催化型低温等离子体反应器净化废气研究进展

张志伟

（浙江省环境工程有限公司 浙江杭州 310012）

催化型低温等离子体反应器净化废气研究进展

张志伟

（浙江省环境工程有限公司 浙江杭州 310012）

催化型低温等离子体反应器的作用是有效提高对废气的治理效率，较好地实现对废气的净化。相关调查报告显示，如果能量密度确定，那么催化型低温等离子体反应器要比普通的反应器的能量效率要高很多倍。之所以出现如此大的差距，主要与污染物的所属范围、反应器的架构、催化剂的指标参数密不可分。本文主要介绍了反应的原理、构型以及催化剂的参数对反应器的影响，并提出了未来的发展趋势。

催化型；低温等离子体；反应器；废气；净化

低温等离子体方面的研究始于臭氧，后来被广泛应用于对NOx、H2S等废气的排放。与传统的废气治理技术相比，低温等离子体技术的反应速度较快、温度较低，能够在统一的过程中完成对多种气态物质的净化，但是能耗较高。催化型低温等离子体反应器能够有效解决这一难题，具有较好的发展前景，二者的有机结合可以使得气体污染物发生反应，能量效率得以提升。

1 催化型低温等离子体反应器处理废气的基本原理

1.1 催化型低温等离子体反应器在废气处理方面效果更好。鉴于低温等离子体中粒子寿命较短以及研究方式的限制，其与催化剂的结合原理主要建立在对反应产物和反应过程的光谱分析的基础上的。

1.2 通常情况下，催化型低温等离子体反应器能够提供一个空间，具备较多类型的高性物种。气态形式的污染物在等离子体的作用下，发生各种方式的降解，主要是通过电子、离子和自由基的碰撞来实现。在等离子体中，其活性粒子的平均能量要高于污染物中的键能，于是在它们之间发生激烈的碰撞现象，将污染物的分子键打开，化学反应立即发生。在催化剂加入等离子场后，高能粒子能够极化表面的颗粒，形成强加强区，同时构成电子发射。催化剂发挥其对污染物的收集作用，这就使得降解时间被延迟，有利于完成对污染物的降解。同时，高能活性粒子能够引发位于等离子体附近的催化剂，活化能被降低。

2 催化型低温等离子体反应器特征

2.1 一段式反应器

在一段式反应器中，催化剂可以在电极和反应器内壁进行沉积，也可以在放电区域以颗粒的形状进行填充，这都是催化剂在低温等离子体发生区的存在形式。这样，即使是寿命不长的粒子也能与催化剂起作用。一段式反应器的应用有助于高能活性粒子与催化剂的的结合，但是由于活性粒子在定量方面的不定性以及颗粒表面的二次放电现象，导致其与催化剂耦合方式的研究项目存在较大难度。

2.2 两段式反应器

两段式反应器通常是在低温等离子体反应区后置一段催化反应区，气体的流量、功率等因素会对二者的间距和催化剂品种产生影响。在催化区和低温等离子体区存在较大的距离，很多短寿命的离子无法到达催化区域。对于接受催化剂作用的活性粒子进行探讨，二者协同作用比较易于操作。但正是因为这一点，两段距离无法达到完全的同时作用。

3 反应器中催化剂的相关数据指标

3.1 催化剂的材料

对于应用于低温等离子体反应器、发挥联合作用的催化剂来讲，主要包括铁电材料、金属氧化物以及一些贵金属等物质。不同的材料主要针对不同的降解目标，材质不同，反应方式存在较大差异，目标效果也不尽相同。

3.2 催化剂的外部形状和粒度

对于一段式的反应器，催化颗粒发挥着电介质的作用，其在形状和粒度上的特征会对气体放电产生较大的影响。尖锐的边缘能够获得较高的局部电物，能够实现较大能量的激发。

4 运行过程需重视的问题

4.1 温度产生的主要影响

对于低温等离子体反应器来说，在实际操作过程中会产生一定的热能，致使整个系统的温度升高，其幅度与电源的实际功率、反应器的构造和废气流量有着密切的联系。通常情况下，温度的提高能够促进废气的分解速度，达到催化剂的活化温度，净化系统的功能得以提升。但是，温度也不能一味地升高，否则适得其反。温度过高会使得颗粒介电常数加快降低，放电功率和去除效率都降低；同时，温度过高会使得活性粒子出现较为混乱的运动，呈现加剧的趋势，碰撞几率降低。因此，要合理掌握和控制催化剂低温等离子体反应器的温度。

4.2 填充催化剂过程中造成的压力损失

在实际操作过程中，必须充分考虑催化剂填充过程中产生的压力损失及能耗。对于损失的具体数值，有许多相关的经验公式可以被利用，通常与颗粒的空隙、形状和密度有关。在实际运用中，要结合实际情况，降低催化剂填充过程中的能耗，减少压力损失产生的能耗。同时，可以通过前置除尘段实现问题的解决。

4.3 副产物对催化剂产生的负面作用

在废气中，存在很多结构复杂的物质，其分解的产物可能对填充的催化剂产生负面毒害的作用，促使催化剂的活性被降低，甚至丧失，导致整个系统的工作效率出现下滑。

5 结语

在废气治理的研究领域中，催化型低温等离子体反应器的应用是一种进步，是在传统低温等离子体反应器的基础上发展起来的，并对其进行一定的改造和创新，有助于系统能量效率的提升，实现能耗的降低，净化效果增强，发展前景比较广阔。但是，也要做好几个方面的努力：对催化型低温等离子体反应器的架构的设计进行不断优化，提高系统作用的效果；提升净化废气的机理，设置合理的数据参数，实现合理性；重视操作操作过程中温度、压力等问题。总之，要不断增强这项技术在治理废气方面的作用和功能。

[1]竹涛,李坚,何绪文等.吸附增效/催化-低温等离子体技术降解甲苯废气[J].高电压技术,2009,35(11):2764-2769.

[2]李静,韩世同,白书培,等.低温等离子体协同催化处理VOC技术中填充材料的研究进展[J].化工科技,2006,14(5):33-39.

[3]梁文俊,马琳,李坚等.低温等离子体-催化联合技术去除甲苯的实验研究[J].北京工业大学学报,2014,40(2):315-320.