等离子体技术在废水处理中的应用

在等离子体中，一个带电粒子被一些带相反电荷的粒子包围并中和，因此，它的静电场作用只能在某个距离内，该距离称为德拜长度(λd)。若两个特定粒子间的距离超过λd，周围带电粒子的总体作用会有效地屏蔽这两个粒子，使其无相互作用。

1．4等离子体的发生方法及诊断方法

1．4．1发生方法

等离子体发生方法很多，归纳起来实际应用的有以下3种：

(1)气体放电法在电场作用下气体被击穿，发生电离，形成等离子体。纺织品处理常用的低温等离子体一般由气体放电法发生，如直流辉光放电、高频辉光放电和微波放电。

(2)光致电离法利用各种射线或具有足够能量的入射光子照射，使粒子获得能量后碰撞，引起气体电离。

(3)热致电离法通过热作用使粒子获得足够能量，相互碰撞致电离。

1．4．2诊断方法

为分析加工过程中等离子体的物理和化学过程，需对等离子体进行特性诊断。等离子体特性主要指其内部电子、离子的浓度、温度，以及它们的空间和时间分布。

等离子体常用诊断方法有光谱分析法、质谱分析法和静电探针法等，其中光谱分析法又包括发射光谱法、红外吸收光谱法和激光诱导荧光法等。这些测定方法各有优势，有时需要配合使用。

1．5放电低温等离子体的基本过程

1．5．1辉光放电过程

在两端安装有板状电极的玻璃管内，其中的气体压力在13．3~1333Pa，当接通直流电源后，产生明暗不一的区域。如果放电管两端加上电场，管内存在一个自由电子，会在电场作用下加速。获得一定能量的电子与管内气体分子碰撞，使后者电离产生次级电子，电子再被电场加速又碰撞其它分子，如此下去产生连锁反应，最后达到正常放电。

1．5．2介质阻挡放电

介质阻挡放电(DBD)又称无声放电，是在非平衡高气压下放电。最早用于臭氧发生器上。其物理和化学作用机理直至19世纪中期人们才有所了解。其产生密集微细的脉冲电流，在时间和空间上无序分布，又称微型放电。

DBD放电特点：

(1)高气压放电可产生高密度电子和高密度激发态粒子，特别是可形成多重体(即激发的双体和三体)。

(2)非平衡等离子体在此类放电中，电子通常与每次引发的电场相平衡。几乎所有电能都转移到所产生的富能电子中，使这些电子具有较高的质能(约10eV)。在微放电通道中，这些电子有效地激发原子和分子，并将化学键断裂。但微放电通道以外的原子或分子仍保持高温状态。

(3)平均电子能和电子密度受外部参数影响(包括放电腔尺寸大小)DBD放电可控制这些参数，以达到微细通道放电的最优化。DBD等离子体可用于制备臭氧和产生紫外线等，广泛用于废水处理、环保和电子工业等。

1．5．3电晕放电过程

电晕放电的形成因尖端电极极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同而致。在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集空间电荷。在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，而电极表面则聚集正离子。

电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流，电晕放电可以在大气压下进行，但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场。利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理和空气净化等。

2等离子体降解水中污染物

一些在“三态”条件下不能进行的化学反应可在等离子体状态下进行。等离子体处理污染物兼具物理、化学和生物反应。等离子体降解废水具有操作简单，降解速率快，耗能少，无需其它学试剂，无污染和成本低等优点，尤其当加入Fe2+和Fe3+等具有催化作用的金属离子后，降解速率更快，仅需几分钟即可完成降解过程。

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