性,它不同与物质的3态(固态、液态和气态),是物质存在的第四形态。其主要特征是:(1)带电粒子之间不存在净库仑力;(2)它是一种优良导电流体,利用这一特征已实现磁流体发电;(3)带电粒子间无净磁力;(4)电离气体具有一定的热效应。
根据体系能量状态、温度和离子密度,等离子体通常可以分为高温等离子体和低温等离子体,前者的电离度接近1,各种粒子温度几乎相同,体系在宏观上处于热力学平衡状态,体系温度可达到上万度,主要应用于受控热核反应研究方面;而后者各种粒子温度并不相同,电子温度远大于离子温度,系统在宏观上处于热力学非平衡状态,整个体系的表观温度还是很低,其与现代工业的生产关系更为密切。
 
2工业废气处理环保公司介绍降解机理
低温等离子体降解VOCs主要包括2个部分:(1)气体离子间的再结合过程;(2)同气体分子的反应。一般气体放电等离子体可分为辉光放电、电晕放电、射频放电和微波放电,而用于处理挥发性有机物的主要是电晕放电,其降解的主要机理如下:在外加电场的作用下,电极空间里的电子获得能量开始加速运动。电子在运动过程中和气体分子发生碰撞,结果使得气体分子电离、激发或吸附电子成负离子,电子在碰撞过程中,会出现3种情况,一种是电离中性气体分子产生离子和衍生电子,衍生电子又加入到电离电子的行列维持放电的继续;第二种是与电子亲和力高的分子(如O2、H2O等)碰撞,被这些分子吸收形成负离子;第3种是和一些气体分子碰撞使其激发,激发态的分子极不稳定,很快回到基态辐射出光子,具有足够能量的光子照射到电晕极上有可能导致光电离而产生光电子,光电子有利于放电的维持。经过电子碰撞过后的气体分子,形成了具有高活性的粒子,这些活性粒子就对VOCs分子进行氧化、降解反应,从而最终将有毒有害污染物转化为CO2、H2O等无毒无害物质。工业废气处理科学家Space对低温等离子体降解VOCs提出如下假设:氧气、超氧化物、过氧化物和羟氢氧基均属于“活性氧元素”(ReactiveOxygenSpecies—ROS)[7],这3种元素通常是由UV射线或空气氧化电离而得到,其中,氧气O2可以由˙O-、˙O2-和˙O3-电离氧化得到,由于˙O2-活性最小,处于最稳定状态,因此最有可能反应生成周围大气中的氧气,这个化学反应要求有水的参加,以形成羟基离子[8]。反应式如下:
 
2O2+2H2O—O2+HO2+HO
O2-和H2O反应一方面能够产生人体必需的氧气,另一方面有得到羟氢氧基(自由基)HO-˙和过羟氢氧基(自由基)HO-˙2,后两种激发态粒子,可以有效的降解挥发性有机物。
 
影响处理效果的因素
从机理分析得出:低温等离子体降解VOCs是在外加电场作用下,通过介质放电产生大量携能电子轰击污染物,使其电离、解离和激发,然后引发一系列的物理、化学反应,使有毒有害污染物转化为无毒无害物质。在整个降解过程中,最主要的电极电压的选择和控制,它将影响到介质的放电情况及电子的携能情况,以及后续的一系列反应,最终影响到VOCs是否能够得以降解;电极电压也是实现该理论商业化应用的重要参数。因此选择适当的电极电压尤为关键,表1给出通常情况下低温等离子体降解不同VOCs所需的相应的电极电压。
以上IE是有机物电离降解的最低电极电压。通常,当有机物降解所需IE大于氧气电离IE,降解就很难进行,因为这种有机物的电离能和键解能非常大;另外,知道每个分子所需的能量消耗就可以确定离子化效率。
低温等离子体降解VOCs除了和电极电压有密切关系外,其还受温度、相对湿度、氧气含量、气体浓度、气流量等的影响,其中以气体浓度和气流量的影响为主。
 
技术应用现状
等离子体技术处理环境污染问题是一种高新技术,是目前国内外研究的热点问题。在20世纪60年代,西方发达国家就开始研究等离子体化学,到80年代,开始利用等离子体技术处理环境污染物的问题。但是,大多数发达国家对该项技术也还只是处于理论研究或者是中试阶段,真正进入商业化的非常少。到目前为止,只有瑞士实现了该技术的商业化应用,生产出了利用低温等离子体技术处理VOCs的商业化产品———Plasmacat[11],申请了世界专利,并已经开始应用于一些国家VOCs的治理。其应用领域包括:(1)臭气的消除,如食品工业、污水处理厂、堆肥厂、污泥处理、烟草工业、塑料工业等地方产生的臭气;(2)空气净化,如空调或其他场合的应用;(3)废气中低浓度溶剂(含卤化剂)的去除,如油漆、印刷等工业;(4)净化有毒物质。经过Plasmacat处理的空气纯度不能达到人居室内空气的纯度,但其可以达到工厂周围的空气质量要求,例如注入气体:80000OU(每单位臭气),排出气体:100OU(每单位臭气),降解率达到99.9%。该设备处理效果好,而且能耗低(0.5~2.5Wh/m3废气),投资少(主要用于电子激发阶段),因此该产品具有良好的商业应用前景。http://www.dglnhbkj.com/
 
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