低温等离子废气净化设备的工作原理以及净化工作

发布时间：2022-08-28

[一]、低温等离子净化器的工作原理
低温等离子与催化剂协同催化转化技术一般可以分为3类：(1)低温等离子体反应腔与催化剂载体布置在同一空间；(2)催化剂载体布置在低温等离子体余辉区；(3)低温等离子体反应腔与催化剂载体分开布置。
一种属于一系统，后两种属于两级系统。本文讨论的低温等离子体净化器属于上述两级系统的后者。
1.低温等离子体的净化机理
等离子光氧一体机是指由电子、离子、自由基、激发态粒子等组成的导电流体，整体呈电中性，是不同于气态、液态和固态的第四态。离子、自由基和激发态粒子等都是化学活性较强的物质。根据温度和内部的热力学平衡性，可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。
低温等离子体内部的电子温度远远高于离子温度(电子温度可高达，而离子温度一般只有300~500K)，系统处于热力学非平衡态，整体表现出表面温度较低。
在常压下通过电晕或介质阻挡放电均可产生低温等离子体，产生的低温等离子体中存在大量性较强的自由基(OH，HO2)、臭氧(O3)等，这些具有化学活性的粒子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞并将能量转换成基态分子(原子)的内能，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，从而达到净化物的目的。
2.蜂窝载体催化剂
催化剂多为负载型催化剂，载体是催化剂的一个重要组成部分，早期的载体一般是由活性铝、硅镁等为原材料制得的，但其有耐热性差、强度低、易碎等缺点，到了20世纪80年代后期便被蜂窝式载体所取代。蜂窝式载体根据材质可分为陶瓷式和金属式两种。陶瓷载体是由许多薄壁均等小通道构成整体，具有气流阻力小、几何表面大、无磨损等优点。金属载体具有起燃温度低、起燃、孔壁薄、能提供大的几何表面积、开放的集合结构、比陶瓷蜂窝载体有高抗热冲击的机械强度、预热性能好和压降低等优点。不管是陶瓷蜂窝载体催化剂还是金属蜂窝载体催化剂，其催化原理都是在催化剂表面进行还原反应，将气体中的成分转换成物。
[二]、等离子净化塔的净化工作
等离子净化设备常被视为继固态、液态、气态之后的第四态物质，是外加电压作用于气体达到其着火电压时，气体分子被击穿后产生的包括电子以及各种离子、原子和自由基在内的混合体。低温等离子体有别于受控于热核聚变产生的高温等离子体，高温等离子体的能量要达到10000eV以上，而在工业和研究中用的低温等离子体能量通常在几至几十eV之间。低温等离子体中存在电子、离子、自由基和激发态分子等有化学活性的粒子，利用这些活性粒子，低温等离子体与气体分子(或原子)发生非弹性碰撞，将能量转换成基态分子(或原子)的内能，发生激发、离解、电离等一系列过程，使气体处于活化状态，活化后的气体分子经过等离子体定向链化学反应后被去除。低温等离子体技术具有工艺简单、处理效果好及二次污染少等优点，因此被广泛用于气体净化和污染处理中。
研究表明，用低温等离子体技术处理苯系物，采用线一管式介质阻挡电晕反应器去除苯和，当电场强度为10kV/cm时，去除率达到96.8%，苯去除率达到92.6%。发现在反应条件下低等温等离子体发生器对二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯具有明显的去除效果。
对含有量乙烯和庚烷的空气进行处理，脱除率均能达到以上。用介质阻挡放电反应器对去除甲醛进行了研究，结果表明在操作电压为19kV、甲醛质量浓度为134mg/m3时，短时间甲醛的去除率可高达；对挥发性物净化效果的检测多采用动态在线方式，即载有浓度挥发性物的载气以流速经过低温等离子体发生装置，再利用其通过和出口的浓度差，来计算等离子体对其的净化效率。这种操作方式虽然便捷，但很难准确描述低温等离子体对空间内处于相对静态的挥发性物的净化行为；同时绝大部分研究的对象仍为单一组分的挥发性气体，而实际情况(如工作场所空气)通常为多种挥发性物共存，由于各组分间或协同或竞争的作用，很难用单一挥发性物净化规律的叠加来描述低温等离子体对多组分体系的净化行为，而研究多种挥发性物共同存在的体系具有实际意义。
因此本研究拟从低温等离子体技术实际应用的角度出发，以密闭空间内的、丙酮、乙酸乙酯、四氯化碳为研究对象，考察低温等离子体对其中各组分的净化能力，建立相应的净化动力学曲线并进行拟合，同时对低温等离子体净化密闭空间内多种挥发性物的规律进行初探，以期为利用低温等离子体技术净化工作场所空气中挥发性物提供依据。