低温等离子体技术及在空气污染控制中的应用

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1、低温等离子体技术及在空气污染控制中的应用刘道清，季学李(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)摘要：本文概述了等离子体的发展历史、概念及分类，介绍了低温等离子体的产生方法及其分解气态污染物的基本原理，详细分析了低温等离子体在空气污染控制领域的应用研究进展，并在此基础上提出了目前存在的问题及今后研究的方向。关键词：低温等离子体；气态污染物；处理技术中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1001．3644{2004)03—0001—04ColdPlasmaandItsApplicationinAirPollutionControlLIUDao-qing．JI

2、Xue-li(SchoolofEnvironmentalS[andEngineering，TongfiUniversity，,Shanghai200092，China)Abstract：Theconceptandhistoryofplasma，preparationmethodandmechanismintreatmentofwastegaswithcoldplasmaaleintroduced．Theprogressandstatusofresearchoncoldplasmaanditsapplicationinairpollutioncontrolarerevi

3、ewedindetail．Theexistingproblemsandfutureresearchfieldofcoldplasmaarealsopointedout．Keywords：Coldplasma；gaseouspollutant；treatmenttechnology1前言2O世纪6O年代形成的等离子体化学是基于高能物理、放电物理、放电化学、反应工程学、高压脉冲技术等领域的一门交叉科学。利用等离子体净化气态污染物自7O年代开始研究以来，显示出了独特的优点和良好的发展前景。目前有的已经进入应用阶段，但大多数于研究开发阶段。研究结果表明，等离子体法具有处理流程

4、短、效率高、能耗低、适用范围广等优点，等离子体既可用于处理废气，又可用于处理废水、固体废物、污泥，甚至放射性废物2等离子体概述2．1等离子体的发展历史1808年Davy研究稳态直流弧光放电，便开始了对等离子体的科学研究。”等离子(Plasma)”术语是在19世纪3O年代由Langmuir提出的，含义是指离子和电子群的近似电中性的集合体。1879年，Crookes认为等离子体是物质的第四态。到了2O世纪7O年代，等离子体物理成为了物理学的独立分支学科5。近2O年来，由于材料科学和电力电子技术等相关学科取得了较大发展，促进了对等离子体的研究，使得等离子在工业上获得了广泛的

5、应用。2．2等离子体的分类等离子体是由气体分子受热或外加电场及辐射等能量激发而离解、电离形成的电子、离子、原子(基态或激发态)、分子(激发态或基态)及自由基等组成的导电性流体。按粒子的温度，等离子体可分为热平衡等离子体(Thermalequilibriumplasma)或热等离子(Thermalplasma)和非平衡等离子体(Non-equip—libriumplasma)或低温等离子体(Coldplasma)。在热平衡等离子体中，电子与其它粒子的温度相等，一般在5000K以上。在非平衡等离子体中，电子温度一般要高达数万度，而其它粒子的温度只有300～500K。按产生

6、源，等离子体又可分为辐射等离子体(Radia—tionplasma)和放电等离子体(Dischargeplasma)。2．3低温等离子体的产生方法低温等离子体主要是由气体放电产生的，所谓气体放电是指，通过某种机制使一个或几电子从气体原子或分子中电离出来，形成的气体媒质称为电离气体，如果电离气体由外电场产生并形成传导电流，这种现象称为气体放电。放电方式可分为辉光放电(Glowdischarge)、电晕放电(Coronadischarge)、介质阻挡放电(Dielectricbarrierdischarge，DBD)、射频放电(Radiofrequencydischarg

7、e)及微波放电(Microwavedischarge)等。辉光放电通常在低气压下进行，所需的放电电压较低、电子的能量也较低；电晕放电在常压下进行，但能量过于集中，很难获得大体积的等离子体；介质阻挡放电则结合了前两者的优点，可以在常压下产生大面积的低温等离子体；射频放电和微波放电常用于无电极放电，可获得纯净的等离子体。3低温等离子体分解气态污染物的机理低温等离子体中存在很多电子、离子、活性基和激发态分子等有极高化学活性的粒子，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。低温等离子体化学净化是利用数万度的高能电子与气