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等离子体技术在废水处理中的应用

2016-12-28 10:41:48 来源:

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。2.1液相高压脉冲等离子体降解水中污染物

液相脉冲等离子体降解有机物是多种氧化反应相互交替的过程。它包括物理作用下有机物的直接降解和化学作用下活性物质对有机物的高级氧化降解,可应用于难处理的工业污染物质及污水的深度处理。该方法利用电子传输过程,能量释放的多样性和放电产生的低温等离子体,作用于酚类物质、有机染料、硝基苯、苯乙酮和氯酚等有机污染物,效果良好。

1996年,M.sato等研究了高压脉冲放电在水中形成的活性物质,检测到流柱放电区域有-H和-OH自由基的存在。M.Sato和J.S.Clements等研究了水中脉冲电晕放电的特性,并对其影响因素进行了分析,考察不同放电形式对苯酚去除的影响,认为火花放电可使苯酚的去除率最高,流柱放电次之,电晕放电苯酚的去除效果最差。

D.M.Willberg与P.S.Lang采用高压脉冲放电技术对水中氯酚、二氯苯胺和TNT进行降解,经过

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