低温等离子体(介质阻挡放电)
低温等离子
低温等离子摘要：对低温等离子体技术和溶液协同技术的原理和基本结构进行了探讨。
并对低温等离子体技术进行改进，提出了新型的尾气处理装置，介质阻挡放电低温等离子体-溶液协同装置。
对低温等离子体技术加以优化，加装溶液协同装置。
研究表明，该装置可以有效提高发动机尾气颗粒物、碳氢化合物和氮氧化物的净化效率，且具有广泛的应用前景。
关键词：低温等离子体；溶液协同；介质阻挡放电；尾气处理技术the research of the no-thermal plasma-solution collaborative technologyguo wei-wei，jiang guo-heabstract： this paper were discussed the principle and basic structure of the non-thermal plasma technology and solution synergy technology. i have designed the new type of gas treatment device after improved the non-thermal plasma technology， the non-thermal plasma of dielectric barrier discharge with the solution synergy device. i have optimized the non-thermal plasma technology， added solution synergy device. research shows， this device can purified effectively the engine exhaust particles， hydrocarbons and nox， and hasa properly prospect of application.key words： non-thermal plasma； solution collaborative technology； dielectric barrier discharge； emission aftertreatment1.前言：大气环境污染对人类健康及环境的影响日益严重，对内燃机排放的限制也日益严格，限制和治理柴油机尾气污染已经成为十分紧迫的任务。
单介质和双介质阻挡放电低温等离子体降解甲苯的比较
文章栏目：大气污染防治DOI 10.12030/j.cjee.201906002中图分类号 X511 文献标识码 A于欣, 党小庆, 李世杰, 等. 单介质和双介质阻挡放电低温等离子体降解甲苯的比较[J]. 环境工程学报，2020, 14(4): 1033-1041.YU Xin, DANG Xiaoqing, LI Shijie, et al. Comparison of single and double dielectric barrier discharge non-thermal plasma for toluene removal[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2020, 14(4): 1033-1041.单介质和双介质阻挡放电低温等离子体降解甲苯的比较于欣，党小庆*，李世杰，黄准，郭惠，张金龙西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西省环境工程重点实验室，西安 710055第一作者：于欣(1993—)，女，硕士研究生。
研究方向：大气污染物治理。
E-mail ：187********@ 摘 要 为研究介质阻挡放电(DBD)反应器结构对低温等离子体降解甲苯的影响，设计了具有单层介质和双层介质的DBD 反应器。
对2种反应器的放电特征、甲苯去除率、矿化率、CO 2选择性和能量效率进行了比较，并对施加电压和初始浓度对甲苯降解效果的影响进行了分析。
结果表明：在相同电压下，双介质反应器(DDBD)具有更高的电场强度，而单介质反应器(SDBD)的输入功率更高；当甲苯浓度和电压分别为616、1 027、1 848 mg·m −3和14~24 kV 时，双介质中的甲苯去除率为9.4%~100%、7.4%~99%、5.1%~64%，单介质为67%~98%、46%~90%、26%~59%。
这说明低电压下单介质反应器的甲苯去除率更高，而高电压下则相反，并且，浓度降低、电压升高有利于甲苯的降解。
介质阻挡放电特性及其影响因素.
图6石英介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .6Comparis on of discharge power with different thickness
of barrier quartz under varied
voltage
图7陶瓷介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .7Comparis on of discharge power with different thickness
图2是常压下空气中以陶瓷为介质的介质阻挡放电形貌,可以看出,大量的微放电无规则地分布在整个放电空间内,均匀、漫散且稳定,接近低气压下的辉光放电,但实际上是由大量细微的快脉冲放电通道构成的
.
图2常压空气中介质阻挡放电形貌
Fig .2D ielectric barrier discharge i m age in air under nor mal
的能量大小起决定作用.在常压较大气体浓度下,只有通过提高气隙电场强度得到大量高能电子,才能使介质阻挡放电顺利进行.
由图1可知采用单阻挡介质时,气体击穿放电前放电间隙电场强度为:
E g =
V εd
l d εg +l g εd
(2
式中V为外加电压;εd、εg分别为介质及气体的相
对介电常数;l d、l g为介质厚度和气隙宽度.
由式(2可见,增加外加电压V和相对介电常数εd ,减小放电间隙l g和介质厚度l d ,可以获得较强的放电间隙电场强度.
113放电形貌及等离子体空间分布特性
由112可知,微放电是介质阻挡放电的核心.由
于介质的绝缘性质,微放电能够彼此独立地发生在放电气体间隙里的很多随机位置上,每个微放电通道相当于弧光放电中的流光击穿.
低温等离子体技术处理汽车尾气的研究
该协同净化技术是低温等离子技术与La0.8K0.2CoO3催 化剂技术的具体结合[12]，是在DBD反应器之后连接催化 剂为La0.8K0.2CoO的催化反应器，在该技术中，DBD反应 器主要用于去除柴油机尾气排放中的颗粒物，而催化剂 为La0.8K0.2CoO的催化反应器则更侧重于去除氮氧化物， 通过等离子/催化实验结果得出，二者结合的反应系统 要明显好于单一系统的净化结果，这是由于等离子体辅 助催化效果使得部分NO处于活性状态，改变了NO和颗 粒物的化学吸附性能，因此二者的协同作用可提高颗粒 物的燃烧效率和NOx的转化效率。
4 结语
低温等离子体技术对于发动机尾气中的颗粒物、碳 氢化合物和氮氧化物的净化效果很明显，在结合现有的 不同催化技术之后能够实现极佳的净化效果，同时，该 低温等离子体技术还能处理烟气和其他有机废气，因而 低温等离子体技术在环保要求越来越严格的环境下，有 着广泛的应用前景。
参考文献：
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低温等离子体介绍PPT课件
SH + O2 → SO + OH
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以苯乙烯为例说明：
苯乙烯在高能电子的攻击下，可发生如下反应：
C6H5CH C2 H •
C 6H 5 C H C• H H •
C 6H 5C H C2H e C6H5••CH C2 H
0.01秒
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6-3 第三代等离子体应用于 山东新华制药股份有限公司酯类废气处理
①新华制药异味气 体等离子体处理装 置
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6-4 正在应用和即将应用的工程案例
一． 烟台恒邦化工助剂有限公司黄药生产--异丙(丁、 戊)醇和CS2废气处理
Q=6000M3/h,废气浓度15000mg/L 二. 吉林石化化肥厂污水站—醇、醛、胺类废气处理
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第二代介质阻挡放电工业废气处理装置：
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第三代低温等离子体 工业废气处理装置
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等离子体放电管工作状况图：
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第三代 产品试 验装置
试验现 场
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中石化齐鲁分公司腈纶厂试验装置
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组合式实验平台
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移动式一体化试验平台
设计试验车1辆，组合式试验设备2台，建设实验 室200m2，试验车间1000m2。
移动试验车
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六.工程应用及样板工程
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6-1 第二代等离子体应用于 上海化纤(集团)有限公司H2S、CS2废气处理
等离子体 废气处理 装置图
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6-2 第三代等离子体应用于 齐鲁石化腈纶厂有机胺废气处理
②齐鲁石化腈纶厂 恶臭气体等离子体 处理装置
介阻挡放电dbd等离子体质
介阻挡放电dbd等离子体质介阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge，简称DBD）等离子体是一种通过在介质中引入电场，产生非热等离子体的技术。
DBD等离子体在材料科学中具有广泛的应用，包括表面改性、材料合成、光催化等方面。
本文将深入探讨DBD等离子体的基本原理、特性及其在材料科学中的应用。
一、DBD等离子体的基本原理电场作用：DBD等离子体是通过在介质中施加交变电场来产生的。
介质可以是气体、液体或固体，当介质处于电场中时，电子被加速并与原子、分子碰撞，形成等离子体。
介质屏障：DBD中的介质通常被设计成一个屏障，以防止气体放电在整个空间中扩散。
这种屏障可以是绝缘体、氧化物薄膜等，通过合理设计可以控制放电的形态和位置。
非热等离子体：与热等离子体不同，DBD等离子体通常是非热等离子体，即在产生等离子体的过程中，温度升高较小。
这使得DBD等离子体在许多材料处理过程中更为适用，尤其是对于对温度敏感的材料。
二、DBD等离子体的特性选择性激发：DBD等离子体可以实现对特定化合物的选择性激发。
通过合理选择介质和施加电场条件，可以实现对特定分子的激发，有助于实现一些特殊材料的合成和改性。
低温等离子体：由于DBD等离子体通常是非热等离子体，产生的温升相对较小，使其适用于对温度敏感的材料。
这也为材料表面处理提供了更多的选择。
局部处理：DBD等离子体产生的放电可以被定向和局部化，这为在材料表面进行局部处理提供了便利。
可以通过控制电场和介质屏障来实现对特定区域的处理。
三、DBD等离子体在材料科学中的应用表面改性：DBD等离子体广泛用于材料表面改性，包括表面活性改善、功能化处理等。
通过调控等离子体对表面的影响，改善了材料的性能和功能。
材料合成：DBD等离子体被应用于一些新材料的合成过程，例如纳米颗粒、薄膜等。
通过控制等离子体条件，可以实现对材料结构的精确调控。
光催化：DBD等离子体在光催化领域有着重要的应用。
VOCs治理专业培训考核试卷-低温等离子-考核试卷--含答案
VOCs治理专业培训考核试卷（低温等离子体工艺）考试用时1小时部门姓名：得分：一、填空题（每空2分，共40分）1、等离子按照表观温度可分为低温等离子体和高温等离子体23整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。
4、低温等离子体又称非平衡态等离子体，通常分为：由微波放电，介质阻挡放电，电晕放电，辉光放电等产生，在废气治理中常用的放电形式有、。
5、介质阻挡放电的结构一般包含交流高压电源、高压电极、接地电极、介质。
电晕放电的电极形式一般有线筒式、蜂窝式6、介质阻挡放电的介质材质一般是石英玻璃78、当给气体施加电场，气体在电场提供的能量下会有气态转变为等由基等活性粒子。
9、市场上低温等离子工艺设备，放电形式以电晕放电为主、10000m3/h风量平均电耗是2-3KW，10000m3/h风量设备（碳钢材质）市场价为10000元左右。
二、判断题（正确的打√错位的打X，每题2分，共20分）1、注入式低温等离子体电极一般不会与废气直接接触。
（）2、注入式低温等离子体废气处理效率比其他形式的等离子高。
（）3、低温等离子体在废气湿度较大时依然可以正常运行。
（）4、介质阻挡放电和电晕放电均不会出现爬电、等现象。
（）5、介质阻挡放电形式的等离子对废气的处理效率要高于电晕放电形式的等离子很多。
（）6、低温等离子工艺已被部分地方环保部门明令禁止不准使用。
（）7、低温等离子技术对恶臭气体的处理效率较高。
（）8、低温等离子技术处理VOCs时会产生二次污染。
（）9、介质阻挡放电形式的低温等离子技术因其放电形式的特殊，不需要考虑废气中可燃气体的浓度。
（）10、低温等离子设备在工作状态下会产生大量臭氧。
（）三、问答题（40分）1.低温等离子技术中，设备使用较长时间导致内壁上附着一些物质，这种情况是否会引起燃烧？请说明理由（10分）2、介质阻挡放电和电晕放电在处理效率、耗电量、设备造价安全性方面的区别是什么？请分点论述。
（12分）3、低温等离子体技术在处理废气过程中由哪些优点，有哪些缺点？请至少列出3项优点3项缺点（18分）。
PLD—DBD低温等离子处理技术简介
PLD—DBD低温等离子处理技术简介低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体分了被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
等离子除臭——低温等离子体专利技术PLD—DBD低温等离子体(介质阻挡放电)废气治理装置简介PLD—DBD低温等离子体(介质阻挡放电)废气治理装置是派力迪环保工程有限公司与复旦大学共同研制开发的工业废气净化技术产品，采用的放电形式为双介质阻挡放电(dielectric Barrier discharge，简称DBD)。
该产品拥有国家独立知识产权，并获得十余项国家发明专利，在工业化应用方面，走在了其他国家前面，领先于世界先进水平，属于真正的中国创造。
上海化纤一厂利用等离子方法处理废气装置，处理量：8000Nm3/h 流速：10m/s 电耗：0.003KW/Nm3 H2S和CS2去除率＞95%技术简介低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体分了被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的同的。
PLD—DBD低温等离子体处理恶臭气体的作用原理(已H2S和CS2为例)活性粒子的化学反应：CS2*＋CS2→2CS + S2CS2*＋O2→CS + SO2CS + O2→CO + SOnCS→(CS)n (聚合物)SO + O2→OSOOSO + OSOO→2SO2CO + O→CO2···其总的反应为：3CS2 + 8O2→CO2 +2CO + 6SO22H2S + 3O2→2H2O + 2SO2PLD—DBD低温等离子体技术的特点与目前国内常用的异味气体治理方法相比较本装置具有如下优点：- 技术高端，工艺简洁：开机后，即自行运转，受工况限制非常少，无需专人操作。
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低温等离子体技术简介(介质阻挡放电)
所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后，列为物质的第四态，由正离子、负离子、电子和中性离子组成，因体系中正负电荷总数相等，故称为“等离子体”。
等离子体按粒子温度可分为平衡态（电子温度=离子温度）与非平衡态（电子温度>>离子温度）两类。
非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。
气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电（在去除废气中的油尘上应用已相当成熟）和介质阻挡放电（用于废气中难降解物质的去除）两种。
低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术，低温等离子体处理废气的原理为：
当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。
低温等离子体的产生途径很多，我们使用的低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)。
装置示意图如图1所示。
图1 介质阻挡放电示意图
DBD放电净化设备优点:
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。
介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点：
①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的气体分子作用。
②反应快，不受气速限制。
③电极与废气不直接接触，不存在设备腐蚀问题。
④只需用电，操作极为简单，无需专人员看守，基本不占用人工费。
⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。
⑥气阻小，适用于高流速，大风量的废气处理。
⑦工艺已相对成熟。
低温等离子体技术(介质阻挡放电)净化原理为：
在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物异味得以降解去除。
因其电离后产生的电子平均能量在1eV～10eV，适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。
其能量传递过程为：
电场+电子高能电子
受激电子
高能电子+受激分子活性基因
自由基
活性基因+分子（或原子）生成物+热
活性基因+活性基因生成物+热
异味废气在介质阻挡放电（DBD）的低温等离子体发生器中，这些废气因子被高能电子轰击后首先被打开成碎片。
而尾气中氧气和水气在高能电子作用下发生下列反应
O2＋e O·＋O3 + O2-
H2O + e HO·＋H
废气因子解离的碎片粒子与氧气及O·＋O3 + O2-发生较为复杂的化学反应，降解为CO2和H2O等。
采用双介质的阻挡放电技术，属于干法处理，不需要任何吸附剂、催化剂及其他任何助燃燃料，只需采用380V交流电，经振荡升压装置获得高频脉冲电场，产生高能量电子，轰击分解废气中的恶臭、有毒的气体分子。
具有安全可靠、操作简单、运行费用低、治理效率高、技术先进等特点。