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2等离子体降解机理
低温等离子技术是由高能电子引起的化学反应,依靠等离子体在瞬间产生的强大电场能量电离、裂解,使正负粒子无法集结在一起成为可以自由移动的离子,从而破坏污染物分子结构。因其工艺简单、成本低,目前被认为是开创了一种全新的技术创新领域。等离子体是由大量的电子、离子、负离子、电子、中性原子的集合组成,正、负总电荷数相等,整体呈电中性的电离气体。低温等离子体是指电子温度远大于离子温度,整个体系表观温度较低,故称为低温等离子体。
从物理学的角度,对于低温等离子体去除污染物的机理一般认为是通过气体放电产生的高能电子激发来完成的。气体中的电子在高压电场中被加速之后与周围的分子、原子、电子等粒子发生非弹性碰撞和弹性碰撞,其中分子、原子被激发、离解和电离之后产生更多的自由电子,而新产生的电子又被高压电场加速,再次发生碰撞、激发和电离使气体分子或原子激发到更高的能级。其中高能电子起主导作用,其化学反应过程分为两个方面:
(1)高能级电子直接作用污染物分子
e+污染物分子→碎片分子
(2)高能级电子间接作用氧化污染物分子
e+O2(N2,H2O)→
O+N+OH+O3+污染物分子中性分子
O(N,OH,O3)+污染物分子→碎片分子
高能电子撞击背景气体中的O2、N2和H2O生成O、N、OH和O3等活性粒子,通过这些强氧化性的自由基与污染物基团或分子发生一系列反应,最终将污染物彻底氧化。
低温等离子体的产生方式是通过滑动弧放电、射频放电、辉光放电、电晕放电和介质阻挡放电等气体放电。其中,用于处理挥发性有机物的主要是电晕放电和介质阻挡。
电晕放电是当在电极两端加上较高但是未达击穿的电压时,局部电场强度超过了气体电离场强,使气体发生了电离和激励,电极附近的气体介质会被局部击穿出现电晕放电。当部分的活性电子与VOCs中具有与C—H、C—C或C=C键相近或相同的键能时,就会打破这些键,进而破坏VOCs的结构。这其中的自由基就可以与有机物分子或基团发生一系列的反应,最终将有机物彻底氧化,将有毒有害污染物转化为CO2、H2O等无毒无害物质。
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