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    等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用研究

    2019-04-16 10:27:52王剛
    科學(xué)與技術(shù) 2019年15期
    關(guān)鍵詞:應(yīng)用

    王剛

    摘要:隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)廢氣的種類和數(shù)量快速增長(zhǎng)。就目前我國(guó)的大氣污染治理現(xiàn)狀來(lái)看,傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法已經(jīng)難以符合城市污水處理的需求。這時(shí)候,一種全新的技術(shù)即等離子技術(shù)在大氣污染治理方面得到了較為廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)具有二次污染較小、能耗較低和效率高的優(yōu)點(diǎn)。另外,由于該技術(shù)能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率,使大氣污染物得到徹底分解,所以該技術(shù)的治理效果是較好的。本文首先闡述了等離子技術(shù)的特性,并就等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析,說(shuō)明該技術(shù)在大氣污染治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞:等離子體技術(shù);大氣污染治理;應(yīng)用

    1.等離子體的特性分析

    等離子體叫做電漿,它是一種離子化氣體狀物質(zhì),其最為突出的特點(diǎn)就是電子溫度非常高。正因?yàn)槿绱?,它能夠使氣體狀態(tài)的物質(zhì)離子化。通過(guò)對(duì)等離子體進(jìn)行觀察,不難發(fā)現(xiàn)其能夠通過(guò)裂解得到大量激發(fā)狀態(tài)的粒子。這些粒子的主要特征是活性很高。通過(guò)這些粒子的能量,可以打斷很多物質(zhì)的化學(xué)鍵,從而達(dá)到對(duì)物質(zhì)化學(xué)環(huán)境破壞的目的。不僅如此,高活性粒子在200-500攝氏度之間可以生成一些環(huán)境親和性較好的物質(zhì)。通過(guò)對(duì)這些新物質(zhì)進(jìn)行分析,可知耐磨性和電學(xué)特性比較特殊。鑒于此,等離子體就可以應(yīng)用于有機(jī)污染物或無(wú)機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中。等離子體一般可以分為兩種,一種是熱力學(xué)平衡的等離子體,這種等離子體的溫度較高,且電子溫度與離子溫度一樣。另外一種是非平衡態(tài)的等離子體,這種等離子體的溫度較低。

    2.等離子體技術(shù)在治理大氣污染方面的應(yīng)用

    通過(guò)對(duì)大氣中的主要污染物進(jìn)行分析,可知其主要有九類污染物。如硫氧化物、碳氧化物、多環(huán)芳烴、含鹵化合物以及一些放射性物質(zhì)等。上文已經(jīng)講到,等離子體的溫度高、能量密度大,所以能夠產(chǎn)生大量活性物質(zhì),從而對(duì)污染物的化學(xué)鍵進(jìn)行破壞。這種破壞作用是一般的物理和化學(xué)反應(yīng)所達(dá)不到的,通過(guò)等離子體,大氣中的污染物能夠得到更為徹底的分解,從而使污染物分解為對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)。那么,等離子體技術(shù)在治理大氣污染方面的應(yīng)用主要有哪些方面呢?筆者接下來(lái)進(jìn)行具體闡述。

    2.1等離子體脫硫脫氮技術(shù)

    等離子體脫硫技術(shù)首次使用始于上個(gè)世紀(jì)的70年代,這種技術(shù)目前在全球得到了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。等離子體脫硫技術(shù)對(duì)于二氧化硫和酸雨的控制起到了重要作用。煙氣脫硫在控制二氧化硫的過(guò)程中的作用是我們有目共睹的。煙氣脫硫技術(shù)包括濕法、干法和硫氮聯(lián)脫法法等,這些方法在美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較為廣泛的使用。目前,在我國(guó)的應(yīng)用范圍較小。

    2.1.1電子束照射法

    電子束照射法通過(guò)借助電子加速器產(chǎn)生高能電子束,然后對(duì)煙氣進(jìn)行輻照,使其產(chǎn)生活性物質(zhì),促進(jìn)分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中,煙氣是通過(guò)靜電除塵后進(jìn)入噴霧冷卻塔的。冷卻水通過(guò)塔頂噴射出來(lái),最終落到塔底部,在到達(dá)塔底部之前蒸發(fā)氣化。然后,把煙氣冷卻至其飽和溫度,最后煙氣進(jìn)入反應(yīng)器,通過(guò)電子束加速器進(jìn)行高能電子照射。通過(guò)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析可得知,電子束中相當(dāng)比例的能量被吸收了,產(chǎn)生了較多的離子和自由基以及一些活性物質(zhì),NOX被氧化為了硝酸。

    2.1.2等離子體氧化兼非催化還原法

    這種方法需要借助還原劑,借助等離子體發(fā)生放電反應(yīng),最終達(dá)到除去廢氣中有害物質(zhì)的目的。這種反應(yīng)會(huì)使用到反應(yīng)器特殊的電極結(jié)構(gòu),電極結(jié)構(gòu)的尖端會(huì)有放大電場(chǎng)產(chǎn)生。在反應(yīng)器中,廢氣與還原劑發(fā)生接觸,在等離子體的作用下,SO2被除掉。在這個(gè)過(guò)程中,還原劑的主要作用是增強(qiáng)臨界狀態(tài)低于1eV激發(fā)能量的反應(yīng)。

    2.2等離子體降解揮發(fā)性有機(jī)化合物

    在大氣污染物中,除了二氧化硫和氮氧化物而具有污染性和毒性之外,揮發(fā)性的有機(jī)化合物也是大氣污染物的重要組成之一。揮發(fā)性有機(jī)化合物的種類非常多,毒性較強(qiáng),能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生危害。除此之外,很多揮發(fā)性有機(jī)化合物還是城市光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的元兇。該物質(zhì)有較大的幾率對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞作用,最終導(dǎo)致溫室效應(yīng)的產(chǎn)生。目前,就全球有機(jī)廢氣的污染情況來(lái),這種污染已經(jīng)受到了各國(guó)的重視。在最近幾年,關(guān)于等離子體去除有機(jī)污染物的研究一度成為熱點(diǎn)。低溫等離子體可以將大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物除去,最終得到的降解物大部分成分是二氧化碳和水。日本關(guān)于靜電消除后飛灰中揮發(fā)性有機(jī)物的變化的研究表明,本為絕緣體的空氣可以被離子化,產(chǎn)生的離子會(huì)發(fā)生電極運(yùn)動(dòng),電極運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)較小的方向,在電荷遷移的過(guò)程中,VOC離子化得以實(shí)現(xiàn)。另外,在針尖處,往往會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng),還會(huì)有高溫高速電子產(chǎn)生。在針尖富集,VOC分子被分解。通過(guò)日本進(jìn)行的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以知道,通過(guò)表面脈沖放電技術(shù),可以去除飛灰中的有機(jī)毒性物質(zhì)。

    2.3汽車尾氣治理

    2018年,我國(guó)小汽車保有量破2億,隨著我國(guó)汽車保有量的增加,每年汽車的增長(zhǎng)數(shù)量是非常驚人的。汽車尾氣對(duì)于城市的污染較大。通過(guò)對(duì)汽車排放的黑煙成份進(jìn)行分析,可知其中主要為顆粒物和一些氮氧化物、一氧化碳等大氣污染物。事實(shí)上,目前通過(guò)等離子體技術(shù),可以使汽車尾氣污染得到有效治理。主要運(yùn)用的方式有兩種,一種是機(jī)內(nèi)凈化,另外一種是機(jī)外凈化。其中,機(jī)內(nèi)凈化是通過(guò)把空氣送到內(nèi)燃機(jī)之前,從而實(shí)現(xiàn)離子化。這個(gè)過(guò)程中主要用到了低溫等離子體臭氧發(fā)生器,它能夠把氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧,最后進(jìn)入燃燒室,得到負(fù)氧離子,促進(jìn)了汽油燃燒,這樣就使發(fā)應(yīng)速率增加。

    3.小結(jié)

    在大氣污染物治理中,等離子技術(shù)逐漸成為一種前沿的科學(xué)技術(shù)。在時(shí)間的推移中,這種物質(zhì)必定會(huì)在環(huán)境治理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。相信隨著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,該技術(shù)必定在大氣污染物治理中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

    參考文獻(xiàn)

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    (作者單位:東莞市東實(shí)新能源有限公司)

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