低温等离子体技术在环境污染物治理中的应用研究进展

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.