廢氣處理低溫等離子體形成過程及產(chǎn)生技術(shù)

 

在咱們常見的有機(jī)廢氣處理設(shè)備里邊，低溫等離子體也是較為常見的一種設(shè)備之一，小編來為您簡略介紹一下低溫等離子體的形成過程及產(chǎn)生技術(shù)。

 

1.低溫等離子體形成過程

低溫等離子體在形成過程中，其電子能量可到達(dá)1～20eV(11600～250000K)，因而，其具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性。低溫等離子體在剩余化學(xué)反應(yīng)的過程從時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)可分為以下幾個(gè)過程。

①***步是皮秒級(jí)的電子躍遷，電子從基態(tài)躍遷到激起態(tài)。

②***二步產(chǎn)生在納秒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。不同能量溫度狀況的電子經(jīng)過旋轉(zhuǎn)激起、振蕩激起、離解和電離等非彈性磕碰方法將內(nèi)能傳遞給氣體分子后，一部分以熱量的方法散發(fā)掉，另一部分則用于產(chǎn)生自由基等活性離子。

③在形成自由基活性離子后，自由基及正負(fù)離子間會(huì)引發(fā)線性或非線性鏈反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生在微秒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

④終究，是由鏈反應(yīng)導(dǎo)致的毫秒到秒量級(jí)的分子間產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)。

低溫等離子體對(duì)VOCs廢氣處理時(shí)，其***要的反應(yīng)過程與之前所述共同。***先是高能電子與分子間磕碰反應(yīng)引發(fā)活性自由基，然后，自由基會(huì)與有機(jī)氣體分子結(jié)合反應(yīng)，到達(dá)凈化氣體的意圖。低溫等離子體凈化VOCs的作用機(jī)理依據(jù)方針污染物的差異而不同。鹵代烴分子具有較強(qiáng)的極性，具有較強(qiáng)的吸電子才能，因而，其易遭到高能電子的進(jìn)犯而降解;烴類VOCs化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活浚，其易與自由基結(jié)合而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但在高壓放電過程中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)***要是離子反應(yīng)。反應(yīng)的終究產(chǎn)品也因反應(yīng)條件不同而異。在高溫、高能量密度環(huán)境下處理低濃度有機(jī)氣體時(shí)，氧化反應(yīng)起到主導(dǎo)作用，終究的產(chǎn)品***要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機(jī)氣體時(shí)，生成產(chǎn)品的中心體更簡單產(chǎn)生鏈加成反應(yīng)而生成固態(tài)或許液態(tài)的有機(jī)物。因而，在VOCs廢氣處理過程中，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)操控反應(yīng)條件，關(guān)于VOCs的處理至關(guān)重要。

2.低溫等離子體產(chǎn)生技術(shù)

在不同的鼓勵(lì)電壓波形下，反應(yīng)器產(chǎn)生不同的放電方法。低溫等離子體產(chǎn)生技術(shù)依據(jù)反應(yīng)器類型***要分為電暈、沿面、介質(zhì)阻撓等幾種方法。在管理多組分VOCs污染氣體時(shí)一般選用多種放電方法相結(jié)合的方法， Mizuno等研討選用毛細(xì)玻璃石英管和Al2O2球顆粒模仿蜂窩催化劑，經(jīng)過交、直流電耦合的方法，證明可在催化劑外表產(chǎn)生***面積的等離子體，為凈化汽車尾氣供給了方向與依據(jù)。***要的放電技術(shù)簡述如下。

(1)電暈放電

①直流電暈放電在空氣中直流電暈放電有流光與輝光兩種方法。當(dāng)電子躍遷產(chǎn)生的空間電荷誘導(dǎo)形成場強(qiáng)與外部施加電場的場強(qiáng)在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，則形成流光電暈。形成的流光等離子體向場強(qiáng)增強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)。據(jù)理論核算，流光等離子體在傳插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場強(qiáng)一般維持在100～200kV/cm，遠(yuǎn)***于外部施加電場產(chǎn)生的自由基等活性質(zhì)。在流光等離子體產(chǎn)生過程中，需求施加一***定強(qiáng)度的外部電場以產(chǎn)生長距離流光通道。電場場強(qiáng)不能過低，場強(qiáng)過低會(huì)使流光不能貫穿于凹凸壓電極之間，影響放電區(qū)域的巨細(xì)。

關(guān)于直流高壓鼓勵(lì)的等離子體系統(tǒng)，因?yàn)殡妷旱母淖兯俣群艿停蚨y以得到一個(gè)使流光通道形成的峰值場強(qiáng)。在這種情況下，放電設(shè)備會(huì)形成以離子電流為主的輝光電暈。輝光電暈的放電區(qū)域僅限制在高壓電極鄰近，在整個(gè)電場內(nèi)產(chǎn)生的自由基較少，不利于氧化VOCs氣體。因而，該技術(shù)***要運(yùn)用在電除塵范疇。有研討發(fā)現(xiàn)空氣中摻雜一定量的二氧化碳會(huì)使輝光電暈向流光電暈改變。但該過程極易遭到流場散布、氣體成分和電極結(jié)構(gòu)的影響，在實(shí)踐運(yùn)用中很難操控放電方法的改變。

②脈沖電暈放電脈沖電暈放電系統(tǒng)中***要選用納秒級(jí)脈沖供電系統(tǒng)，系統(tǒng)的放電功率***要遭到開關(guān)功能、電源與反應(yīng)器的匹配性等要素的影響。一般來說，現(xiàn)在常用的開關(guān)有火花開關(guān)、磁緊縮開關(guān)和固體開關(guān)。開關(guān)的挑選一般應(yīng)***先考慮價(jià)格成本低、阻抗小、耐受電壓性***、運(yùn)用壽數(shù)長的開關(guān)。一起，也要對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行精細(xì)規(guī)劃，使其與電源進(jìn)行合理匹配，這樣將極***地進(jìn)步能量從電源到負(fù)載的傳輸功率、延伸開關(guān)的運(yùn)用壽數(shù)。

③交直流疊加流光放電交直流疊加流光放電系統(tǒng)過電壓遠(yuǎn)小于納秒短脈沖，流光***性也依據(jù)過電壓系統(tǒng)凹凸有較***不同。在其放電區(qū)域存在約20％的離子電流，可以一起凈化有機(jī)氣體和搜集細(xì)顆粒物。圖9-3所示為典型的交直流疊加供電電源及相應(yīng)電壓波形圖。溝通電源與直流電源經(jīng)過一個(gè)***電容耦合產(chǎn)生AC/DC電壓波形。這種電源運(yùn)轉(zhuǎn)的峰值電壓挨近閃絡(luò)值時(shí)，オ會(huì)得到較***的等離子體注入功率。偶爾的閃絡(luò)會(huì)使耦合電容向反應(yīng)器瞬間放電，形成耦合失利。此外，因?yàn)榱鞴釧C/DC等離子體是以自我克制放電的方法從高壓電極隨機(jī)產(chǎn)生，電暈電流遠(yuǎn)小于納秒短脈沖的供電方法，因而一般單脈沖能量較低。

(2)沿面放電沿面放電反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主體為細(xì)密的陶瓷材料，在陶瓷內(nèi)部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側(cè)的沿面上安置導(dǎo)電條作為高壓電極，另一側(cè)作為反應(yīng)器的散熱面。在中、高頻電壓作用下，電流從放電極沿陶瓷沿面延伸，在陶瓷沿面形成許多纖細(xì)的流注通道，進(jìn)行放電，使氣態(tài)污染物反應(yīng)降解。20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家***先在世界上研發(fā)出了***的“陶瓷沿面放電技術(shù)”，此技術(shù)不只使氣體放電面積增***，一起電極溫度也較低，

然后******延伸了其運(yùn)用的壽數(shù)。***氣壓下的沿面放電有著很***的工業(yè)運(yùn)用遠(yuǎn)景，關(guān)于甲苯、丙、氯氟烴等有機(jī)廢氣處理作用較***，合適處理CHCl3和CFC-11等難降解有機(jī)物。

典型的電源及其電壓波形

(3)介質(zhì)阻撓放電。介質(zhì)阻撓放電法是一種高氣壓下的非平衡放電過程，可以在高氣壓和寬頻范圍內(nèi)作業(yè)，電極結(jié)構(gòu)的規(guī)劃方法多種多樣。其作業(yè)原理是***先在兩個(gè)放電電極間的孔隙間充溢作業(yè)氣體，并將部分電極用***緣材料掩蓋。其次，將介質(zhì)直接懸掛在放電空間中心，或用介質(zhì)填滿放電空間，當(dāng)兩個(gè)電極間施加足夠高的溝通電壓時(shí)，電極間的污染物會(huì)被擊穿而產(chǎn)生放電，然后形成了介質(zhì)阻撓放電。該過程中會(huì)產(chǎn)生很多的羥基自由基、氧自由基等活性自由基，它們的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，很簡單和其他原子、分子或其他自由基產(chǎn)生反應(yīng)而形成安穩(wěn)的原子或分子，從而使用其處理VOCs氣體。 Chang等報(bào)導(dǎo)了使用介質(zhì)阻撓放電系統(tǒng)，在氣體停留時(shí)間為10s左右，操作電壓為18kV，初始濃度為147mg/m3的條件下，系統(tǒng)關(guān)于甲醛的去除率為90％。在操作電壓為19kV，甲醛濃度為134mg/m3時(shí)，對(duì)甲醛的去除率可高達(dá)97％。