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低温等离子体法

2018-10-12  来自: 歪歪漫画下载 浏览次数:151

1 低温等离子体降解有机废气的机理和独特功能
低温等离子体这一先进技术,该技术是 20 世纪 60 年代以来,在物理学、化
学、电子学、真空技术等学科交叉发展的基础上形成的一门新兴学科。
最早由上海复旦大学首次应用到工业废气处理试验中,后来同济大学、浙江
大学、浙江工业大学、武汉大学、西安交通大学等著名科研院校均有对该技术的
工业化应用加以研究。
等离子体的概念:气体在高压电场作用下产生电离,电离形成的辉光态物质
即为等离子体,并被成之为物质的第四态。等离子体由电子、离子、自由基和中
性粒子组成,总体上保持电中性。
低温等离子体技术是利用高压脉冲电晕放电过程中,等离子体内部产生富含
极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等,使很多需要很高
活化能的化学反应能够发生,使常规方法难以去除的污染物得以转化或分解,最
终产物为 CO2 H2O 或小分子等物质(碳氢化合物及含氧有机化合物降解为 CO2
H2O,如果有机化合物含其他杂元素,将有相应的产物生成),从而达到净化
废气的目的。
反应过程主要有以下三种情况:
①当电子所具有的能量与污染物分子内部某一化学键的键能相同或略大时,
电子与污染物分子的碰撞将是非弹性碰撞,电子将所具有的全部或大部分能量传
递给所碰撞的污染物分子,所传递的能量恰好能破坏那个化学键,污染物分子的
分子键断裂,直接分解成单质原子或由单一原子构成的无害气体分子;
②同时产生的大量·OH·HO2·O 等活性自由基和氧化性极强的 O3,能
与有害气体分子发生化学反应,最后生成无害产物;
③如果有些污染物分子,不能完全氧化成 CO2 H2O 等,生成中间产物,
该中间产物的稳定性差,很容易受到电子的碰撞而生成自由基,自由基很快被氧
化,生成 CO2 H2O 等。
以上所述反应在生成 CO2 H2O 等的过程中,又释放出能量,这些能量又
能满足破坏其他键所需的能量,因而大大减少了所需的外加能量。
反应过程大致如下:
电场 + 电子 → 高能电子
高能电子 + 分子(原子) → 活性集团(受激原子、受激集团、游离集团)
活性基团 + 分子(原子) → 生成物 +
活性基团 + 活性基团 → 生成物 +
因等离子体中的电子在放电过程获得的能量分布范围为 220eV,最大的能
量分布概率在 212eV 之间。
对照分子间化学键合成与分解所需的能量,下图所示:

Snip20181012_117.png

 再根据下表低温等离子体技术可处理的污染物质

Snip20181012_118.png

可知利用低温等离子体技术来净化处理有机废气是可行且高效的。

2)低温等离子体工艺的技术特性
◆处理效果好
能高效去除挥发性有机物( VOCs)、 烃类、 脂类等主要污染物,以及各种恶
臭异味,适用范围广。
◆投资及运行成本低
前期投资低,约为 10~40 /m3
设备无需添加其它物质参与化学反应,同时不产生二次污染;本体仅消耗电
能,耗电量约为 0.1~2W/m3;使用寿命长(可整机由不锈钢制造);同时设备风
阻低<200Pa,可节约大量排风动力能耗。
◆结构优化
模块化的产品构造,可以灵活搭配使用, 方便设备检修不停机;设备占地面
积小,自重轻。
◆运行稳定
设备运行稳定:设备内部无高温高压等特殊部件,耐腐蚀,运行安全稳定,
开启后无需特别的保养管理。 无需进行特殊的预处理,如加温、 加湿等, 设备工
作环境温度在-30℃~95℃之间。
◆操作简单
设备高度自动化, 设备可设定就地手动控制、 PLC 自动控制;设定设备的正
常运行、经济运行模式;提供远程传递运行信息与故障等信号。