低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的研究進(jìn)展

陸正盛

摘 要：隨著環(huán)境污染的越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)家不得不對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題引起高度重視。低溫等離子技術(shù)是一種用來(lái)處理環(huán)境污染的高新技術(shù)。這種高新的技術(shù)融合了物理學(xué)、化學(xué)、生物、環(huán)境化學(xué)于一體的高新科學(xué)技術(shù)。這種技術(shù)在環(huán)境中的應(yīng)用非常廣泛，能夠有效去除苯系列的，工業(yè)中的廢渣、廢氣、廢水等污染物。只有掌握好低溫等離子的空氣凈化原理，才能有效去除環(huán)境中的有機(jī)物氣體。

關(guān)鍵詞：低溫；等離子體；技術(shù)；環(huán)境工程；研究進(jìn)展

引言

低溫等離子體是一種非平衡狀態(tài)的等離子體，在廢渣、廢氣、廢水等工業(yè)三廢的處理過(guò)程中，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。只有通過(guò)不同等離子體的放電種類和放電原理進(jìn)行分析和比較，才能總結(jié)出不同的低溫等離子體在不同廢棄物中的處理優(yōu)勢(shì)。

1 低溫等離子體概述

當(dāng)電離氣體有著相等的正負(fù)電荷，電離度在千分之一以上時(shí)，就屬于等離子體。對(duì)于等離子體來(lái)說(shuō)，它的組成部分有很多，其中就要包含離子、電子、光子、中性原子、自由基等等。如果正離子的電荷數(shù)同電子的電荷數(shù)是一樣的，那么，在整體上，呈現(xiàn)出來(lái)的就是電中性。同時(shí)，低溫等離子體的形態(tài)很特別，既不是氣態(tài)，也不是固態(tài)，更不是液態(tài)。在物質(zhì)存在的形態(tài)里面，它屬于這三種形態(tài)之外的一種形態(tài)。等離子體的特點(diǎn)較為突出，包括：在導(dǎo)電方面具有較強(qiáng)的性能，作為導(dǎo)電流體來(lái)說(shuō)是非常優(yōu)秀的，有鑒于此，可以將其應(yīng)用在磁流體發(fā)電方面；電離氣體在熱效應(yīng)方面也有一些體現(xiàn)；等離子體既不是氣體、也不是固體、更不是液體，它是物質(zhì)的第四種形態(tài)。低溫的等離子體含有電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子，呈現(xiàn)電中性，但是很容易與其他的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，性質(zhì)比較活潑，反應(yīng)的速度較快。

2 離子體的分類

一般情況下，把離子體按照熱力學(xué)平衡的不同進(jìn)行分類，可以分為高溫等離子體、低溫等離子體、熱等離子體等三種離子類型。高溫等離子體又叫做完全熱力學(xué)等離子體，低溫等離子體又叫非熱力學(xué)等離子體，熱等離子體又叫做局部熱力學(xué)平衡等離子體。低溫等離子體的表面溫度比較低，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用范圍非常的廣泛。低溫等離子體可以用來(lái)對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行雕刻、可以對(duì)材料表面進(jìn)行改性、可以對(duì)廢氣、廢水進(jìn)行處理、制備臭氧等。

3 低溫等離子體的放電技術(shù)

3.1 放電類型

低溫等離子的放電技術(shù)主要是指在電場(chǎng)作用下使氣體電離，形成具有一定電導(dǎo)率的帶電氣體，氣體放電的類型主要有輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、滑動(dòng)電弧放電等五種基本的類型。氣體放電的具體形式是根據(jù)電場(chǎng)的參數(shù)決定。等離子體的形態(tài)不同，對(duì)應(yīng)的直流伏安特性也不同。

3.2 輝光放電

輝光放電是屬于低氣壓發(fā)電的，輝光放電的本質(zhì)就是等離子體能夠發(fā)光，放電本質(zhì)就是原子或分子間的碰撞能夠產(chǎn)生可見光。輝光放電的能級(jí)要高于電暈放電。輝光放電的工作壓力非常低，構(gòu)造的原理也非常的簡(jiǎn)單，只要在封閉的容器里放置兩塊平行的電極板，使中性的原子和分子在電子的作用下由激發(fā)態(tài)向基態(tài)轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中就會(huì)釋放出能量，發(fā)出可見光。輝光放電受到低氣壓的影響，在日常生活中不能廣泛應(yīng)用。輝光放電分為兩種形式，一種是大氣壓輝光放電，一種是低氣壓輝光放電。大氣壓輝光放電與低氣壓輝光放電相比，低氣壓輝光放電成本較為高昂，大氣壓輝光放電生產(chǎn)成本和營(yíng)運(yùn)成本都比較低廉。因而，在生活中的適用范圍比較廣泛，可以采用輝光放電技術(shù)來(lái)制備臭氧、滅菌、消毒、進(jìn)行空氣凈化、進(jìn)行水處理等。

3.3 滑動(dòng)電弧放電

滑動(dòng)電弧放電是指電極上的電壓超過(guò)了最小的擊穿電壓，電壓越高，電子流過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間越短。電極兩端的高電壓會(huì)使在電極間流動(dòng)的氣體在電極最窄處被擊穿，電源擊穿后，就會(huì)以中等電壓提供強(qiáng)有力的能夠產(chǎn)生電弧的大電流，電弧熄滅后，重新起弧，周而復(fù)始，這種在兩個(gè)電極間產(chǎn)生電弧擊穿的通道放電的現(xiàn)象就叫做電弧放電。

3.4 低溫等離子體的介質(zhì)阻擋放電

在兩個(gè)放電電極之間充滿氣體，并在電極上覆蓋絕緣物，在兩個(gè)電極上加上足夠大的電壓和電流，讓電極之間的氣體被擊穿而產(chǎn)生電流，電極之間的氣體是介質(zhì)，讓這種介質(zhì)放電，就是低溫等離子體的介質(zhì)放電原理。放電的電荷會(huì)在阻擋介質(zhì)表面積累，形成電場(chǎng)。在介質(zhì)表面形成的是反向電場(chǎng)，影響了電荷的傳播，使這些電荷不能夠形成電流，大部分以微電的形式存在，介質(zhì)放電原理的使用條件很寬裕，不需要真空的環(huán)境，只要在大氣壓條件下，或者高于大氣壓的條件下，都能夠產(chǎn)生介質(zhì)放電。介質(zhì)放電原理在汽車的尾氣處理、臭氧制備、溫室氣體處理、污染物氣體處理等方面應(yīng)用十分廣泛。介質(zhì)阻擋放電原理放電穩(wěn)定、能效較高。

4 低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

4.1 低溫等離子技術(shù)可以對(duì)廢氣進(jìn)行處理

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷快速迅猛發(fā)展，在石油、油漆、印刷、涂料中產(chǎn)生了大量的廢氣，這些揮發(fā)性的有機(jī)物氣體，隨風(fēng)漂移，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染。直接對(duì)人體的健康造成了危害。這些有機(jī)物氣體讓大氣逐漸惡化，形成了酸雨。二氧化碳的大量排放，是全球的氣溫變化的主要原因。這些有機(jī)物氣體的危害嚴(yán)重，已經(jīng)引起了世界各個(gè)國(guó)家的關(guān)注。低溫等離子技術(shù)是一種可行的、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的處理辦法。

汽車尾氣污染在全球都是引人關(guān)注的話題，汽車尾氣的排放物主要有氮氧化物、一氧化碳、黑煙顆粒等有機(jī)廢物，在汽車尾氣處理過(guò)程中，可以利用低溫等離子體介質(zhì)阻擋放電原理將汽車的尾氣處理成氮?dú)狻⒍趸?、水等沒(méi)有危害或者危害很小的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用可以有效去除廢氣物中的污染氣體。

4.2 低溫等離子體技術(shù)可以處理廢水

當(dāng)前，水資源的污染嚴(yán)重是世界各個(gè)國(guó)家都普遍關(guān)注的話題，在水污染問(wèn)題中，污染最為嚴(yán)重的是有機(jī)物的水污染問(wèn)題，這些有機(jī)物的污染在水域環(huán)境中存在時(shí)間長(zhǎng)、危害范圍大、危害的范圍廣、污染嚴(yán)重、污染物難以降解。

低溫等離子體的廢水處理技術(shù)是一種多種作用融于一體的處理技術(shù)，低溫等離子技術(shù)具有高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光分解等作用，低溫等離子體處理廢水技術(shù)研究表明，大分子物質(zhì)可以降解為小分子物質(zhì)，芳香類物質(zhì)可以降解為有機(jī)酸。

低溫等離子體能夠?qū)λ廴局械挠袡C(jī)物進(jìn)行有效的降解，將有機(jī)物分解為危害比較小的有機(jī)物或者無(wú)機(jī)物。低溫等離子體中大量存在的高能電子將大分子有機(jī)物降解為小分子物質(zhì)。目前，低溫等離子技術(shù)對(duì)污水的處理還處于試驗(yàn)階段，各個(gè)專家都從各自的專業(yè)領(lǐng)域，證明了低溫等離子體降解污染物的有效性。低溫等離子體技術(shù)中的脈沖電暈放電可以有效降解燃料污染物中的酚酞物質(zhì)。一般來(lái)講當(dāng)脈沖峰值在38千伏時(shí)，只需要一分鐘左右，就可以將污染物中難以降解的物質(zhì)完全脫色。

4.3 低溫等離子體在臭氧制備方面的應(yīng)用

臭氧在日常生活中的應(yīng)用很廣泛，臭氧具有強(qiáng)氧化性，是一種強(qiáng)氧化劑，能夠加速其他物質(zhì)反應(yīng)，提高其他物質(zhì)的反應(yīng)速率，是一種催化劑。臭氧還能使其他物質(zhì)脫色，常用來(lái)作為脫色劑。臭氧能夠去除空氣中的臭味，可以作為除臭劑。

低溫等離子體制備臭氧的技術(shù)應(yīng)用很廣泛，臭氧制備器就是采用低溫等離子體技術(shù)的放電原理來(lái)制備臭氧的，但是低溫等離子體制備臭氧的反應(yīng)發(fā)生器的費(fèi)用較高，在工業(yè)的制備臭氧的應(yīng)用上受到了限制。

5 結(jié)束語(yǔ)

低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用十分廣泛，目前，低溫等離子技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，要加快低溫等離子體技術(shù)的發(fā)展，利用低溫等離子體技術(shù)處理環(huán)境污染。低溫等離子體技術(shù)是一種新的技術(shù)，這種技術(shù)的投入必將提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭光，趙忠林，王祖兵.低溫等離子體技術(shù)去除作業(yè)環(huán)境中苯系物氣體的研究進(jìn)展[J].職業(yè)衛(wèi)生與應(yīng)急救援，2015，02：92-95.