等离子体技术在大气污染治理中的应用研究

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　　摘要：随着工业技术的飞速发展，工业生产废气的种类和数量快速增长。就目前我国的大气污染治理现状来看，传统的物理化学方法已经难以符合城市污水处理的需求。这时候，一种全新的技术即等离子技术在大气污染治理方面得到了较为广泛的应用。这种技术具有二次污染较小、能耗较低和效率高的优点。另外，由于该技术能够加快化学反应速率，使大气污染物得到彻底分解，所以该技术的治理效果是较好的。本文首先阐述了等离子技术的特性，并就等离子体技术在大气污染治理中的具体应用进行分析，说明该技术在大气污染治理中具有广阔的应用前景。
　　关键词：等离子体技术；大气污染治理；应用
　　1.等离子体的特性分析
　　等离子体叫做电浆，它是一种离子化气体状物质，其最为突出的特点就是电子温度非常高。正因为如此，它能够使气体状态的物质离子化。通过对等离子体进行观察，不难发现其能够通过裂解得到大量激发状态的粒子。这些粒子的主要特征是活性很高。通过这些粒子的能量，可以打断很多物质的化学键，从而达到对物质化学环境破坏的目的。不仅如此，高活性粒子在200-500摄氏度之间可以生成一些环境亲和性较好的物质。通过对这些新物质进行分析，可知耐磨性和电学特性比较特殊。鉴于此，等离子体就可以应用于有机污染物或无机污染物的转化过程中。等离子体一般可以分为两种，一种是热力学平衡的等离子体，这种等离子体的温度较高，且电子温度与离子温度一样。另外一种是非平衡态的等离子体，这种等离子体的温度较低。
　　2.等离子体技术在治理大气污染方面的应用
　　通过对大气中的主要污染物进行分析，可知其主要有九类污染物。如硫氧化物、碳氧化物、多环芳烃、含卤化合物以及一些放射性物质等。上文已经讲到，等离子体的温度高、能量密度大，所以能够产生大量活性物质，从而对污染物的化学键进行破坏。这种破坏作用是一般的物理和化学反应所达不到的，通过等离子体，大气中的污染物能够得到更为彻底的分解，从而使污染物分解为对环境友好的物质。那么，等离子体技术在治理大气污染方面的应用主要有哪些方面呢？笔者接下来进行具体阐述。
　　2.1等离子体脱硫脱氮技术
　　等离子体脱硫技术首次使用始于上个世纪的70年代，这种技术目前在全球得到了大规模商业化应用。等离子体脱硫技术对于二氧化硫和酸雨的控制起到了重要作用。烟气脱硫在控制二氧化硫的过程中的作用是我们有目共睹的。烟气脱硫技术包括湿法、干法和硫氮联脱法法等，这些方法在美国和日本等发达国家得到了较为广泛的使用。目前，在我国的应用范围较小。
　　2.1.1电子束照射法
　　电子束照射法通过借助电子加速器产生高能电子束，然后对烟气进行辐照，使其产生活性物质，促进分子之间发生化学反应。在这个过程中，烟气是通过静电除尘后进入喷雾冷却塔的。冷却水通过塔顶喷射出来，最终落到塔底部，在到达塔底部之前蒸发气化。然后，把烟气冷却至其饱和温度，最后烟气进入反应器，通过电子束加速器进行高能电子照射。通过对整个过程进行分析可得知，电子束中相当比例的能量被吸收了，产生了较多的离子和自由基以及一些活性物质，NOX被氧化为了硝酸。
　　2.1.2等离子体氧化兼非催化还原法
　　这种方法需要借助还原剂，借助等离子体发生放电反应，最终达到除去废气中有害物质的目的。这种反应会使用到反应器特殊的电极结构，电极结构的尖端会有放大电场产生。在反应器中，废气与还原剂发生接触，在等离子体的作用下，SO2被除掉。在这个过程中，还原剂的主要作用是增强临界状态低于1eV激发能量的反应。
　　2.2等离子体降解挥发性有机化合物
　　在大气污染物中，除了二氧化硫和氮氧化物而具有污染性和毒性之外，挥发性的有机化合物也是大气污染物的重要组成之一。挥发性有机化合物的种类非常多，毒性较强，能够对人体产生危害。除此之外，很多挥发性有机化合物还是城市光化学烟雾产生的元凶。该物质有较大的几率对臭氧层产生破坏作用，最终导致温室效应的产生。目前，就全球有机废气的污染情况来，这种污染已经受到了各国的重视。在最近几年，关于等离子体去除有机污染物的研究一度成为热点。低温等离子体可以将大气中的挥发性有机物除去，最终得到的降解物大部分成分是二氧化碳和水。日本关于静电消除后飞灰中挥发性有机物的变化的研究表明，本为绝缘体的空气可以被离子化，产生的离子会发生电极运动，电极运动的方向为场强较小的方向，在电荷迁移的过程中，VOC离子化得以实现。另外，在针尖处，往往会产生很强的场强，还会有高温高速电子产生。在针尖富集，VOC分子被分解。通过日本进行的这项实验可以知道，通过表面脉冲放电技术，可以去除飞灰中的有机毒性物质。
　　2.3汽车尾气治理
　　2018年，我国小汽车保有量破2亿，随着我国汽车保有量的增加，每年汽车的增长数量是非常惊人的。汽车尾气对于城市的污染较大。通过对汽车排放的黑烟成份进行分析，可知其中主要为颗粒物和一些氮氧化物、一氧化碳等大气污染物。事实上，目前通过等离子体技术，可以使汽车尾气污染得到有效治理。主要运用的方式有两种，一种是机内净化，另外一种是机外净化。其中，机内净化是通过把空气送到内燃机之前，从而实现离子化。这个过程中主要用到了低温等离子体臭氧发生器，它能够把氧气转化为臭氧，最后进入燃烧室，得到负氧离子，促进了汽油燃烧，这样就使发应速率增加。
　　3.小结
　　在大气污染物治理中，等离子技术逐渐成为一种前沿的科学技术。在时间的推移中，这种物质必定会在环境治理中发挥越来越重要的作用。相信随着其他相关技术的发展，该技术必定在大气污染物治理中得到越来越广泛的应用。
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　　（作者单位：东莞市东实新能源有限公司）
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