低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境污染物治理中的應用研究進展

陸敏華

摘? 要：文章針對環(huán)境污染物治理問題，從低溫等離子體技術(shù)概述、該技術(shù)在環(huán)境污染物治理中的具體應用等方面進行分析。實踐表明，在廢水、廢氣等污染物治理中應用低溫等離子體技術(shù)，能有效分解污染物分子，保護生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：低溫等離子體技術(shù);污染物治理;應用

隨著環(huán)境污染的嚴重化，國家不斷提高著對環(huán)境污染問題的重視度。低溫等離子體技術(shù)是一種處理環(huán)境污染物的新技術(shù)，適用性高，耗能少，能去除工業(yè)中的廢水、廢氣等污染物。為充分發(fā)揮出該技術(shù)的空氣凈化原理，需要相關(guān)人員加深對其的認識，了解其在環(huán)境工程中的應用范圍，以下就此內(nèi)容展開分析。

1、低溫等離子體技術(shù)概述

1.1低溫等離子體內(nèi)涵

所謂等離子體，是指代電離度>0.1%，自身正負電荷相同的氣體，包括自由基、光子、離子等，若正離子和電子的電荷數(shù)一樣，就會呈現(xiàn)出電中性。低溫等離子體形態(tài)特別，不是固態(tài)、氣態(tài)，也不是液態(tài)。在物質(zhì)的3種形態(tài)中，低溫等離子體屬于其中一種，導電性能強，可用于磁流體發(fā)電;由于內(nèi)含離子、電子等分子，易和其他物質(zhì)發(fā)生反應，性質(zhì)活潑，反應速度快。

1.2污染物去除機理

低溫等離子體去除污染物的機理是：結(jié)合外加電場，介質(zhì)放電而成的攜能電子轟擊污染物分子，使解離、電離等相互反應，從而生成各種不同的反應，致使繁瑣、復雜的污染物分子分解成安全系數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單的小分子，實現(xiàn)降解污染物的目的[1]。電離反應后，電子的平均能量為5ev，在合理的調(diào)控條件下，達到正常條件下速度緩慢或無法進行的反應。總的來講，低溫等離子體技術(shù)在污染物的治理中具有重要作用，并獲得了國內(nèi)外的認可。

1.3離子體的分類

一般來講，按熱力學平衡的不同，可將離子體分為3種類型，即熱等離子體、低溫等離子體、高溫等離子體。其中，低溫等離子體表面溫度低，應用范圍廣，可處理廢氣和廢水、雕刻半導體、合成臭氧等。

2、低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境污染物治理中的應用

2.1在廢氣處理中的應用

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，在涂料、石油等材料中產(chǎn)生大量廢氣，在風力的影響下不斷擴散，污染大氣環(huán)境，危害人體健康。實踐證實，氣態(tài)污染物包括有機、無機等有害氣體，其中無機物通過等離子體生成的氧自由基，和氮氧化物、硫氧化物發(fā)生反應，在水、氨氣的作用下形成硫酸鹽，并轉(zhuǎn)為無害物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，催化劑在有害氣體的消除和降解中具有重要作用;有機物利用等離子體生成的高能電子，與VOC分子相互碰撞，形成激發(fā)態(tài)分子，并加大其內(nèi)能，產(chǎn)生活性物。另外，通過和其他物質(zhì)的作用，形成水、二氧化碳等。曾有學者利用等離子體，配以納米技術(shù)對甲苯進行處理，結(jié)果顯示：若電場強度為14.3kv/cm，使用催化劑等填料填充操作，降解率高達95.0%，成效理想。

2.2在臭氧合成中的應用

在日常生活中，臭氧應用廣泛，其屬于強氧化劑，可用于水的深層處理，也可用于漂白造紙漿，市場前景廣闊。臭氧合成和應用是等離子體的典型案例，介質(zhì)阻擋放電是生成臭氧的主要手段。通過多年探索發(fā)現(xiàn)，臭氧發(fā)生器的發(fā)展走向為：放電間隙狹小、運動功能理想、電暈功率突出等。低溫等離子體合成臭氧技術(shù)應用廣泛，使用低溫等離子體技術(shù)的放電原理操作，但是費用高，應用受到一定限制。某學者在研發(fā)臭氧發(fā)生器時，借用介質(zhì)阻擋中的放電形式，提高了臭氧產(chǎn)生效率。此類放電形式以水層為地電極，金屬為高壓電極，經(jīng)由高壓電（加交流）使水層表面出現(xiàn)Taylor椎，引起放電現(xiàn)象，生成臭氧（濃度1.2%）。

2.3在廢水處理中的應用

目前，水資源污染是各國廣泛關(guān)注的問題，其中有機物水污染問題最為嚴重。在水域環(huán)境中，有機物污染具有難以降解、存在時間長、危害范圍廣等特點。在廢水處理過程中，低溫等離子體技術(shù)具有分解紫外線、電子輻射高能等作用，能將大分子物質(zhì)降解為小分子，而且芳香類物質(zhì)也能降解為有機酸[2]。對于水資源中的有機物，該技術(shù)也能發(fā)揮降解作用，將有機物分解為危害小的無機物、有機物?，F(xiàn)階段，低溫等離子體技術(shù)在污水處理中的應用尚處于研發(fā)階段，各位專家從多個領(lǐng)域，證實了其在污染物降解中的作用。曾有學者針對脈沖降解對有機廢水的處理開展研究，結(jié)果顯示：利用高壓毫微妙脈沖處理印染廢水，可以將燃料中的大分子轉(zhuǎn)為小分子。若處理時間足夠，還能將分子中的芳香物質(zhì)降解為酚酞物質(zhì)，說明電暈放電能破壞燃料分子。一般來講，當脈沖峰值處于38千伏時，僅需要1min就能使污染物中的物質(zhì)徹底脫色。

2.4在其它方面的應用

第一，汽車廢氣。汽車尾氣污染是一個嚴重問題，排放物有一氧化碳、氮氧化物等。運用低溫等離子體技術(shù)處理汽車尾氣時，使用介質(zhì)阻擋放電原理還原尾氣內(nèi)的污染物，并將其分解為無危害或危害小的成分，不僅能有效去除黑煙，還能脫掉氮氧化合物、一氧化碳，減少汽車尾氣的處理費用;用粉煤灰取代催化劑，能夠提高污染物的去除效果，提升尾氣的治理水平。

第二，工業(yè)化層面。等離子技術(shù)是一種高新技術(shù)，是當下國內(nèi)外的研究重點。在上世紀中期，就已經(jīng)有學者著手研究等離子體內(nèi)容，中后期開始利用該技術(shù)處理環(huán)境問題[3]。但是，多數(shù)研究仍處于理論層面，部分處于嘗試階段，僅個別步入商業(yè)化階段。截至目前，我國尚無和工業(yè)化相關(guān)的設備，只瑞士實現(xiàn)了低溫等離子體的商業(yè)化，研發(fā)出商業(yè)化產(chǎn)品，并廣泛用于環(huán)境污染物的治理中，例如有毒物質(zhì)過濾、空氣凈化等。

3、結(jié)語

綜上所述，低溫等離子體技術(shù)彌補了傳統(tǒng)方式的缺陷，反應條件接近常壓，處理結(jié)果可靠、真實，成本低，不會造成二次污染。但是在物理化學過程中，由于等離子體內(nèi)部、固定表層的機理圖像不完整，出現(xiàn)非線性變化、重復性差等問題。為更好地治理環(huán)境污染物，提高技術(shù)水平，未來應向污染物降解、大功率脈沖電源等更深層次展開研究。

參考文獻：

[1]李洋輝，蔣應海，陳潮軍.低溫等離子體在廢氣處理中的應用[J].化工管理，2021（10）：31-32.

[2]李星，王興權(quán)，楊洪宇，等.介質(zhì)阻擋放電等離子體降解制藥企業(yè)廢水污染物的研究[J].電工電能新技術(shù)，2020，39（1）：76-81.

[3]劉亞男，陳露露，周荃，等.低溫等離子體耦合技術(shù)去除水中有機污染物的研究進展[J].環(huán)境污染與防治，2021，43（12）：1596-1601.