介质阻挡放电等离子体废气处理实验研究文献综述

 2021-09-27 00:11:39

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文 献 综 述

引言

社会的高速发展提高了人们的生活水平，但也带来了严重的环境污染，其中恶臭污染越来越被城镇居民重视。传统治理恶臭气体的方法有[1]:物理法(掩蔽法和稀释扩散法)、燃烧法(热力燃烧法和催化燃烧法)、吸附法、氧化法(臭氧氧化法、催化氧化法和过氧化氢法等)、洗涤法(也称吸收法)。这些方法分别存在着净化不彻底、净化气种类单一、工艺控制难度大、能耗高和可能会造成二次污染等缺点。这些缺陷意味着我们需要一种更加优秀的治理方法，一种高效率，低能耗，无二次污染的除臭技术。近20年来低温等离子体处理技术得到快速发展，而介质阻挡放电能在大气压下产生低温等离子体，特别适合低温等离子体的工业化应用。

1介质阻挡放电介绍

等离子体是由大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成,总正负电荷数相等,宏观上呈电中性,但其表现出很高的化学活性[15]。等离子体具有导电和受电磁影响的性质,许多方面与固、液、气体3种形态不同,是物质的第四种形态。

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。DBD通常采用两种电极结构，平行电板电极结构和同轴圆筒电极结构[2]。

2介质阻挡放电研究简史

DBD的研究已有很长的历史[3]：1857年，Siemens利用同轴圆筒结构的DBD产生臭氧；1860年，Andrews将此放电命名为无声放电（silent discharge）。从1860年到1900年间，对DBD的研究基本停留在利用其产生臭氧和氮氧化物（NOx）。20世纪初，warburg开始了对DBD本身放电特性的研究。1932年，Buss利用平行平板电极结构研究了大气压空气DBD放电特性。1970年以后，人们开始对DBD进行物理诊断和数值模拟，以研究DBD等离子体中发生的物理和化学过程。指导20世纪80年代末，DBD的主要共业应用仍然是产生臭氧。1987年，日本的Kanazwa利用含氮气的混合气体气体进行大气压下DBD实验，并用肉眼观察到了均匀放电现象。目前，DBD的主要应用包括：杀菌消毒，等离子体表面处理，废气处理，紫外线准分子灯和无汞荧光灯，等离子体显示屏等。

3介质阻挡放电等电离子体处理废气的机理

在外加电场的作用下，介质放电产生大量高能电子，高能电子与气体分子（原子）发生非弹性碰撞,将能量转化为基态分子（原子）的内能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应[4]。当电子能量较低时,产生的活性自由基活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除;当电子的能量大于恶臭气体分子的化学键键能时,分子发生断裂而分解,同时高能电子激励产生O,OH,N等自由基[5]。由于O和OH具有很强的氧化性,最终可将恶臭气体转换为SO2,NOX,CO2,H2O。低温等离子体化学反应的过程如下[6]：

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