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深入了解废气处理中低温等离子技术
电场激发的电子,自由基受激分子(主要是O3等)等活性物质是低温等离子体技术净化有机废气的关键。VOCs基团的解离困难一方面取决于电子的能量,另一方面取决于分子中化学键的键能。电子在放电过程中获得的能量主要集中在2至12eV之间,而VOCs分子分解所需的能量恰好在该区域内。当前,产生低温等离子体的常用方法是电晕放电和介电势垒放电。电晕放电是在大气压或高于大气压的情况下,在电极表面使用曲率半径小的电极,例如针状电极或细丝状电极。由于放电空间中的电场不均匀,电离过程主要限于局部电场。靠近高电极,尤其是靠近电极或曲率半径小的薄层并伴有明显的明亮放电,通常在高压下发生(大于5kv)和更高频率(20-40kHz)的条件下。
介电势垒放电是一种气体放电,由电极上的绝缘介质覆盖或悬浮在放电空间中。当在电极上施加足够高的交流电压时,电极之间的气体将被电离,电极之间的介质可以存储能量,从而限制了放电电流的自由增长,进而产生了大量的细丝短暂的延迟。脉冲微放电均匀且稳定地充满了整个放电间隙,同时可以抑制火花或电弧的产生。
使用介电势垒放电方法的等离子体反应器通常使用抗腐蚀的介电材料,例如陶瓷和石英。电极不直接与废气接触,可以在一定程度上避免设备腐蚀问题。电晕放电技术(或针尖放电类型)通常使用气体直接与电极接触。即使通过的气体没有腐蚀性,等离子体中的活性强氧化性物质(例如臭氧)也可能腐蚀电极。相对而言,使用介电势垒放电方法比电晕放电方法(例如尖端放电)更安全。
值得注意的是,低温等离子体技术主要破坏了有机分子中的化学键,但还不能完全将有机物质矿化成CO2和H2O。以某处理项目为例,非甲烷总烃的去除率仅为45%,恶臭的去除率可达到93%。这主要是因为在处理了非甲烷总烃后,大分子变成了小分子,仍然通过色谱法检测为非甲烷总烃。分解过程中产生的一些臭味副产品(如臭氧)也会引起恶臭。去除率有一定的影响。因此,严重的低温等离子体技术供应商通常还会在等离子体反应器之前配置一个预处理系统,以有效去除废气中的灰尘和水分,并在反应器之后配置一个后处理系统,以扩展废气和活性,物质的反应时间以及过量的活性物质(主要是臭氧)被分解并消除。
气体中出现的自由电子只能从一定强度的电场中获取能量,成为高能电子,然后它们才能与气体分子发生碰撞,将能量转移到分子中,并释放出气体分子中的外电子来自细胞核。许多自由电子和带正电的离子。增加频率将增加每单位时间局部放电的平均次数,并且放电的重复率将增加。然而,研究结果表明,当电压恒定时,污染物的去除率会随着频率的增加而先增大然后减小。在实际应用中,应充分考虑电源与等离子体反应器之间的匹配关系,并应充分考虑共振的影响。