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處理低濃度廢氣有很多方法和設備。今天主要介紹的是低溫等離子技術。目前這項技術被廣泛應用，證明是可行的。
原理
等離子體是含有大量電子、離子、分子、中性原子、激發(fā)態(tài)原子、光子和自由基等組成的物質(zhì)的第四種形態(tài)。其總正負電荷數(shù)相等宏觀上呈電中性,但具有導電和受電磁影響的性質(zhì),表現(xiàn)出很高的化學活性。根據(jù)體系能量狀態(tài)、溫度和離子密度,等離子體通�？煞譃楦邷氐入x子體和低溫等離子體(包括熱等離子體和冷等離子體)。高溫等離子體的電離度接近,各種粒子的溫度幾乎相同,并且體系處于熱力學平衡狀態(tài),它主要應用于受控熱核反應研究方面。低溫等離子體則處于熱力學非平衡狀態(tài),各種粒子溫度并不相同。
低溫等離子體可通過前沿陡、脈寬窄(納秒級)的高壓脈沖放電在常溫常壓下獲得,其中的高能電子和O˙、OH˙等活性粒子可與各種污染物如CO、HC、NOX、SOX、H2S、RSH等發(fā)生作用,轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2、S、SO2等無害或低害物質(zhì),從而使廢氣得到凈化。它可促使一些在通常條件下不易進行的化學反應得以進行,甚至在極短時間內(nèi)完成,故屬低濃度VOCs治理的前沿技術。
研究進展
低溫等離子體主要是由氣體放電產(chǎn)生的,與現(xiàn)代工業(yè)關系密切,應用十分廣泛。按放電方式可分為輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電及微波放電等。脈沖電暈是一種新型等離子體技術,屬于冷等離子體,可在常壓、低溫下工作且電子能量適中,因此通常被用于處理VOCs等有害氣體。在20世紀80年代中期由Masuda和Mizuno等首先提出,目前在中國、日本、俄羅斯和加拿大等國家都有研究[1,2]。
FutamuraS等[3]對有害大氣污染物(HAP)在低溫等離子體化學處理中金屬氧化物的催化活性進行了研究,在沒有MnO2作催化劑時,苯的摩爾轉(zhuǎn)化率為30%,而在有MnO2作催化劑時,苯的轉(zhuǎn)化率可高達94%。KangM等[4]在常壓下用等離子體TiO2催化體系去除初始濃度為1000mg/m3的甲苯廢氣,僅有O2等離子體沒有TiO2催化劑時,甲苯去除率為40%;在TiO2/O2等離子體下,去除率達到70%;在O2等離子體中,TiO2負載于γ-Al2O3上時,甲苯的去除率達到80%。這些研究表明,利用等離子體與催化反應的協(xié)同效應,以提高有機廢氣凈化率、降低能耗是成功的。
近些年,國內(nèi)學者對低溫等離子體的研究也在深入。于勇等[5]用介質(zhì)屏蔽降解CF3Br,降解率達到55%。李鍛等[6]將雙極性脈沖高壓引入介質(zhì)阻擋反應器對氯苯和甲苯的分解特性進行了實驗研究。而以馮春楊[7]、晏乃強[8]和黃立維[9]等人開展了脈沖電暈去除多種有機廢氣的研究,初始濃度為76.8mg/m3,苯的去除率達到61.4%,并對比了線—筒式和線—板式二種反應器對甲苯的去除率,在以Mn、Fe等作為催化劑時,可使去除率提高,催化劑活性的排序為Mn>Fe>Co>Ti>Ni>Pd>Cu>V,在去除各種有機廢氣中,甲醛最易去除,二氯甲烷最難,甲苯、乙醇、丙酮則處于其間。周遠翔[10]等還應用低溫等離子體技術處理粉塵中二英,去除率達81%。
因此,低溫等離子體技術應用的可行性和條件試驗已較充分,也有了大量理論基礎;已為這項工藝簡單、適用性強、流程短、能耗低、易于操作和自動化的新技術早日工業(yè)化打下了充分的基礎。
來源:《能源環(huán)境保護》