在我們常見的有機廢氣處理設備里面，低溫等離子體也是較為常見的一種設備之一，小編來為您簡單介紹一下低溫等離子體的形成過程及發(fā)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，其電子能量可達到1～20eV(11600～250000K)，因此，其具有較高的化學反應活性。低溫等離子體在殘余化學反應的過程從時間尺度可分為以下幾個過程，對應的示意圖見圖9-2。
①第一步是皮秒級的電子躍遷，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。
②第二步發(fā)生在納秒級尺度。不同能量溫度狀態(tài)的電子通過旋轉(zhuǎn)激發(fā)、振動激發(fā)、離解和電離等非彈性碰撞形式將內(nèi)能傳遞給氣體分子后，一部分以熱量的形式散發(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，自由基及正負離子間會引發(fā)線性或非線性鏈反應，該反應發(fā)生在微秒級尺度。
④最后，是由鏈反應導致的毫秒到秒量級的分子間發(fā)生熱化學反應。

低溫等離子體對VOCs廢氣處理時，其主要的反應進程與之前所述一致。首先是高能電子與分子間碰撞反應引發(fā)活性自由基，而后，自由基會與有機氣體分子結(jié)合反應，達到凈化氣體的目的。低溫等離子體凈化VOCs的作用機理根據(jù)目標污染物的差異而不同。鹵代烴分子具有較強的極性，具有較強的吸電子能力，因此，其易受到高能電子的攻擊而降解;烴類VOCs化學性質(zhì)相對活浚，其易與自由基結(jié)合而發(fā)生化學反應，但在高壓放電過程中進行的化學反應主要是離子反應。反應的最終產(chǎn)物也因反應條件不同而異。在高溫、高能量密度環(huán)境下處理低濃度有機氣體時，氧化反應起到主導作用，最終的產(chǎn)物主要為CO2和H2O;在低溫低能量密度下處理高濃度的有機氣體時，生成產(chǎn)物的中間體更容易發(fā)生鏈加成反應而生成固態(tài)或者液態(tài)的有機物。因此，在VOCs廢氣處理過程中，通過相關(guān)技術(shù)控制反應條件，對于VOCs的處理至關(guān)重要。

2. 低溫等離子體發(fā)生技術(shù)
在不同的激勵電壓波形下，反應器產(chǎn)生不同的放電模式。低溫等離子體發(fā)生技術(shù)根據(jù)反應器類型主要分為電暈、沿面、介質(zhì)阻擋等幾種形式。在治理多組分VOCs污染氣體時通常采用多種放電方式相結(jié)合的方式， Mizuno等研究采用毛細玻璃石英管和Al2O2球顆粒模擬蜂窩催化劑，通過交、直流電耦合的形式，證明可在催化劑表面產(chǎn)生大面積的等離子體，為凈化汽車尾氣提供了方向與依據(jù)。主要的放電技術(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形式。當電子躍遷產(chǎn)生的空間電荷誘導形成場強與外部施加電場的場強在同一數(shù)量級時，則形成流光電暈。形成的流光等離子體向場強增強的方向運動。據(jù)理論計算，流光等離子體在傳插過程中速度在(0.5～2)106m/s;其頭部的場強通常維持在100～200kV/cm，遠大于外部施加電場產(chǎn)生的自由基等活性子。在流光等離子體產(chǎn)生過程中，需要施加一特定強度的外部電場以產(chǎn)生長距離流光通道。電場場強不能過低，場強過低會使流光不能貫穿于高低壓電極之間，影響放電區(qū)域的大小。
對于直流高壓激勵的等離子體系統(tǒng)，由于電壓的變化速度很低，因此難以得到一個使流光通道形成的峰值場強。在這種情況下，放電裝置會形成以離子電流為主的輝光電暈。輝光電暈的放電區(qū)域僅局限在高壓電極附近，在整個電場內(nèi)產(chǎn)生的自由基較少，不利于氧化VOCs氣體。因此，該技術(shù)主要應用在電除塵領(lǐng)域。有研究發(fā)現(xiàn)空氣中摻雜一定量的二氧化碳會使輝光電暈向流光電暈轉(zhuǎn)變。但該過程極易受到流場分布、氣體成分和電極結(jié)構(gòu)的影響，在實際應用中很難控制放電模式的變化。

②脈沖電暈放電脈沖電暈放電系統(tǒng)中主要采用納秒級脈沖供電系統(tǒng)，系統(tǒng)的放電效率主要受到開關(guān)性能、電源與反應器的匹配性等因素的影響。一般而言，目前常用的開關(guān)有火花開關(guān)、磁壓縮開關(guān)和固體開關(guān)。開關(guān)的選擇一般應優(yōu)先考慮價格成本低、阻抗小、耐受電壓性好、使用壽命長的開關(guān)。同時，也要對反應器進行精密設計，使其與電源進行合理匹配，這樣將極大地提高能量從電源到負載的傳輸效率、延長開關(guān)的使用壽命。
③交直流疊加流光放電交直流疊加流光放電系統(tǒng)過電壓遠小于納秒短脈沖，流光特性也根據(jù)過電壓系統(tǒng)高低有較大差別。在其放電區(qū)域存在約20％的離子電流，能夠同時凈化有機氣體和收集細顆粒物。圖9-3所示為典型的交直流疊加供電電源及相應電壓波形圖。交流電源與直流電源通過一個大電容耦合產(chǎn)生AC/DC電壓波形。這種電源運行的峰值電壓接近閃絡值時，オ會得到較大的等離子體注入功率。偶然的閃絡會使耦合電容向反應器瞬間放電，造成耦合失敗。此外，由于流光AC/DC等離子體是以自持放電的形式從高壓電極隨機產(chǎn)生，電暈電流遠小于納秒短脈沖的供電方式，因此一般單脈沖能量較低。
(2)沿面放電沿面放電反應器的結(jié)構(gòu)主體為致密的陶瓷材料，在陶瓷內(nèi)部埋有金屬板作為接地極，陶瓷一側(cè)的沿面上布置導電條作為高壓電極，另一側(cè)作為反應器的散熱面。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細微的流注通道，進行放電，使氣態(tài)污染物反應降解。20世紀90年代，日本科學家首先在世界上研制出了最先進的“陶瓷沿面放電技術(shù)”，此技術(shù)不僅使氣體放電面積增大，同時電極溫度也較低，
從而大大延長了其使用的壽命。大氣壓下的沿面放電有著很好的工業(yè)應用前景，對于甲苯、丙、氯氟烴等有機廢氣處理效果較好，適合處理CHCl3和CFC-11等難降解有機物。

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