低温等离子体技术在环境污染物治理中的应用研究进展

2022-07-04 05:15陆敏华
科学与财富 2022年7期
关键词:应用

陆敏华

摘  要:文章针对环境污染物治理问题,从低温等离子体技术概述、该技术在环境污染物治理中的具体应用等方面进行分析。实践表明,在废水、废气等污染物治理中应用低温等离子体技术,能有效分解污染物分子,保护生态环境。

关键词:低温等离子体技术;污染物治理;应用

隨着环境污染的严重化,国家不断提高着对环境污染问题的重视度。低温等离子体技术是一种处理环境污染物的新技术,适用性高,耗能少,能去除工业中的废水、废气等污染物。为充分发挥出该技术的空气净化原理,需要相关人员加深对其的认识,了解其在环境工程中的应用范围,以下就此内容展开分析。

1、低温等离子体技术概述

1.1低温等离子体内涵

所谓等离子体,是指代电离度>0.1%,自身正负电荷相同的气体,包括自由基、光子、离子等,若正离子和电子的电荷数一样,就会呈现出电中性。低温等离子体形态特别,不是固态、气态,也不是液态。在物质的3种形态中,低温等离子体属于其中一种,导电性能强,可用于磁流体发电;由于内含离子、电子等分子,易和其他物质发生反应,性质活泼,反应速度快。

1.2污染物去除机理

低温等离子体去除污染物的机理是:结合外加电场,介质放电而成的携能电子轰击污染物分子,使解离、电离等相互反应,从而生成各种不同的反应,致使繁琐、复杂的污染物分子分解成安全系数高、结构简单的小分子,实现降解污染物的目的[1]。电离反应后,电子的平均能量为5ev,在合理的调控条件下,达到正常条件下速度缓慢或无法进行的反应。总的来讲,低温等离子体技术在污染物的治理中具有重要作用,并获得了国内外的认可。

1.3离子体的分类

一般来讲,按热力学平衡的不同,可将离子体分为3种类型,即热等离子体、低温等离子体、高温等离子体。其中,低温等离子体表面温度低,应用范围广,可处理废气和废水、雕刻半导体、合成臭氧等。

2、低温等离子体技术在环境污染物治理中的应用

2.1在废气处理中的应用

随着工业经济的发展,在涂料、石油等材料中产生大量废气,在风力的影响下不断扩散,污染大气环境,危害人体健康。实践证实,气态污染物包括有机、无机等有害气体,其中无机物通过等离子体生成的氧自由基,和氮氧化物、硫氧化物发生反应,在水、氨气的作用下形成硫酸盐,并转为无害物质。研究发现,催化剂在有害气体的消除和降解中具有重要作用;有机物利用等离子体生成的高能电子,与VOC分子相互碰撞,形成激发态分子,并加大其内能,产生活性物。另外,通过和其他物质的作用,形成水、二氧化碳等。曾有学者利用等离子体,配以纳米技术对甲苯进行处理,结果显示:若电场强度为14.3kv/cm,使用催化剂等填料填充操作,降解率高达95.0%,成效理想。

2.2在臭氧合成中的应用

在日常生活中,臭氧应用广泛,其属于强氧化剂,可用于水的深层处理,也可用于漂白造纸浆,市场前景广阔。臭氧合成和应用是等离子体的典型案例,介质阻挡放电是生成臭氧的主要手段。通过多年探索发现,臭氧发生器的发展走向为:放电间隙狭小、运动功能理想、电晕功率突出等。低温等离子体合成臭氧技术应用广泛,使用低温等离子体技术的放电原理操作,但是费用高,应用受到一定限制。某学者在研发臭氧发生器时,借用介质阻挡中的放电形式,提高了臭氧产生效率。此类放电形式以水层为地电极,金属为高压电极,经由高压电(加交流)使水层表面出现Taylor椎,引起放电现象,生成臭氧(浓度1.2%)。

2.3在废水处理中的应用

目前,水资源污染是各国广泛关注的问题,其中有机物水污染问题最为严重。在水域环境中,有机物污染具有难以降解、存在时间长、危害范围广等特点。在废水处理过程中,低温等离子体技术具有分解紫外线、电子辐射高能等作用,能将大分子物质降解为小分子,而且芳香类物质也能降解为有机酸[2]。对于水资源中的有机物,该技术也能发挥降解作用,将有机物分解为危害小的无机物、有机物。现阶段,低温等离子体技术在污水处理中的应用尚处于研发阶段,各位专家从多个领域,证实了其在污染物降解中的作用。曾有学者针对脉冲降解对有机废水的处理开展研究,结果显示:利用高压毫微妙脉冲处理印染废水,可以将燃料中的大分子转为小分子。若处理时间足够,还能将分子中的芳香物质降解为酚酞物质,说明电晕放电能破坏燃料分子。一般来讲,当脉冲峰值处于38千伏时,仅需要1min就能使污染物中的物质彻底脱色。

2.4在其它方面的应用

第一,汽车废气。汽车尾气污染是一个严重问题,排放物有一氧化碳、氮氧化物等。运用低温等离子体技术处理汽车尾气时,使用介质阻挡放电原理还原尾气内的污染物,并将其分解为无危害或危害小的成分,不仅能有效去除黑烟,还能脱掉氮氧化合物、一氧化碳,减少汽车尾气的处理费用;用粉煤灰取代催化剂,能够提高污染物的去除效果,提升尾气的治理水平。

第二,工业化层面。等离子技术是一种高新技术,是当下国内外的研究重点。在上世纪中期,就已经有学者着手研究等离子体内容,中后期开始利用该技术处理环境问题[3]。但是,多数研究仍处于理论层面,部分处于尝试阶段,仅个别步入商业化阶段。截至目前,我国尚无和工业化相关的设备,只瑞士实现了低温等离子体的商业化,研发出商业化产品,并广泛用于环境污染物的治理中,例如有毒物质过滤、空气净化等。

3、结语

综上所述,低温等离子体技术弥补了传统方式的缺陷,反应条件接近常压,处理结果可靠、真实,成本低,不会造成二次污染。但是在物理化学过程中,由于等离子体内部、固定表层的机理图像不完整,出现非线性变化、重复性差等问题。为更好地治理环境污染物,提高技术水平,未来应向污染物降解、大功率脉冲电源等更深层次展开研究。

参考文献:

[1]李洋辉,蒋应海,陈潮军.低温等离子体在废气处理中的应用[J].化工管理,2021(10):31-32.

[2]李星,王兴权,杨洪宇,等.介质阻挡放电等离子体降解制药企业废水污染物的研究[J].电工电能新技术,2020,39(1):76-81.

[3]刘亚男,陈露露,周荃,等.低温等离子体耦合技术去除水中有机污染物的研究进展[J].环境污染与防治,2021,43(12):1596-1601.

猜你喜欢
应用
多媒体技术在小学语文教学中的应用研究
微课的翻转课堂在英语教学中的应用研究