用于污染治理的非平衡等离子体处理技术

采用等离子体辅助处理工艺可以减轻大气污染造成的环境破坏。等离子体可以产生大量的活性组分。与传统的热激发方法相比,等离子体处理工艺可提供更多的反应消解途径。

非平衡等离子体中的电子能量分布不同于重粒子,且二者处于不平衡状态,因此可以认为含电子气体的温度远高于含中性粒子和离子的气体。由此可引导高能电子通过碰撞作用激发气体分子,或使气体分子发生分解和电离。上述过程中所产生的自由基则可分解污染物分子。等离子体的化学效应可以实现物质的化学转化。与仅依靠等离子体的热效应进行分子分解相比,利用等离子体的化学效应实现物质转化的效率更高。许多情况下,有毒污染物分子十分稀薄,在这种情况下采用等离子体辅助处理是一种事半功倍的方法,其效果类似于焚烧炉采用的焚烧工艺。

低温等离子体处理工艺采用高能电子轰击载气(氮气和氧气),使其发生电离和分解,随后自由基/离子与目标气体分子发生反应;工艺中要生成大量不可利用的离子/自由基,同时耗费大量电能。因此,美国橡树岭国家实验室研究人员认为,尽管低温等离子工艺优于热等离子体工艺,但是其能量利用率太低。目前橡树岭实验室正在努力开发一种新型等离子体化学处理工艺,该工艺的基础在于橡树岭国家实验室的近期发现,即对于特定分子,在电子处于高激发态时,会产生极大的附着电子的等离子体横截面。此外,相关科研人员正在研究采用放电效应的靶向激发应以及亚稳态稀有气体的激发转移效应,可以精确激发靶向气体,而不会在含有氮气和氧气的载气上浪费能量,因此可大幅度降低处理成本。

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