低温等离子体大气污染控制技术及应用

第1章等离子体技术简介1

1.1等离子体的定义1

1.2等离子体的分类2

1.3等离子体的基本参量及等离子体判据5

1.3.1粒子密度和电离度5

1.3.2电子温度和粒子温度6

1.3.3德拜长度6

1.3.4等离子体鞘层6

1.3.5等离子体频率7

1.3.6沙哈方程8

1.3.7等离子体的时空特征限量9

1.3.8等离子体判据9

1.4辉光放电9

1.4.1阴极区10

1.4.2负辉区10

1.4.3法拉第暗区11

1.4.4正柱区11

1.4.5阳极区12

1.5电弧放电12

1.5.1电弧放电的基本性质和特征13

1.5.2电弧的分类13

1.5.3电弧的启动13

1.6火花放电14

1.6.1火花放电的特征14

1.6.2火花放电的形式15

1.6.3流注15

1.7电晕放电15

1.7.1电晕放电的定义16

1.7.2电晕放电的特征16

1.7.3电晕放电的分类17

1.8介质阻挡放电17

1.8.1介质阻挡放电基本概念17

1.8.2介质阻挡放电特征参量22

参考文献29

第2章低温等离子体化学反应过程31

2.1概述31

2.2等离子体产生原理32

2.2.1汤森放电33

2.2.2帕邢定律34

2.2.3气体原子的激发转移和消电离34

2.3低温等离子体化学反应过程35

2.3.1碰撞参数35

2.3.2等离子体中的基本粒子36

2.3.3等离子体产生的电离机制37

2.3.4化学反应链40

2.3.5电离过程分析——电子雪崩现象40

2.4电源和反应器系统及优化41

2.4.1电源和反应器41

2.4.2脉冲电参数测量41

2.4.3高压窄脉冲电源及优化44

2.4.4电源和反应器系统优化44

参考文献47

第3章直流电晕放电伏安特性49

3.1多针对板电晕放电伏安特性51

3.1.1伏安特性分析51

3.1.2正电晕放电形式54

3.1.3负电晕放电电极间距确定58

3.2多电极管线电晕放电伏安特性61

3.2.1实验装置的建立62

3.2.2实验结果与讨论65

3.3管线极电晕放电伏安特性74

3.3.1实验装置75

3.3.2实验结果75

参考文献76

第4章低温等离子体用于挥发性有机物去除78

4.1挥发性有机物控制技术现状78

4.1.1吸收法78

4.1.2吸附法79

4.1.3燃烧法80

4.1.4冷凝法80

4.1.5生物法82

4.1.6膜分离法82

4.1.7光催化氧化法83

4.2低温等离子体技术去除VOCs研究现状83

4.2.1低温等离子体技术去除VOCs的原理83

4.2.2低温等离子体技术用于VOCs的处理研究进展84

4.3低温等离子体协同其他技术去除VOCs研究84

4.3.1低温等离子体协同催化技术降解VOCs84

4.3.2低温等离子体协同吸附(吸收)技术87

4.3.3低温等离子体协同生物法降解VOCs的研究88

4.4低温等离子体催化协同技术用于VOCs去除的研究88

4.4.1低温等离子体联合TiO2降解甲苯的研究88

4.4.2过渡金属元素掺杂TiO2对甲苯降解的影响92

4.4.3过渡金属元素与稀土金属元素共掺杂TiO2对甲苯降解的影响94

4.4.4阴离子修饰TiO2对甲苯降解的影响96

4.4.5低温等离子体协同锰银催化剂降解甲苯的研究99

4.4.6低温等离子体协同钒钛催化剂降解甲苯的研究101

4.4.7低温等离子体协同铁电催化材料降解甲苯的研究104

4.5VOCs产物研究及机理分析107

4.5.1产物分析107

4.5.2低温等离子体协同催化降解VOCs机理分析112

4.5.3化学反应动力学分析116

参考文献119

第5章低温等离子体室内空气净化121

5.1引言121

5.1.1室内空气污染来源及危害121

5.1.2室内空气污染的特征122

5.2室内空气净化技术现状122

5.2.1机械方法122

5.2.2物理方法125

5.2.3生物方法129

5.3低温等离子体技术室内空气净化研究现状129

5.3.1去除气态污染物的作用机理129

5.3.2低温等离子体去除室内污染物国内主要成果130

5.4低温等离子体协同其他技术净化室内空气131

5.4.1低温等离子体催化技术原理132

5.4.2低温等离子体协同催化技术研究现状132

参考文献134

第6章低温等离子体用于恶臭治理137

6.1引言137

6.1.1恶臭气体的分类与来源137

6.1.2恶臭的危害及影响138

6.1.3恶臭气体的排放及污染控制标准141

6.2恶臭处理技术现状142

6.2.1掩蔽法142

6.2.2稀释扩散法142

6.2.3吸附法143

6.2.4吸收法146

6.2.5化学氧化法149

6.2.6燃烧法149

6.2.7光催化氧化法154

6.2.8生物法156

6.2.9联合法159

6.3低温等离子体去除恶臭161

6.3.1电子束照射法162

6.3.2介质阻挡放电技术163

6.3.3表面放电技术164

6.3.4填充式反应器治理技术164

6.3.5脉冲电晕放电技术165

6.3.6直流电晕放电技术166

6.3.7等离子体组合技术168

参考文献170

第7章低温等离子体烟气脱硫脱硝172

7.1烟气脱硫脱硝现状172

7.1.1SO2和NOx的来源及危害172

7.1.2我国SO2和NOx排放现状及相关政策174

7.1.3传统烟气脱硫脱硝技术178

7.2低温等离子体烟气脱硫脱硝技术184

7.2.1低温等离子体烟气脱硫脱硝技术的发展184

7.2.2低温等离子体烟气脱硫脱硝反应机理185

7.2.3电子束法脱硫脱硝189

7.2.4高压脉冲电晕法191

7.2.5高压直流电晕法192

7.2.6介质阻挡放电脱硫脱硝的研究193

7.2.7低温等离子体联合技术脱硫脱硝195

7.3低温等离子体烟气脱硫脱硝工业应用197

7.3.1低温等离子体法脱硫脱硝工艺流程及特点198

7.3.2电子束烟气净化工艺199

参考文献204

第8章低温等离子体餐饮油烟净化208

8.1概述208

8.1.1餐饮油烟的形成及危害208

8.1.2餐饮油烟控制的相关政策法规与标准210

8.1.3常见餐饮油烟净化技术212

8.2低温等离子体技术净化餐饮油烟216

8.2.1低温等离子体技术作用原理216

8.2.2雾化电晕法净化油烟216

8.2.3高压静电法净化油烟219

8.2.4低温等离子体油烟净化器结构优化221

8.2.5低温等离子体复合技术净化油烟223

8.3低温等离子体净化餐饮油烟工程应用225

8.3.1低温等离子体净化设备的技术要求225

8.3.2EP-OW型高效油雾电过滤器228

8.3.3JD-Ⅱ系列高压静电式油雾净化器230

8.3.4PYJ系列复合式等离子油烟净化机组232

参考文献232

第9章低温等离子体技术处理燃油尾气236

9.1柴油机尾气概述237

9.1.1柴油机尾气排放特征237

9.1.2柴油机尾气中主要污染物的形成及危害237

9.1.3柴油机尾气净化技术的现状与不足240

9.1.4传统柴油机尾气污染控制技术240

9.2柴油机尾气排放控制政策及标准245

9.2.1国外柴油机尾气控制政策及排放标准245

9.2.2我国柴油机尾气排放控制政策及标准248

9.3低温等离子体技术处理柴油机尾气250

9.3.1低温等离子体技术处理柴油机尾气的研究现状251

9.3.2低温等离子体处理柴油机尾气反应机理252

9.3.3低温等离子体净化柴油机尾气技术257

9.3.4PM与NOx在净化过程中的相互影响266

9.3.5低温等离子体再生DPF技术267

9.3.6低温等离子体技术应用于汽车尾气净化的局限性268

9.4低温等离子体技术处理柴油机尾气工程应用269

9.4.1低温等离子体用于柴油机尾气处理的技术背景269

9.4.2基于低温等离子体技术的柴油机四效催化技术系统271

9.4.3低温等离子技术处理现代D4BX柴油机排放的碳烟颗粒271

参考文献273

本书是一部论述低温等离子体技术及其在大气污染治理中应用的著作,介绍了低温等离子体的产生过程、机理，给出了脉冲电晕放电、直流电晕放电、交流电晕放电、介质阻挡放电等多种放电的基本原理、理论以及该技术结合吸附、催化等技术的协同效应。 书中结合作者多年来的研究成果，展示了该项技术用于大气污染物的治理研究，主要论述了该技术对挥发性有机污染物、室内空气、油烟废气、恶臭废气以及SO2和NOx烟气的研究所果。

本书可供从事等离子体技术、污染控制技术等学科领域的科研人员、工程技术人员参考，也可供高等学校环境工程、能源工程及相关专业的研究生和高年级本科生参阅。

低温等离子体由于其独特的电子、离子能量分布特性、高化学活性的广泛应用而备受关注，其应用涉及微电子工业,各坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备,纳米材料的制备,聚合物以及生物材料的表面改性等各方面；由于等离子体参数分布的宽泛和复杂性,使深入研究遭遇了众多的困难，在等离子体与材料表面的复杂相互作用方面，由于其可同时改变等离子体和材料表面的状态而影响等离子体的应用。2007年美国国家研究委员会发布了《Plasma science：advance knowledge in national interest》的前瞻性报告，2008年美国能源部发布了《Low Temperature Plasma Science》报告。由国家自然科学基金委主办，苏州大学承办的“低温等离子体物理及应用战略研讨会”于2012年10月25-28日在苏州大学召开，此次研讨会围绕：（1）近五年各单位本学科领域的研究现状和研究动态（包括主要研究方向、人才队伍、资助现状、重要成果，以及在推动学科发展和人才队伍建设、营造科研环境等方面的成绩与问题）；（2）研讨未来一段时间学科领域的发展布局、优先领域以及与其他学科交叉的重点方向；（3）开展国际合作的需求和优先领域；（4）对本学科领域建设发展（措施）等方面进行研讨，谋划低温等离子体物理及应用技术的发展战略。研讨会分为主题报告和研讨两大部分。近40位来自全国十几所高校与科研院所的有关专家参加了会议。会后，会议秘书组梳理、整理了会议纪要：（一）从等离子体物理的基础问题；新型等离子体源物理及技术；低温等离子体数值模拟方法；新型等离子体诊断技术；等离子体与材料表面相互作用等五个方面提出低温等离子体物理及应用技术的关键问题；（二）从全面关注人才队伍建设；营造科研环境、扩大影响；加强国际合作与交流；重视学科可持续发展等四个方面提出低温等离子体物理及应用相关学科发展战略。并提出（三）今后基金资助建议等。会议承办方专门针对长三角多功能电子材料（器件）暨低温等离子体应用组织协作论坛，进一步推动合作与发展。本次会议将为推动我国低温等离子体物理及应用的稳定健康发展作出贡献。

低温等离子体由于其独特的电子、离子能量分布特性、高化学活性的广泛应用而备受关注，其应用涉及微电子工业,各坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备,纳米材料的制备,聚合物以及生物材料的表面改性等各方面；由于等离子体参数分布的宽泛和复杂性,使深入研究遭遇了众多的困难，在等离子体与材料表面的复杂相互作用方面，由于其可同时改变等离子体和材料表面的状态而影响等离子体的应用。2007年美国国家研究委员会发布了《Plasma science：advance knowledge in national interest》的前瞻性报告，2008年美国能源部发布了《Low Temperature Plasma Science》报告，在我国，国力的增强和社会的进步，推动了低温等离子体学科群的建设，研究人员逐年递增，人才队伍日臻合理，至此，召开低温等离子体物理及应用研讨会，将对我国低温等离子体物理及应用的健康发展提供借鉴。

本书共十章。从化学科学的角度对非平衡态等离子体——低温等离子体的基本概念、等离子体的诊断方法、等离子体化学反应的机理、基本反应过程、动力学模型的建立方法、等离子体聚合反应、等离子体引发聚合反应。等离子体表面处理的基本规律及其应用、氧等离子体化学及应用、已实用化的等离子体CVD技术作了系统的论述和介绍，并提供了涉及多领域的尽可能多的应用信息。