我们常见的有机废气处理设备中，低温等离子体也是较为常见的设备之一。让我简单介绍一下低温等离子体的形成过程和产生技术。
1低温等离子体形成过程
2 低温等离子体形成过程中，电子能量可达1～20ev（11600～250000k），具有较高的化学反应活性。低温等离子体残余化学反应过程时间尺度上可分为以下几个过程，相应的示意图如图9-2所示。
① 第一步是皮秒电子从基态到激发态的跃迁。
② 第二步发生纳秒级。电子不同能量和温度状态下的内能通过旋转激发、振动激发、离解和电离等非弹性碰撞传递给气体分子。之后，一部分能量以热的形式散失，另一部分用来产生活性离子，如自由基。
③ 自由基活性离子形成后，自由基与正负离子发生微秒级的线性或非线性连锁反应。
④ 最后，由连锁反应引起的分子间的热化学反应毫秒到秒之间。
低温等离子体处理VOCs废气时，主要反应过程与之前相同。首先，高能电子与分子的碰撞反应产生活性自由基，然后自由基与有机气体分子结合，达到净化气体的目的。低温等离子体净化VOCs的机理随目标污染物的不同而变化。挥发性有机化合物极性强，易与碳氢化合物发生极性强的化学反应，易与碳氢化合物发生化学反应，易产生较强的化学吸附能力，但高压放电过程中的化学反应主要是离子反应。反应的最终产物也随反应条件的不同而变化。高温高能量密度下处理低浓度有机气体时，氧化反应起主导作用，最终产物主要是CO2和H2O；低温低能量密度处理高浓度有机气体时，产物的中间产物更容易通过链式加成反应生成固体或液体有机物。因此，VOCs废气处理过程中，采用相关技术控制反应条件是非常重要的。
低温等离子体发生技术 不同的激励电压波形下，电抗器产生不同的放电模式。根据反应器的类型，低温等离子体发生技术可分为电晕、表面、介质阻挡等。处理多组分VOCs污染气体时，通常采用多种排放方法的组合。Mizuno和其他研究人员使用毛细管玻璃石英管和Al2O3球形颗粒模拟蜂窝催化剂。通过交直流耦合的形式，证明了催化剂表面能产生大面积的等离子体，为汽车尾气净化提供了方向和依据。主要放电技术如下。
（1） 电晕放电
① 空气中直流电晕放电有流光放电和辉光放电两种形式。当电子跃迁产生的空间电荷所产生的电场强度与外加电场强度的量级相同时，形成流光电晕。流注等离子体向场强增强方向移动。根据理论计算，流注等离子体传播过程中的速度为（0.5～2）106m/s，其头部场强通常保持100～200kV/cm，远大于外加电场产生的自由基。产生流注等离子体的过程中，需要施加一定的外加电场来产生距离越来越大的流注通道。如果电场强度过低，流注将无法穿透高低压电极，从而影响放电区域的大小。
对于直流高压激励的等离子体系统，由于电压变化率较低，很难获得形成流注通道的峰值场强。这种情况下，放电装置将形成以离子电流为主的辉光电晕。辉光电晕放电面积仅限于高压电极，整个电场中自由基较少，不利于VOCs的氧化。因此，该技术主要应用于静电除尘领域。研究发现，空气中掺入一定量的二氧化碳可以使辉光电晕转变为流光电晕。然而，放电过程容易受流场分布、气体成分和电极结构的影响，实际应用中很难控制放电方式的变化。
② 纳秒脉冲电源系统主要用于脉冲电晕放电系统。系统的放电效率主要受开关性能、电源与电抗器匹配等因素的影响，一般来说，常用的开关有火花开关、磁压缩开关和固态开关。开关的选择一般应选择成本低、阻抗小、耐压好、使用寿命长的开关。同时，电抗器的设计应与电源精确匹配，这将大大提高电源向负载的能量传递效率，延长开关的使用寿命。
③ 交直流叠加流注放电系统的过电压远小于纳秒级的短脉冲，并且流注特性随过电压系统的不同而变化很大。放电区有20%左右的离子电流，既能净化有机气体，又能收集细小颗粒。图9-3显示了一个典型的交直流叠加电源和相应的电压波形。交直流电压波形是由交流电源和直流电源通过大电容耦合产生的。当电源峰值电压接近闪络值时，等离子体注入功率将增大。意外闪络会使耦合电容瞬间放电到电抗器中，导致耦合失效。另外，高压电极以自持放电的形式随机产生流光交直流等离子体，电晕电流远小于纳秒短脉冲供电方式，单脉冲能量普遍较低。
（2） 表面放电反应器的主要结构是致密陶瓷材料。陶瓷中嵌入金属板作为接地电极。陶瓷表面的一侧设置导电条作为高压电极，另一侧作为电抗器的散热面。中高频电压作用下，电流从放电电极沿陶瓷表面延伸，沿陶瓷表面形成许多细流道，对气体污染物进行放电和降解。上世纪90年代，日本科学家首次开发出世界上最先进的陶瓷表面放电技术。该技术不仅增加了气体放电面积，而且降低了电极温度，
因此，使用寿命大大延长。大气压表面放电具有良好的工业应用前景。它适用于处理难降解有机化合物，如CHCl3和CFC-11。
（3） 介质阻挡放电。介质阻挡放电是一种高压下的非平衡放电过程。它可以高压和宽频率范围内工作。其工作原理是两个放电电极之间的空隙中填充工作气体，并一些电极上覆盖绝缘材料。第二，电介质直接悬浮介质的中间。当两电极间的交流电压足够高时，电极间的污染物被分解并放电，形成介质阻挡放电。这个过程中，会产生大量的活性自由基，如羟基自由基和氧自由基。它们的化学性质非常活跃。它们可以很容易地与其他原子、分子或其他自由基反应形成稳定的原子或分子，然后用它们来处理VOCs气体。Chang等人报道，气体停留时间约10s，工作电压18kV，初始浓度147mg/m3的条件下，甲醛的去除率为90%。当工作电压为19kv，甲醛浓度为134mg/m3时，甲醛去除率可达97%。
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