熱等離子體技術在環(huán)境污染物處理上的應用
等離子體是物質存在的第四種狀態(tài),是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體,具有宏觀尺度內的電中性與高導電性。等離子體中的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基都是極活潑的反應性物種,使通常條件下難以進行或速度很慢的反應變得十分快速,尤其有利于難消解污染物的處理。
等離子體可分為兩大類,熱平衡等離子體(或熱等離子體)與非熱平衡等離子體(或冷等離子體)。冷等離子體包括輝光放電、低壓射頻放電、電暈放電等,日常用的熒光燈、半導體工業(yè)中所用到的刻蝕技術等都屬于此類。冷等離子體的特征是它的能量密度較低,重粒子溫度接近室溫而電子溫度卻很高,電子與離子有很高的反應活性。相對的,熱等離子體的能量密度很高,重粒子溫度與電子溫度相近,通常為10000K至20000K的數(shù)量級,各種粒子的反應活性都很高。熱等離子體的產(chǎn)生方法包括大氣壓下電極間的交流(AC)與直流(DC)放電、常壓電感耦合等離子體、常壓微波放電等。冷等離子體技術在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中已得到極為廣泛的應用,如霓虹燈、半導體刻蝕、真空鍍膜、紡織品表面改性、非晶新材料的生產(chǎn)等。而熱等離子體技術的應用更為廣泛,磁流體發(fā)電,核聚變技術,等離子體切割、焊接,耐熱耐磨表面噴涂,特種冶金,新材料合成,顆粒球化,超細粉末生產(chǎn)等都應用了熱等離子體技術。隨著等離子體技術的日益廣泛的應用,其技術也日益成熟,應用的領域也越來越多。近年來等離子體技術在環(huán)境污染物處理方面的應用研究引起了人們的極大關注,其中許多技術已經(jīng)商業(yè)化應用,取得了很好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益,被認為是環(huán)境污染物處理領域中最有廣適性、最有發(fā)展前途的技術之一。
冷等離子體技術一般應用于氣態(tài)污染物的處理,最熱門的研究領域是各種溫室氣體的處理,一般還處于實驗室研究階段,相信在不久的將來,其中的一些技術將可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
熱等離子體技術由于其高溫與高熱傳導效率已在合成、冶金等領域得到廣泛應用,煉鋼粉塵及其他工業(yè)粉塵的處理首先使之走向污染物處理領域。隨著對固體污染物處理的要求,多種等離子體處理技術發(fā)展起來了,其中最有代表性的有等離子體電弧爐(Plasma Arc Furnace)與等離子體離心式反應器(Plasma Centrifugal Furnace)。針對難處理的液體污染物(如廢溶劑、PCB、農藥廢液等)及氣體污染物(如氟里昂類,化學毒氣、生物戰(zhàn)劑等)的完善處理,新型的等離子體技術得到發(fā)展,較有代表性的技術是澳大利亞CSIRO公司與SRL Plasma公司聯(lián)合發(fā)展的PLASCONTM技術;各國的大公司與著名的等離子體研究所紛紛加入發(fā)展用于污染物處理的等離子體技術研究行列,許多設備建立起來并進入商業(yè)化,較著名的有:法國的電感耦合等離子體流化床反應器(Plasma Fluidized-bed Reactor),加拿大的電感耦合等離子體污染物處理系統(tǒng),俄國的三相等離子體處理裝置,波蘭的聯(lián)合等離子體PCB處理裝置,還有已進入商業(yè)運行的等離子體技術如瑞士MGC Plasma公司的PLASMARC和PLASMOX系統(tǒng),INERTAM系統(tǒng),EUROPLASMA系統(tǒng),INCIDIS系統(tǒng)等。
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