低溫等離子光觸媒催化VOC技術(shù)分析(優(yōu)缺點(diǎn))
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低溫等離子光觸媒催化在VOC技術(shù)分析
1、吸附技術(shù)
吸附技術(shù)是利用有較大比表面積的固體吸附劑將廢氣中的VOC捕獲,從而使有害成分從氣體中分離出來,當(dāng)吸附達(dá)到飽和后采用水蒸氣或熱風(fēng)等作為脫附劑,將吸附劑表面的VOC 脫附并加以回收。
2、冷凝技術(shù)
冷凝技術(shù)是利用氣態(tài)污染物具有不同的飽和蒸氣壓,通過降低溫度或加大壓力,使 VOC 冷凝成液滴 而從氣體中分離出來,借助不同的冷凝溫度實(shí)現(xiàn)污染 物的逐步分離。
3、膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)利用不同氣體分子通過高分子膜的 溶解擴(kuò)散速度不同,在一定壓力下實(shí)現(xiàn)分離目的。膜兩側(cè)氣體的分壓差是膜分離的驅(qū)動(dòng)力,可通過壓縮進(jìn) 氣或在膜滲透側(cè)用真空泵來實(shí)現(xiàn),因此,膜分離過程 常常與冷凝或壓縮過程集成。
4、燃燒治理技術(shù)和催化燃燒技術(shù)
直接燃燒技術(shù)根據(jù)熱量的回收方式,可分為直接焚燒法和蓄熱焚燒法。直接焚燒法即將有機(jī)廢氣加熱到一定溫度下( 800℃左右),使其完全氧化分解,生成 CO2和 H2O 等。蓄熱焚燒法即將燃燒尾氣中的熱量蓄積,用于加熱待處理廢氣,節(jié)能 效果明顯,此方法的去除效率可達(dá)99% 以上,但燃 燒不完全時(shí)容易產(chǎn)生氮氧化物,造成二次污染,該法適用于汽車、家電等烤漆行業(yè)高溫和高濃度的有機(jī)廢氣治理。
催化燃燒技術(shù)通過在燃燒系統(tǒng)中添加催化劑,使可燃性的VOC在催化劑表面發(fā)生非均相氧化反應(yīng),于300~500 ℃左右將VOC 催化氧化分解為 CO2 和 H2O 等。催化燃燒較熱力焚燒溫度低,可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用,但當(dāng)廢氣中含有能夠引起催化劑中毒的硫、鹵素有機(jī)化合物時(shí),不宜采用催化燃燒法
5、光觸媒催化降解技術(shù)
納米TiO2光觸媒催化降解具有納米半導(dǎo)體粒子的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級變?yōu)槿芗墸芟蹲儗挘瑢?dǎo)帶變負(fù),而價(jià)帶寬變得更正,即在光觸媒催化作用下具有很強(qiáng)的氧化還原能力,從而提高了其光觸媒催化活性。
波長較短的紫外線其光子能量zuiqiang,當(dāng)環(huán)境中的紫外光能量等級比大多數(shù)廢氣物質(zhì)的分子結(jié)合能強(qiáng)時(shí),可將污染物分子鍵裂解為呈游離狀態(tài)的離子,且波長在200nm以下的短波長紫外線能分解O2分子,生成臭氧O3(經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,選用波長185nm)。
呈游離狀態(tài)的污染物離子極易與O3產(chǎn)生氧化反應(yīng),生成簡單、低害或無害的物質(zhì),如 CO2、H2O 等,以達(dá)到廢氣凈化處理的目的。用紫外光解方式獲得的臭氧,因獲得復(fù)合離子光子的能量后,能極為迅速地分解,分解后產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的自由基O、OH和H2O。
自由基 O、OH 和 H2O 與惡臭氣體發(fā)生一系列協(xié)同、連鎖反應(yīng),惡臭氣體zui終被氧化降解為低分子物質(zhì)、CO2 和 H2O,而達(dá)到zui終的除臭目的。研究過程中,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)惡臭氣體的相對分子質(zhì)量越大時(shí),紫外光解氧化效果就越明顯。在特種能量等級的紫外線作用下,大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都能得到GX分解。
6、生物降解技術(shù)
生物降解技術(shù)即將含VOC的廢氣經(jīng)傳質(zhì)過程,進(jìn)入微生物懸液或生物膜中,在好氧條件下利用GX降解菌種將廢氣中的 VOC降解為 CO2 和 H2O 等。生物法凈化VOC 廢氣的關(guān)鍵在于微生物的馴化及GX降解菌的培養(yǎng)。
目前研究出的生物菌種對有機(jī)物的消化具有很強(qiáng)的專一性,只能處理包括醇類、醛類、酮類、酯類、單環(huán)芳烴以及氨和硫化氫等單組分且易生物降解的有機(jī)化合物,其對單一 VOC 去除能力的大小順序?yàn)椋捍?、醛、酮等含氧烴類 > BTEX 等單環(huán)芳香烴 >鹵代烴,對單組分單環(huán)芳烴去除能力的大小順序?yàn)椋杭妆?> 苯 > 乙苯或二甲苯 > 氯苯或二氯苯。在處理混合組分的 VOC 時(shí),由于各組分間存在的競爭和YZ作用會出現(xiàn)降解歧視現(xiàn)象,因此,生物法治理有機(jī)廢氣的普適性較差。
7、低溫等離子體凈化技術(shù)
低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成。低溫等離子體降解VOCs原理在外電場的作用下,介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊 VOC 分子,使其電離解離和激發(fā)、引發(fā)系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜的大相對分子質(zhì)量的有機(jī)廢氣降解為簡單的小相對分子質(zhì)量物質(zhì),或是有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害或低害的物質(zhì),從而使VOC降解去除。攜能電子的平均能量約10eV,適當(dāng)控制反應(yīng)條件可實(shí)現(xiàn)一般難以實(shí)現(xiàn)或速度很快的化學(xué)反應(yīng)。
光觸媒催化VOC處理方法的優(yōu)劣
低溫等離子體光催化協(xié)同技術(shù)具有其他凈化技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn),低溫等離子體法處理 VOC 的技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有很多優(yōu)點(diǎn):一是,可在常溫常壓下操作;二是,有機(jī)化合物zui終的產(chǎn)物為 CO2,CO,H2O。若有機(jī)物是氯代物,則產(chǎn)物中還應(yīng)加上氯化物,而無中間產(chǎn)物降低了,有機(jī)物的毒性,同時(shí)避免了其他方法中的后期處理問題;三是,運(yùn)行費(fèi)用低;四是;VOC的去除率高,對 VOC的適應(yīng)性運(yùn)行管理比較方便。
針對工業(yè)上氣量大,濃度低,且污染物大都無回收價(jià)值的制造行業(yè)有機(jī)廢氣 VOC,需要有一種更有效、徹底、操作更簡便的處理方法,zui大限度地減少運(yùn)行條件的限制,低溫等離子體法的出現(xiàn)正是為了順應(yīng)這種要求,并越來越受到國內(nèi)外的重視。隨著研究的不斷深入,低溫等離子體光催化法必將向著規(guī)?;较虬l(fā)展。
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- 低溫等離子光觸媒催化VOC技術(shù)分析(優(yōu)缺點(diǎn))
- 低溫等離子光觸媒催化在VOC技術(shù)分析
1、吸附技術(shù)
吸附技術(shù)是利用有較大比表面積的固體吸附劑將廢氣中的VOC捕獲,從而使有害成分從氣體中分離出來,當(dāng)吸附達(dá)到飽和后采用水蒸氣或熱風(fēng)等作為脫附劑,將吸附劑表面的VOC 脫附并加以回收。
2、冷凝技術(shù)
冷凝技術(shù)是利用氣態(tài)污染物具有不同的飽和蒸氣壓,通過降低溫度或加大壓力,使 VOC 冷凝成液滴 而從氣體中分離出來,借助不同的冷凝溫度實(shí)現(xiàn)污染 物的逐步分離。
3、膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)利用不同氣體分子通過高分子膜的 溶解擴(kuò)散速度不同,在一定壓力下實(shí)現(xiàn)分離目的。膜兩側(cè)氣體的分壓差是膜分離的驅(qū)動(dòng)力,可通過壓縮進(jìn) 氣或在膜滲透側(cè)用真空泵來實(shí)現(xiàn),因此,膜分離過程 常常與冷凝或壓縮過程集成。
4、燃燒治理技術(shù)和催化燃燒技術(shù)
直接燃燒技術(shù)根據(jù)熱量的回收方式,可分為直接焚燒法和蓄熱焚燒法。直接焚燒法即將有機(jī)廢氣加熱到一定溫度下( 800℃左右),使其完全氧化分解,生成 CO2和 H2O 等。蓄熱焚燒法即將燃燒尾氣中的熱量蓄積,用于加熱待處理廢氣,節(jié)能 效果明顯,此方法的去除效率可達(dá)99% 以上,但燃 燒不完全時(shí)容易產(chǎn)生氮氧化物,造成二次污染,該法適用于汽車、家電等烤漆行業(yè)高溫和高濃度的有機(jī)廢氣治理。
催化燃燒技術(shù)通過在燃燒系統(tǒng)中添加催化劑,使可燃性的VOC在催化劑表面發(fā)生非均相氧化反應(yīng),于300~500 ℃左右將VOC 催化氧化分解為 CO2 和 H2O 等。催化燃燒較熱力焚燒溫度低,可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用,但當(dāng)廢氣中含有能夠引起催化劑中毒的硫、鹵素有機(jī)化合物時(shí),不宜采用催化燃燒法
5、光觸媒催化降解技術(shù)
納米TiO2光觸媒催化降解具有納米半導(dǎo)體粒子的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級變?yōu)槿芗墸芟蹲儗?,?dǎo)帶變負(fù),而價(jià)帶寬變得更正,即在光觸媒催化作用下具有很強(qiáng)的氧化還原能力,從而提高了其光觸媒催化活性。
波長較短的紫外線其光子能量zuiqiang,當(dāng)環(huán)境中的紫外光能量等級比大多數(shù)廢氣物質(zhì)的分子結(jié)合能強(qiáng)時(shí),可將污染物分子鍵裂解為呈游離狀態(tài)的離子,且波長在200nm以下的短波長紫外線能分解O2分子,生成臭氧O3(經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,選用波長185nm)。
呈游離狀態(tài)的污染物離子極易與O3產(chǎn)生氧化反應(yīng),生成簡單、低害或無害的物質(zhì),如 CO2、H2O 等,以達(dá)到廢氣凈化處理的目的。用紫外光解方式獲得的臭氧,因獲得復(fù)合離子光子的能量后,能極為迅速地分解,分解后產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的自由基O、OH和H2O。
自由基 O、OH 和 H2O 與惡臭氣體發(fā)生一系列協(xié)同、連鎖反應(yīng),惡臭氣體zui終被氧化降解為低分子物質(zhì)、CO2 和 H2O,而達(dá)到zui終的除臭目的。研究過程中,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)惡臭氣體的相對分子質(zhì)量越大時(shí),紫外光解氧化效果就越明顯。在特種能量等級的紫外線作用下,大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都能得到GX分解。
6、生物降解技術(shù)
生物降解技術(shù)即將含VOC的廢氣經(jīng)傳質(zhì)過程,進(jìn)入微生物懸液或生物膜中,在好氧條件下利用GX降解菌種將廢氣中的 VOC降解為 CO2 和 H2O 等。生物法凈化VOC 廢氣的關(guān)鍵在于微生物的馴化及GX降解菌的培養(yǎng)。
目前研究出的生物菌種對有機(jī)物的消化具有很強(qiáng)的專一性,只能處理包括醇類、醛類、酮類、酯類、單環(huán)芳烴以及氨和硫化氫等單組分且易生物降解的有機(jī)化合物,其對單一 VOC 去除能力的大小順序?yàn)椋捍肌⑷?、酮等含氧烴類 > BTEX 等單環(huán)芳香烴 >鹵代烴,對單組分單環(huán)芳烴去除能力的大小順序?yàn)椋杭妆?> 苯 > 乙苯或二甲苯 > 氯苯或二氯苯。在處理混合組分的 VOC 時(shí),由于各組分間存在的競爭和YZ作用會出現(xiàn)降解歧視現(xiàn)象,因此,生物法治理有機(jī)廢氣的普適性較差。
7、低溫等離子體凈化技術(shù)
低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成。低溫等離子體降解VOCs原理在外電場的作用下,介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊 VOC 分子,使其電離解離和激發(fā)、引發(fā)系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜的大相對分子質(zhì)量的有機(jī)廢氣降解為簡單的小相對分子質(zhì)量物質(zhì),或是有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害或低害的物質(zhì),從而使VOC降解去除。攜能電子的平均能量約10eV,適當(dāng)控制反應(yīng)條件可實(shí)現(xiàn)一般難以實(shí)現(xiàn)或速度很快的化學(xué)反應(yīng)。
光觸媒催化VOC處理方法的優(yōu)劣
低溫等離子體光催化協(xié)同技術(shù)具有其他凈化技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn),低溫等離子體法處理 VOC 的技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有很多優(yōu)點(diǎn):一是,可在常溫常壓下操作;二是,有機(jī)化合物zui終的產(chǎn)物為 CO2,CO,H2O。若有機(jī)物是氯代物,則產(chǎn)物中還應(yīng)加上氯化物,而無中間產(chǎn)物降低了,有機(jī)物的毒性,同時(shí)避免了其他方法中的后期處理問題;三是,運(yùn)行費(fèi)用低;四是;VOC的去除率高,對 VOC的適應(yīng)性運(yùn)行管理比較方便。
針對工業(yè)上氣量大,濃度低,且污染物大都無回收價(jià)值的制造行業(yè)有機(jī)廢氣 VOC,需要有一種更有效、徹底、操作更簡便的處理方法,zui大限度地減少運(yùn)行條件的限制,低溫等離子體法的出現(xiàn)正是為了順應(yīng)這種要求,并越來越受到國內(nèi)外的重視。隨著研究的不斷深入,低溫等離子體光催化法必將向著規(guī)?;较虬l(fā)展。
- 低溫等離子光觸媒催化在VOC技術(shù)分析
- 1、吸附技術(shù)
吸附技術(shù)是利用有較大比表面積的固體吸附劑將廢氣中的VOC捕獲,從而使有害成分從氣體中分離出來,當(dāng)吸附達(dá)到飽和后采用水蒸氣或熱風(fēng)等作為脫附劑,將吸附劑表面的VOC 脫附并加以回收。
2、冷凝技術(shù)
冷凝技術(shù)是利用氣態(tài)污染物具有不同的飽和蒸氣壓,通過降低溫度或加大壓力,使 VOC 冷凝成液滴 而從氣體中分離出來,借助不同的冷凝溫度實(shí)現(xiàn)污染 物的逐步分離。
3、膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)利用不同氣體分子通過高分子膜的 溶解擴(kuò)散速度不同,在一定壓力下實(shí)現(xiàn)分離目的。膜兩側(cè)氣體的分壓差是膜分離的驅(qū)動(dòng)力,可通過壓縮進(jìn) 氣或在膜滲透側(cè)用真空泵來實(shí)現(xiàn),因此,膜分離過程 常常與冷凝或壓縮過程集成。
4、燃燒治理技術(shù)和催化燃燒技術(shù)
直接燃燒技術(shù)根據(jù)熱量的回收方式,可分為直接焚燒法和蓄熱焚燒法。直接焚燒法即將有機(jī)廢氣加熱到一定溫度下( 800℃左右),使其完全氧化分解,生成 CO2和 H2O 等。蓄熱焚燒法即將燃燒尾氣中的熱量蓄積,用于加熱待處理廢氣,節(jié)能 效果明顯,此方法的去除效率可達(dá)99% 以上,但燃 燒不完全時(shí)容易產(chǎn)生氮氧化物,造成二次污染,該法適用于汽車、家電等烤漆行業(yè)高溫和高濃度的有機(jī)廢氣治理。
催化燃燒技術(shù)通過在燃燒系統(tǒng)中添加催化劑,使可燃性的VOC在催化劑表面發(fā)生非均相氧化反應(yīng),于300~500 ℃左右將VOC 催化氧化分解為 CO2 和 H2O 等。催化燃燒較熱力焚燒溫度低,可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用,但當(dāng)廢氣中含有能夠引起催化劑中毒的硫、鹵素有機(jī)化合物時(shí),不宜采用催化燃燒法
5、光觸媒催化降解技術(shù)
納米TiO2光觸媒催化降解具有納米半導(dǎo)體粒子的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價(jià)帶能級變?yōu)槿芗?,能隙變寬,?dǎo)帶變負(fù),而價(jià)帶寬變得更正,即在光觸媒催化作用下具有很強(qiáng)的氧化還原能力,從而提高了其光觸媒催化活性。
波長較短的紫外線其光子能量很強(qiáng),當(dāng)環(huán)境中的紫外光能量等級比大多數(shù)廢氣物質(zhì)的分子結(jié)合能強(qiáng)時(shí),可將污染物分子鍵裂解為呈游離狀態(tài)的離子,且波長在200nm以下的短波長紫外線能分解O2分子,生成臭氧O3(經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,選用波長185nm)。
呈游離狀態(tài)的污染物離子極易與O3產(chǎn)生氧化反應(yīng),生成簡單、低害或無害的物質(zhì),如 CO2、H2O 等,以達(dá)到廢氣凈化處理的目的。用紫外光解方式獲得的臭氧,因獲得復(fù)合離子光子的能量后,能極為迅速地分解,分解后產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的自由基O、OH和H2O。
自由基 O、OH 和 H2O 與惡臭氣體發(fā)生一系列協(xié)同、連鎖反應(yīng),惡臭氣體被氧化降解為低分子物質(zhì)、CO2 和 H2O,而達(dá)到除臭目的。研究過程中,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)當(dāng)惡臭氣體的相對分子質(zhì)量越大時(shí),紫外光解氧化效果就越明顯。在特種能量等級的紫外線作用下,大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)都能得到GX分解。
6生物降解技術(shù)
生物降解技術(shù)即將含VOC的廢氣經(jīng)傳質(zhì)過程,進(jìn)入微生物懸液或生物膜中,在好氧條件下利用GX降解菌種將廢氣中的 VOC降解為 CO2 和 H2O 等。生物法凈化VOC 廢氣的關(guān)鍵在于微生物的馴化及GX降解菌的培養(yǎng)。
7、低溫等離子體凈化技術(shù)
低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成低溫等離子體高能態(tài)的粒子構(gòu)成。低溫等離子體降解VOCs原理在外電場的作用下,介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊 VOC 分子,使其電離解離和激發(fā)、引發(fā)系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜的大相對分子質(zhì)量的有機(jī)廢氣降解為簡單的小相對分子質(zhì)量物質(zhì),或是有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害或低害的物質(zhì),從而使VOC降解去除。
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- 什么是低溫等離子設(shè)備?
冰升溫至0℃會變成水,如繼續(xù)使溫度升至100℃,那么水就會沸騰成為水蒸氣。隨著溫度的上升,物質(zhì)的存在狀態(tài)一般會呈現(xiàn)出固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)三種物態(tài)的轉(zhuǎn)化過程,我們把這三種基本形態(tài)稱為物質(zhì)的三態(tài)。那么對于氣態(tài)物質(zhì),溫度升至幾千度時(shí),將會有什么新變化呢? 由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就變成由自由運(yùn)動(dòng)并相互作用的正離子和電子組成的混合物(蠟燭的火焰就處于這種狀態(tài))。我們把物質(zhì)的這種存在狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài),即等離子體(plasma)。
因?yàn)殡婋x過程中正離子和電子總是成對出現(xiàn),所以等離子體中正離子和電子的總數(shù)大致相等,總體來看為準(zhǔn)電中性。反過來,我們可以把等離子體定義為:正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。
從剛才提到的微弱的蠟燭火焰,我們可以看到等離子體的存在,而夜空中的滿天星斗又都是高溫的完全電離等離子體。據(jù)印度天體物理學(xué)家沙哈(M.Saha,1893-1956)的計(jì)算,宇宙中的99.9%的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)。而我們居住的地球倒是例外的溫度較低的星球。此外,對于自然界中的等離子體,我們還可以列舉太陽、電離層、極光、雷電等。
在人工生成等離子體的方法中,氣體放電法比加熱的辦法更加簡便高效,諸如熒光燈、霓虹燈、電弧焊、電暈放電等等。在自然和人工生成的各種主要類型的等離子體的密度和溫度的數(shù)值,其密度為106(單位:個(gè)/m3)的稀薄星際等離子體到密度為1025的電弧放電等離子體,跨越近20個(gè)數(shù)量級。其溫度分布范圍則從100K的低溫到超高溫核聚變等離子體108-109K(1-10億度)。
溫度軸的單位eV(electron volt)是等離子體領(lǐng)域中常用的溫度單位,1eV=11600K。
通常,等離子體中存在電子、正離子和中性粒子(包括不帶電荷的粒子如原子或分子以及原子團(tuán))等三種粒子。設(shè)它們的密度分別為ne,ni,nn,由于準(zhǔn)電中性,所以電離前氣體分子密度為ne≈nn。于是,我們定義電離度β=ne/(ne+nn),以此來衡量等離子體的電離程度。日冕、核聚變中的高溫等離子體的電離度都是100%,像這樣β=1的等離子體稱為完全電離等離子體。電離度大于1%(β≥10-2)的稱為強(qiáng)電離等離子體,像火焰中的等離子體大部分是中性粒子(β<10-3 ),稱之為弱電離等離子體。
若放電是在接近于大氣壓的高氣壓條件下進(jìn)行,那么電子、離子、中性粒子會通過激烈碰撞而充分交換動(dòng)能,從而使等離子體達(dá)到熱平衡狀態(tài)。若電子、離子、中性粒子的溫度分別為了Te,Ti,Tn,我們把這三種粒子的溫度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的熱平衡等離子體稱為熱等離子體(thermal plasma),在實(shí)際的熱等離子體發(fā)生裝置中,陰極和陽極間的電弧放電作用使得流入的工作氣體發(fā)生電離,輸出的等離子體呈噴射狀,可用作等離子體射流(plasma jet)、等離子體噴焰(plasma torch)等。
另一方面,數(shù)百帕以下的低氣壓等離子體常常處于非熱平衡狀態(tài)。此時(shí),電子在與離子或中性粒子的碰撞過程中幾乎不損失能量,所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我們把這樣的等離子體稱為低溫等離子體(cold plasma)。當(dāng)然,即使是在高氣壓下,低溫等離子體還可以通過不產(chǎn)生熱效應(yīng)的短脈沖放電模式即電暈放電(corona discharge)或電弧滑動(dòng)噴射式放電來生成。大氣壓下的輝光放電技術(shù)目前也已成為世界各國的研究熱點(diǎn)??僧a(chǎn)生大氣壓非平衡態(tài)等離子體的機(jī)理尚不清楚,在高氣壓下等離子體的輸運(yùn)特性的研究也剛剛起步,現(xiàn)已形成新的研究熱點(diǎn)。
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冰升溫至0℃會變成水,如繼續(xù)使溫度升至100℃,那么水就會沸騰成為水蒸氣。隨著溫度的上升,物質(zhì)的存在狀態(tài)一般會呈現(xiàn)出固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)三種物態(tài)的轉(zhuǎn)化過程,我們把這三種基本形態(tài)稱為物質(zhì)的三態(tài)。那么對于氣態(tài)物質(zhì),溫度升至幾千度時(shí),將會有什么新變化呢? 由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,這樣物質(zhì)就變成由自由運(yùn)動(dòng)并相互作用的正離子和電子組成的混合物(蠟燭的火焰就處于這種狀態(tài))。我們把物質(zhì)的這種存在狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài),即等離子體(plasma)。因?yàn)殡婋x過程中正離子和電子總是成對出現(xiàn),所以等離子體中正離子和電子的總數(shù)大致相等,總體來看為準(zhǔn)電中性。反過來,我們可以把等離子體定義為:正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。
從剛才提到的微弱的蠟燭火焰,我們可以看到等離子體的存在,而夜空中的滿天星斗又都是高溫的完全電離等離子體。據(jù)印度天體物理學(xué)家沙哈(M.Saha,1893-1956)的計(jì)算,宇宙中的99.9%的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)。而我們居住的地球倒是例外的溫度較低的星球。此外,對于自然界中的等離子體,我們還可以列舉太陽、電離層、極光、雷電等。在人工生成等離子體的方法中,氣體放電法比加熱的辦法更加簡便GX,諸如熒光燈、霓虹燈、電弧焊、電暈放電等等。在自然和人工生成的各種主要類型的等離子體的密度和溫度的數(shù)值,其密度為106(單位:個(gè)/m3)的稀薄星際等離子體到密度為1025的電弧放電等離子體,跨越近20個(gè)數(shù)量級。其溫度分布范圍則從100K的低溫到超高溫核聚變等離子體的108-109K(1-10億度)。 溫度軸的單位eV(electron volt)是等離子體領(lǐng)域中常用的溫度單位,1eV=11600K。
通常,等離子體中存在電子、正離子和中性粒子(包括不帶電荷的粒子如原子或分子以及原子團(tuán))等三種粒子。設(shè)它們的密度分別為ne,ni,nn,由于準(zhǔn)電中性,所以電離前氣體分子密度為ne≈nn。于是,我們定義電離度β=ne/(ne+nn),以此來衡量等離子體的電離程度。日冕、核聚變中的高溫等離子體的電離度都是1**%,像這樣β=1的等離子體稱為完全電離等離子體。電離度大于1%(β≥10-2)的稱為強(qiáng)電離等離子體,像火焰中的等離子體大部分是中性粒子(β<10-3 ),稱之為弱電離等離子體。
若放電是在接近于大氣壓的高氣壓條件下進(jìn)行,那么電子、離子、中性粒子會通過激烈碰撞而充分交換動(dòng)能,從而使等離子體達(dá)到熱平衡狀態(tài)。若電子、離子、中性粒子的溫度分別為了Te,Ti,Tn,我們把這三種粒子的溫度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的熱平衡等離子體稱為熱等離子體(thermal plasma),在實(shí)際的熱等離子體發(fā)生裝置中,陰極和陽極間的電弧放電作用使得流入的工作氣體發(fā)生電離,輸出的等離子體呈噴射狀,可用作等離子體射流(plasma jet)、等離子體噴焰(plasma torch)等。
另一方面,數(shù)百帕以下的低氣壓等離子體常常處于非熱平衡狀態(tài)。此時(shí),電子在與離子或中性粒子的碰撞過程中幾乎不損失能量,所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我們把這樣的等離子體稱為低溫等離子體(cold plasma)。當(dāng)然,即使是在高氣壓下,低溫等離子體還可以通過不產(chǎn)生熱效應(yīng)的短脈沖放電模式即電暈放電(corona discharge)或電弧滑動(dòng)噴射式放電來生成。大氣壓下的輝光放電技術(shù)目前也已成為世界各國的研究熱點(diǎn)??僧a(chǎn)生大氣壓非平衡態(tài)等離子體的機(jī)理尚不清楚,在高氣壓下等離子體的輸運(yùn)特性的研究也剛剛起步,現(xiàn)已形成新的研究熱點(diǎn)。
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熱力燃燒法TO
優(yōu)點(diǎn):
1. 凈化效率高
2. 可凈化各種有機(jī)廢氣,不需要預(yù)處理,不穩(wěn)定因素少,可靠性高
3. 在廢氣濃度高、設(shè)計(jì)合理的條件下,可回用熱能
缺點(diǎn):
1. 處理溫度高,能耗大
2. 存在二次污染
3. 燃燒裝置、燃燒室、熱回收裝置造價(jià)高,維修較難
4. 處理大流量、低濃度廢氣能耗過大,運(yùn)行費(fèi)用高
RTO
優(yōu)點(diǎn):
1. 具有TO的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),但對復(fù)雜的有機(jī)廢氣需要預(yù)處理
2. 能耗遠(yuǎn)低于TO,可處理大流量低濃度廢氣
缺點(diǎn)
1. 處理溫度比TO低,但仍較高,因而仍有少量二次污染
2. 造價(jià)較高
3. 占地面積大
催化燃燒法 CO
優(yōu)點(diǎn):
1. 凈化效率高,無二次污染
2. 能耗較低,在相同條件下約比TO低50%,因而運(yùn)行費(fèi)用低
缺點(diǎn):
1. 用電能預(yù)熱時(shí),不能處理低濃度廢氣
2. 催化劑成本高,且有使用壽命限制
3. 復(fù)雜廢氣需預(yù)處理
RCO
優(yōu)點(diǎn):
1. 凈化效率高,無二次污染
2. 在各種燃燒法中能耗低,廢氣濃度在1-1.5g/m3時(shí)即能無耗運(yùn)行
3. 能處理各種有機(jī)廢氣
缺點(diǎn):
1. 整體式占地面積小,但維修困難
2. 分體式占地面積大
3. 整體式不宜用于高濃度(4g/m3),否則催化床會超溫
4. 復(fù)雜廢氣需預(yù)處理
吸附法
優(yōu)點(diǎn):
1. 可凈化大流量低濃度廢氣
2. 對單一品種廢氣可回收溶劑
3. 運(yùn)行費(fèi)用較低
缺點(diǎn):
1. 吸附劑需補(bǔ)充和再生
2. 對溫度較高廢氣需先行冷卻
3. 復(fù)雜廢氣需預(yù)處理
4. 管理不便
5. 存在二次污染
6. 安全性差
吸收法
優(yōu)點(diǎn):
1. 對親水性溶劑蒸汽用水作吸附劑時(shí),設(shè)備費(fèi)用低,運(yùn)行費(fèi)低,安全
2. 可用油、酯等吸收苯類廢氣,凈化率高
3. 適用于大流量低濃度廢氣
缺點(diǎn):
1. 用水作吸附劑時(shí),需要對產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理
2. 吸收、脫吸控制管理復(fù)雜
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1.傳統(tǒng)清潔方法的缺點(diǎn)
傳統(tǒng)的清洗方法包括水清洗、有機(jī)溶劑清洗和化學(xué)性質(zhì)。一般將超聲波分離處理、超高壓注入等物理效應(yīng)與增溶轉(zhuǎn)化等化學(xué)效應(yīng)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)清洗的作用。這種清潔方法看起來很便宜,但它會消耗大量的可再生資源,并造成環(huán)境污染。清洗中常用的有機(jī)溶劑大多是易燃或有害的化學(xué)品,排放的廢水和工業(yè)廢氣對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。采用傳統(tǒng)的濕法清洗后,表層總會有大量的水或有機(jī)化學(xué)殘留物,必須選擇其他方法進(jìn)行二次清洗。
2.等離子清洗的優(yōu)點(diǎn)是什么?
等離子清洗可以提高清洗率。整個(gè)清洗和生產(chǎn)過程在10分鐘內(nèi)就能成功,因此具有輸出率高的特點(diǎn)。
等離子體清洗還可以清潔各種材料,無論是金屬材料、半導(dǎo)體材料、金屬氧化物,還是聚合物原料(如聚丙烯、高密度聚乙烯、四氟乙烯、聚酰亞胺薄膜、聚氨酯、環(huán)氧樹脂膠粘劑和其他聚合物化合物)。它還可以清洗各種材料,無論是金屬材料、半導(dǎo)體材料、金屬氧化物,還是聚合物材料,如聚丙烯、高密度聚乙烯、四氟乙烯、聚酰亞胺薄膜、聚氨酯、環(huán)氧樹脂膠粘劑等。因此,它非常適合于不耐高溫和耐溶劑的材料。而且還可以有選擇地做好整體、局部或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清理工作。
等離子體清洗的真空值約為100Pa,這種清洗條件很容易達(dá)到,因此這種設(shè)備的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)成本不高,清洗工藝不需要使用非常昂貴的有機(jī)溶液,從而使整體生產(chǎn)成本低于傳統(tǒng)濕法清洗工藝。
同時(shí),當(dāng)清洗和去污成功完成時(shí),材料本身的表層性能也可以得到改善,如改善表層的潤濕性能、改善薄膜的附著力等,這在許多應(yīng)用中都是非常重要的。
與高精度、高潔凈度標(biāo)準(zhǔn)的電子元件相比,還應(yīng)采用精細(xì)清洗工藝。等離子清洗是一種可以合理、有效地替代化學(xué)清洗的加工技術(shù)。此外,等離子清洗還可以與水清洗工藝相結(jié)合,以增強(qiáng)清洗處理的實(shí)際效果。等離子體干洗也是一種很好的輔助水清洗加工技術(shù)。
等離子清洗機(jī)在清除表層污染源時(shí)不會對健康或安全造成危害。
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- 解說等離子技術(shù)用于涂層
用于涂層所有的工業(yè)材料、金屬、玻璃、陶瓷
等離子聚合反應(yīng)
單體被導(dǎo)入等離子反應(yīng)腔。等離子使氣體原子化并使其沉積在工藝部件的表面。
應(yīng)用
.疏水層的沉積
.親水層的沉積
.保護(hù)或絕緣層的沉積
.防擴(kuò)散層
適用部件
.精密驅(qū)動(dòng)件
.洗碗機(jī)
.醫(yī)療器械
.車大燈反射鏡
.?dāng)z像頭
.以及其他部件
應(yīng)用領(lǐng)域
.生物芯片制造
.精密機(jī)械制造
.洗碗機(jī)制造
.醫(yī)療器械制造
.傳感器工程
.紡織業(yè)
.鐘表制造業(yè)
.以及其他應(yīng)用領(lǐng)域
- 什么是低壓等離子技術(shù)?
對于低壓等離子技術(shù), 氣體在真空中通過獲取能量從而被激發(fā)。
等離子由高能離子、高能電子以及其它反應(yīng)粒子組成。 由此,等離子材料表面可以被有效的改變。
其等離子效應(yīng)可以分為以下三類
·微砂噴射:材料表面通過離子轟擊被消減
·化學(xué)反應(yīng):材料表面與離子化的氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)
·紫外線放射:紫外射線將長鏈破化合物分解通過改變工藝參數(shù), 如:壓力、 發(fā)生器功率、 工藝時(shí)間、氣體流量和氣體組成,可以獲得不同的等離子效果。
如此便可在一道工序內(nèi)完成多種工藝效果。
低壓等離子技術(shù)特點(diǎn)
特別適用于處理2D或3D部件
用于處理散裝材料
批處理工藝
Diener等離子表面處理技具有出類拔萃的等離子系統(tǒng)。
Diener的產(chǎn)品線包含標(biāo)準(zhǔn)及特種設(shè)備,涵蓋所有等離子表面處理應(yīng)用領(lǐng)域。
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