0 引言

目(mu)前, 各種有(you)毒有(you)害氣體(ti)的(de)排放已造(zao)成(cheng)嚴重的(de)環境污染(ran)(ran)。低(di)濃度(du)有(you)害氣態污染(ran)(ran)物(如(ru)二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)硫、氮氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物、揮(hui)發性(xing)有(you)機化(hua)(hua)(hua)合物、硫化(hua)(hua)(hua)氫等)廣泛(fan)地產生于能源轉化(hua)(hua)(hua)、交通運輸、工業生產等過程中，國際條例加(jia)強了對(dui)這些有(you)害廢氣的(de)限(xian)制(zhi)。傳統的(de)治理方法(fa)如(ru)液體(ti)吸(xi)收法(fa)、活(huo)性(xing)炭(tan)吸(xi)附法(fa)、焚(fen)燒和(he)催化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)等已很難達到(dao)國際排放標準。

近年(nian)來興(xing)起的(de)(de)低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)催化(Non-thermal Plasma Catalysis)技術降解(jie)空氣中有(you)機污染(ran)物(wu)(wu)的(de)(de)多相(xiang)催化過程(cheng)已成(cheng)為理(li)(li)想的(de)(de)環(huan)境治理(li)(li)技術。該技術將低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)技術和催化凈化技術有(you)機結合, 克服了兩(liang)者自身的(de)(de)缺陷。研究(jiu)發現,低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)催化去除氣體(ti)污染(ran)物(wu)(wu)具有(you)能耗低(di)、使(shi)用(yong)便利、副產物(wu)(wu)少(shao)、不(bu)產生放(fang)射物(wu)(wu)、作用(yong)時(shi)間短、處理(li)(li)效率高等(deng)優(you)點。該項技術在環(huan)境污染(ran)物(wu)(wu)處理(li)(li)方面(mian)(mian)引起了人們的(de)(de)極大關注, 被認(ren)為是氣態污染(ran)物(wu)(wu)處理(li)(li)領域中很有(you)發展(zhan)前途的(de)(de)高新技術之一。在此將探討其與污染(ran)氣體(ti)的(de)(de)作用(yong)過程(cheng)及兩(liang)者協同(tong)作用(yong)機理(li)(li), 并概(gai)述(shu)這一技術在廢(fei)氣治理(li)(li)方面(mian)(mian)的(de)(de)進(jin)展(zhan)。

1 等離子體催化原理

1.1 等離子體概述

在(zai)(zai)絕對溫度不為(wei)零(ling)的(de)(de)(de)任何氣(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)， 總有少(shao)量的(de)(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)被電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)，即(ji)氣(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)除中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)粒(li)子(zi)(zi)(zi)外，還存在(zai)(zai)帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)—電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)和離(li)子(zi)(zi)(zi)等。這些(xie)少(shao)量的(de)(de)(de)帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)相互(hu)(hu)間的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)很(hen)弱，它們在(zai)(zai)氣(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)仍可自由(you)運(yun)動。但是，當帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)建立的(de)(de)(de)空(kong)間電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷場達到限制自身運(yun)動時(shi)，帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)相互(hu)(hu)間的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)對氣(qi)體(ti)的(de)(de)(de)性(xing)質產生(sheng)影響。顯(xian)然(ran)，隨著帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)濃度的(de)(de)(de)增大，其影響越來越大。當濃度足(zu)夠(gou)大時(shi)，正(zheng)(zheng)負帶(dai)(dai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)之(zhi)間的(de)(de)(de)相互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)，使得在(zai)(zai)與氣(qi)體(ti)體(ti)積線度可相比擬(ni)的(de)(de)(de)體(ti)積內(nei)始終維持宏觀上的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)，即(ji)空(kong)間凈電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷為(wei)零(ling)。若有偶然(ran)因素(su)，使電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)破壞，這就(jiu)造(zao)成了(le)正(zheng)(zheng)負電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)分離(li)，引起強電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)(de)出現，正(zheng)(zheng)負電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷在(zai)(zai)此電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場作(zuo)用(yong)下的(de)(de)(de)運(yun)動，又很(hen)快恢(hui)復了(le)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)。這種狀態下的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)氣(qi)體(ti)稱為(wei)等離(li)子(zi)(zi)(zi)體(ti)。

一般來說，等(deng)離(li)子(zi)(zi)體(ti)中基(ji)本的(de)(de)(de)粒子(zi)(zi)類型有6 種，即：光子(zi)(zi)、電子(zi)(zi)、基(ji)態原子(zi)(zi)（或(huo)分(fen)子(zi)(zi)）、激發(fa)態原子(zi)(zi)（或(huo)分(fen)子(zi)(zi)）以及(ji)正離(li)子(zi)(zi)和負離(li)子(zi)(zi)。低(di)溫等(deng)離(li)子(zi)(zi)體(ti)中這些粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)共同存在，使其具有高(gao)能(neng)量、高(gao)活(huo)(huo)性(xing)等(deng)性(xing)質。使很多(duo)需要很高(gao)活(huo)(huo)化(hua)(hua)能(neng)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學反應(ying)能(neng)夠發(fa)生(sheng)，常(chang)規方法難以去除(chu)的(de)(de)(de)污染物得以轉(zhuan)化(hua)(hua)或(huo)分(fen)解。低(di)溫等(deng)離(li)子(zi)(zi)體(ti)在日常(chang)生(sheng)活(huo)(huo)和環境保護中有著較為(wei)廣泛的(de)(de)(de)應(ying)用， 國內外學者利用低(di)溫等(deng)離(li)子(zi)(zi)體(ti)技術對(dui)煙氣(qi)(qi)脫(tuo)硫(liu)、脫(tuo)氮(dan)及(ji)脫(tuo)硫(liu)、脫(tuo)氮(dan)除(chu)塵一體(ti)化(hua)(hua)系(xi)統(tong)進行(xing)研究和開發(fa)、處理溫室(shi)效應(ying)氣(qi)(qi)體(ti)、VOCs （Volatile Organic Compounds）和對(dui)汽車的(de)(de)(de)尾氣(qi)(qi)處理等(deng)。

1.2 協同原理

低(di)溫(wen)等離子(zi)(zi)(zi)體催(cui)化(hua)技術就是指(zhi)低(di)溫(wen)等離子(zi)(zi)(zi)體的多(duo)相催(cui)化(hua)技術， 也就是在低(di)溫(wen)等離子(zi)(zi)(zi)體放電(dian)(dian)電(dian)(dian)極表面(mian)(mian)、反(fan)應(ying)器(qi)內表面(mian)(mian)、或者在放電(dian)(dian)空間置入缺電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的異相介質， 利用它(ta)對低(di)溫(wen)等離子(zi)(zi)(zi)體化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)產生的催(cui)化(hua)作用，來提高處理效率(lv)。在催(cui)化(hua)反(fan)應(ying)中主要(yao)包(bao)括(kuo)：反(fan)應(ying)物(wu)分子(zi)(zi)(zi)在催(cui)化(hua)劑表面(mian)(mian)的吸附、吸附分子(zi)(zi)(zi)表面(mian)(mian)的化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)和反(fan)應(ying)產物(wu)的脫附過程。

在(zai)放(fang)(fang)電狀態下， 低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)空間富集了大(da)量(liang)極(ji)活(huo)(huo)潑(po)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)活(huo)(huo)性物(wu)(wu)種，如離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、高(gao)(gao)能(neng)(neng)電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、激發(fa)(fa)態的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)自由基(ji)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)。這(zhe)些(xie)高(gao)(gao)活(huo)(huo)性物(wu)(wu)種在(zai)普通的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱化(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)中(zhong)不(bu)易得(de)到(dao)， 但在(zai)低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)可源(yuan)源(yuan)不(bu)斷地產(chan)(chan)生。有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)在(zai)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)降解主要有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)以下3 個途(tu)徑(jing): ①電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)電離(li)(li)(li)(li)； ②自由基(ji)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)電離(li)(li)(li)(li)；③離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)電離(li)(li)(li)(li)。低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)些(xie)活(huo)(huo)性粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均(jun)能(neng)(neng)量(liang)高(gao)(gao)于有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍵(jian)能(neng)(neng)， 它們和(he)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)生頻(pin)繁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)，打開氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)鍵(jian)，與有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)生化(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)， 同時由低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)放(fang)(fang)電產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)紫外光也能(neng)(neng)夠促進(jin)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降解。當(dang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)置入等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)場中(zhong)時，電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)量(liang)、電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)密度(du)及功率等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)物(wu)(wu)理參數受(shou)到(dao)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、受(shou)激原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)) 轟擊催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)表面， 催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)顆粒(li)被(bei)極(ji)化(hua)(hua)，并形成二(er)次電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)(fa)射，就會(hui)在(zai)表面形成場強加強區。另外，由于催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)對(dui)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸附能(neng)(neng)力，在(zai)表面形成有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)富集區， 這(zhe)樣就會(hui)在(zai)低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)催(cui)(cui)化(hua)(hua)作用下迅速發(fa)(fa)生各(ge)種化(hua)(hua)學(xue)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)， 從而(er)將有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)脫(tuo)除。并且(qie)低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性物(wu)(wu)種(特別是高(gao)(gao)能(neng)(neng)電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi))含有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)巨(ju)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)，可以引發(fa)(fa)位于等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)附近(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)，并可降低反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)化(hua)(hua)能(neng)(neng)。同時，催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)還可選擇(ze)性地與低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)副(fu)產(chan)(chan)物(wu)(wu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)，得(de)到(dao)無污染(ran)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)質(如二(er)氧化(hua)(hua)碳和(he)水)。因此，低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)與催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)協同作用時， 較直接(jie)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)法或(huo)單純低溫(wen)(wen)(wen)(wen)等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)法具有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫(tuo)除效(xiao)率， 能(neng)(neng)更有(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)(you)效(xiao)地減少副(fu)產(chan)(chan)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生，提高(gao)(gao)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)選擇(ze)性，并由于吸附作用能(neng)(neng)進(jin)一(yi)(yi)步降低反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)能(neng)(neng)耗。

2 低溫(wen)等離子(zi)體催化(hua)治理氣態污染物

國外對于(yu)低溫等(deng)離子體催(cui)化協同技(ji)術的研(yan)究比較(jiao)深入和廣泛，主要把該項技(ji)術用于(yu)脫硫脫硝、消除揮(hui)發性有(you)機(ji)(ji)化合物(wu)(wu)、凈(jing)化汽車尾氣、治理有(you)毒有(you)害(hai)物(wu)(wu)質等(deng)方(fang)面(mian)。近年來(lai)，國內有(you)許多學者在脫硫脫硝、汽車尾氣凈(jing)化和有(you)機(ji)(ji)廢氣處理等(deng)不(bu)少方(fang)面(mian)取得了一定的成果。

2.1 揮發性有機物的降解

揮發性有(you)機物(wu)(wu)（VOCs）是(shi)(shi)工(gong)業生(sheng)產(chan)中最常(chang)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)放(fang)物(wu)(wu)，此(ci)類物(wu)(wu)質大多(duo)具有(you)毒(du)性，不(bu)僅對(dui)(dui)周(zhou)圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境造成破壞，也對(dui)(dui)人體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)健康產(chan)生(sheng)不(bu)可逆轉的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損傷(shang)。為此(ci)，西(xi)方(fang)國家(jia)頒布法(fa)(fa)(fa)令對(dui)(dui)VOCs 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)排(pai)放(fang)進行(xing)管制(zhi)，制(zhi)定了廢氣(qi)排(pai)放(fang)標準(zhun)， 將工(gong)業中189 種空氣(qi)危險污(wu)染物(wu)(wu)列為毒(du)性空氣(qi)污(wu)染物(wu)(wu)，其(qi)中大部分為VOCs。因此(ci)， 研(yan)究(jiu)如(ru)何治(zhi)理VOCs 吸引了眾(zhong)多(duo)科(ke)研(yan)工(gong)作(zuo)者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目光。經(jing)過科(ke)研(yan)人員多(duo)年的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)努力， 提出了許多(duo)治(zhi)理 VOCs 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)方(fang)法(fa)(fa)(fa)，但是(shi)(shi)這些方(fang)法(fa)(fa)(fa)無(wu)論從技術(shu)上(shang)還是(shi)(shi)經(jing)濟上(shang)來講(jiang)都(dou)存在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺陷，特(te)別(bie)是(shi)(shi)對(dui)(dui)大氣(qi)量、低(di)濃(nong)度VOCs 尚(shang)未找到經(jing)濟可行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)。而(er)低(di)溫等離(li)子體(ti)(ti)催化協同技術(shu)比單純的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫等離(li)子體(ti)(ti)技術(shu)更(geng)具有(you)優勢，為降解各(ge)種VOCs 提供(gong)了嶄新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)，目前國內外對(dui)(dui)此(ci)開展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)相當活躍。

張(zhang)增鳳等采(cai)用在(zai)放電(dian)區域填充涂有TiO2 催(cui)化劑薄膜的(de)(de)-Al2O3 小球，并用多(duo)孔(kong)熔(rong)鑄云母(mu)托(tuo)盤支撐的(de)(de)方法來降(jiang)解甲醛(quan)。通過(guo)實驗發現，高(gao)(gao)能(neng)電(dian)子的(de)(de)能(neng)量和數量隨著電(dian)壓(ya)的(de)(de)增加而增加， 從而甲醛(quan)的(de)(de)降(jiang)解率(lv)也(ye)升高(gao)(gao)， 填充具有較(jiao)大比表面積的(de)(de)介質小球有利于甲醛(quan)的(de)(de)降(jiang)解，TiO2 光(guang)催(cui)化劑在(zai)低溫(wen)等離(li)子體表面能(neng)夠產生催(cui)化活性。

JAE 等用Ni，Cu，Mn 的(de)(de)氧(yang)化(hua)物作(zuo)為(wei)催(cui)化(hua)劑處(chu)理室內空氣(qi)。結果發現(xian)此系統產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)臭(chou)氧(yang)可能對(dui)人(ren)體(ti)造成(cheng)傷害， 催(cui)化(hua)劑的(de)(de)存在(zai)(zai)使產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)CO 的(de)(de)濃度減少了(le)10 倍，在(zai)(zai)產(chan)生(sheng)(sheng)臭(chou)氧(yang)的(de)(de)同時，此系統也產(chan)生(sheng)(sheng)了(le)大量對(dui)人(ren)體(ti)有(you)益(yi)處(chu)的(de)(de)粒子。

MISOOK 等(deng)在常壓下(xia)， 利(li)用(yong)低溫等(deng)離(li)子體(ti)/ TiO2 催(cui)化(hua)體(ti)系去除苯(ben)(ben)， 催(cui)化(hua)劑的(de)質量百分比是3%，苯(ben)(ben)的(de)質量濃度為1 000 mg/m3。實驗測(ce)得，在脈沖電壓為13 kV， 且僅有氧氣的(de)低溫等(deng)離(li)子體(ti)未加催(cui)化(hua)劑時，只(zhi)有40%的(de)苯(ben)(ben)被降解；在O2/TiO2 體(ti)系下(xia)，降解率(lv)明顯提(ti)高，13 kV 時，120 min 后， 降解率(lv)達(da)到(dao)了 70%； 在O2 低溫等(deng)離(li)子體(ti)中，TiO2 負載(zai)于(yu)-Al2O3 上時甲苯(ben)(ben)的(de)轉化(hua)率(lv)達(da)到(dao)了80%，并且在低于(yu)120℃時，二者協(xie)同可以(yi)分解臭氧。由(you)此可以(yi)看出， 低溫等(deng)離(li)子體(ti)催(cui)化(hua)協(xie)同系統作用(yong)凈化(hua)廢氣，可以(yi)大(da)大(da)的(de)減少能耗，降低成本，提(ti)高處理效果。

2.2 氮氧化合物的降解

PENETRANTE 等(deng)(deng)詳細分(fen)析(xi)了(le)NOx 在(zai)低(di)(di)(di)(di)溫等(deng)(deng)離子體(ti)中(zhong)的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程， 發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)在(zai)低(di)(di)(di)(di)溫情況下有(you)利(li)于NO 向NO2 轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，而高(gao)(gao)(gao)(gao)溫時則(ze)相反(fan)(fan)(fan)，根據這一(yi)理論基礎他們采用高(gao)(gao)(gao)(gao)壓窄脈沖電(dian)暈(yun)等(deng)(deng)離子體(ti)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)法設計了(le)先氧化(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)還(huan)原(yuan)(yuan)兩步(bu)法處(chu)理發(fa)(fa)(fa)(fa)動機尾氣(qi)NOx 的(de)(de)實(shi)驗(yan)(yan)，最終將NOx 轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)為N2，CHAE也進行了(le)類似的(de)(de)實(shi)驗(yan)(yan)。HOARD 等(deng)(deng)利(li)用介(jie)質(zhi)阻擋放(fang)電(dian)和(he)沸石作(zuo)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)在(zai)處(chu)理發(fa)(fa)(fa)(fa)動機尾氣(qi)NOx， 結(jie)果(guo)發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)NOx 向N2 轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)CH3ONO2 不(bu)是主要的(de)(de)中(zhong)間(jian)產物(wu)(wu)。 YOUNG 等(deng)(deng)利(li)用介(jie)質(zhi)阻擋放(fang)電(dian)和(he)蜂窩型催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)（V2O5/TiO2）對(dui)(dui)(dui)NO 的(de)(de)去(qu)除效果(guo)進行了(le)研(yan)究，發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)室溫下，NO 很(hen)容易(yi)被去(qu)除掉， 去(qu)除率隨(sui)著(zhu)溫度的(de)(de)升高(gao)(gao)(gao)(gao)而降低(di)(di)(di)(di)。原(yuan)(yuan)因是由于溫度升高(gao)(gao)(gao)(gao)后(hou)(hou)低(di)(di)(di)(di)溫等(deng)(deng)離子體(ti)作(zuo)用相對(dui)(dui)(dui)減(jian)弱，使反(fan)(fan)(fan)應進程發(fa)(fa)(fa)(fa)生了(le)變化(hua)(hua)(hua)(hua)。 HYUN 等(deng)(deng)將光催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO2 球形顆粒直接填(tian)充入線(xian)管(guan)式(shi)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)中(zhong)， 用來去(qu)除NOx。結(jie)果(guo)表明，該(gai)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)能(neng)極(ji)大(da)地減(jian)少(shao)副產物(wu)(wu)(N2O，O3)產生，均低(di)(di)(di)(di)于 10 μL/L，O3 體(ti)積分(fen)數甚至可以降至1 μL/L 以下。另(ling)外，實(shi)驗(yan)(yan)發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian)雙氧水(shui)在(zai)反(fan)(fan)(fan)應中(zhong)起重要作(zuo)用，反(fan)(fan)(fan)應器(qi)出口的(de)(de)NOx 濃(nong)度隨(sui)著(zhu)雙氧水(shui)開關(guan)交替呈(cheng)高(gao)(gao)(gao)(gao)低(di)(di)(di)(di)交替變化(hua)(hua)(hua)(hua)。添加500 ～ 20 000 μL/L 的(de)(de)雙氧水(shui)能(neng)使NOx 去(qu)除率高(gao)(gao)(gao)(gao)達80% ～ 90%以上，能(neng)耗進一(yi)步(bu)降低(di)(di)(di)(di)。柯銳等(deng)(deng)利(li)用低(di)(di)(di)(di)溫等(deng)(deng)離子體(ti)(non -thermal plasma, NTP) 活化(hua)(hua)(hua)(hua)不(bu)同(tong)(tong)氣(qi)體(ti)組分(fen)對(dui)(dui)(dui)Ag/γ-Al2O3 催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)上C3H6 選擇性(xing)(xing)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)還(huan)原(yuan)(yuan)(selectivecatalytic reduction, SCR) NOx 的(de)(de)作(zuo)用,通過原(yuan)(yuan)位漫反(fan)(fan)(fan)射紅外光譜對(dui)(dui)(dui)比了(le)NTP 協同(tong)(tong)前后(hou)(hou)SCR 反(fan)(fan)(fan)應中(zhong)間(jian)物(wu)(wu)種的(de)(de)變化(hua)(hua)(hua)(hua), 并考(kao)察了(le)O2 濃(nong)度和(he)SO2 對(dui)(dui)(dui)NTP 協同(tong)(tong)C3H6-SCR 反(fan)(fan)(fan)應的(de)(de)影響。結(jie)果(guo)發(fa)(fa)(fa)(fa)現(xian), NTP 協同(tong)(tong)在(zai)200 ～ 400 ℃顯著(zhu)提高(gao)(gao)(gao)(gao)SCR 反(fan)(fan)(fan)應活性(xing)(xing),NTP 中(zhong)C3H6 的(de)(de)氮化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)應對(dui)(dui)(dui)協同(tong)(tong)作(zuo)用有(you)最大(da)貢獻, 使得SCR 反(fan)(fan)(fan)應中(zhong)含(han)氧有(you)機物(wu)(wu)，NCO，CN 等(deng)(deng)關(guan)鍵中(zhong)間(jian)物(wu)(wu)種明顯增加,而NTP 單獨活化(hua)(hua)(hua)(hua)NO+O2 或O2 對(dui)(dui)(dui)SCR 促進作(zuo)用不(bu)大(da)。在(zai)2.5% ～ 25%氧濃(nong)度、含(han)0.01% SO2 條件(jian)下NTP 協同(tong)(tong)對(dui)(dui)(dui)SCR 的(de)(de)低(di)(di)(di)(di)溫(< 350℃)活性(xing)(xing)均有(you)明顯提高(gao)(gao)(gao)(gao)。

2.3 汽車尾氣治理

國(guo)內(nei)方(fang)面(mian)(mian)，趙(zhao)如金(jin)等(deng)(deng)(deng)(deng)自制同(tong)軸管介質阻擋(dang)放電(dian)催化反(fan)應(ying)器, 并采用石(shi)英玻璃作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)絕緣介質層(ceng)處(chu)理了(le)(le)汽油機(ji)尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)。研究(jiu)(jiu)了(le)(le)脈沖放電(dian)頻(pin)率(lv)、脈沖電(dian)壓(ya)、氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)流量qV，NO 初始體(ti)(ti)(ti)(ti)積分數φ0(NO)等(deng)(deng)(deng)(deng)對(dui)(dui)(dui)NO，HC 和(he)CO 去除(chu)率(lv)影響的結(jie)果表明，NO，HC 和(he)CO 的去除(chu)率(lv)隨(sui)脈沖電(dian)壓(ya)、脈沖頻(pin)率(lv)的增(zeng)(zeng)加而增(zeng)(zeng)加，隨(sui)φ0(NO) 及qV 的增(zeng)(zeng)加而減小(xiao)。當脈沖頻(pin)率(lv)為(wei)(wei)15 kHz、脈沖電(dian)壓(ya)為(wei)(wei)15 kV，φ0(NO)=100×10-6、工作(zuo)(zuo)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)qV=0.05 m3/ h， 以(yi)γ-Al2O3 小(xiao)球(qiu)(qiu)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)催化劑時，NO，HC 和(he)CO 的去除(chu)率(lv)分別為(wei)(wei)82.3%, 83.2%和(he)48.6%； 而若不加入(ru) γ-Al2O3 小(xiao)球(qiu)(qiu)，NO，HC 和(he)CO 的去除(chu)率(lv)在(zai)相(xiang)同(tong)條(tiao)件(jian)下分別只能(neng)(neng)達到(dao)68.1%，76.0%和(he)41.9%。可見,γ- Al2O3 小(xiao)球(qiu)(qiu)的加入(ru)有利(li)于提(ti)高(gao)(gao)污(wu)染物的去除(chu)率(lv)。國(guo)外(wai)方(fang)面(mian)(mian)，RAJANIKANTH 等(deng)(deng)(deng)(deng)對(dui)(dui)(dui)汽車尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)模(mo)擬氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)低(di)溫等(deng)(deng)(deng)(deng)離子(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)放電(dian)催化中NOx 的脫除(chu)進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)實驗(yan)研究(jiu)(jiu),指出介質填充床的存在(zai)可使NO 去除(chu)效率(lv)更高(gao)(gao)。MIESSNER 等(deng)(deng)(deng)(deng)對(dui)(dui)(dui)選(xuan)擇性(xing)催化還原法(fa)和(he)低(di)溫等(deng)(deng)(deng)(deng)離子(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)合凈化機(ji)動車排氣(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)研究(jiu)(jiu),指出該法(fa)加強了(le)(le)整體(ti)(ti)(ti)(ti)反(fan)應(ying), 在(zai)相(xiang)對(dui)(dui)(dui)低(di)的溫度(du)下就能(neng)(neng)有效去除(chu)NOx。HOLZER 和(he)MICHAEL 等(deng)(deng)(deng)(deng)都對(dui)(dui)(dui)低(di)溫等(deng)(deng)(deng)(deng)離子(zi)(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)催化劑協同(tong)作(zuo)(zuo)用處(chu)理汽車尾(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)(deng)(deng)有害氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)積極的研究(jiu)(jiu)。

2.4 其他方面

SHINSOO 等研發了(le)一種脈沖電暈聯合TiO2 光催(cui)化(hua)室(shi)內(nei)空(kong)氣(qi)凈化(hua)系統， 它在去(qu)除(chu)室(shi)內(nei)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)過(guo)敏原，如細菌、真菌等均表現(xian)出極強的(de)(de)性能。雖然該技(ji)術目(mu)前總體仍處于(yu)(yu)(yu)實驗室(shi)階段但也已(yi)出現(xian)部分(fen)應(ying)用。如LG 公司將(jiang)低溫等離(li)子(zi)(zi)體光催(cui)化(hua)裝置(zhi)用于(yu)(yu)(yu)冰箱殺(sha)菌除(chu)臭，并已(yi)申請專利(li)。國內(nei)也已(yi)經有(you)低溫等離(li)子(zi)(zi)體納米光催(cui)化(hua)超(chao)凈器誕(dan)生， 它用于(yu)(yu)(yu)室(shi)內(nei)的(de)(de)空(kong)氣(qi)凈化(hua)和殺(sha)菌都(dou)收到了(le)很好(hao)的(de)(de)效果。可見，低溫等離(li)子(zi)(zi)體光催(cui)化(hua)技(ji)術很適(shi)用于(yu)(yu)(yu)殺(sha)菌、除(chu)臭。這對(dui)于(yu)(yu)(yu)營造(zao)現(xian)代居室(shi)的(de)(de)健康環(huan)境以及防(fang)止(zhi)各(ge)種病菌的(de)(de)傳染都(dou)有(you)重要的(de)(de)意義和廣泛(fan)的(de)(de)應(ying)用前景。

3 展望

低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體催化(hua)(hua)(hua)技術(shu)在(zai)治理氣(qi)(qi)態污染物方面,已顯示出了很高(gao)的(de)(de)(de)社會(hui)效益(yi)和經濟效益(yi)。是一(yi)項全(quan)新的(de)(de)(de)處理技術(shu)， 低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體場產生高(gao)能(neng)量活性(xing)粒子(zi),促進催化(hua)(hua)(hua)反(fan)應,減少(shao)(shao)能(neng)耗(hao)；催化(hua)(hua)(hua)主導(dao)反(fan)應方向(xiang)，讓反(fan)應具有(you)選擇性(xing)，并能(neng)大(da)(da)大(da)(da)減少(shao)(shao)反(fan)應副(fu)產物,該技術(shu)被(bei)認為在(zai)處理VOCs、氮氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物、機動車尾氣(qi)(qi)等(deng)方面都有(you)著廣闊的(de)(de)(de)發展前景, 同時低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體催化(hua)(hua)(hua)技術(shu)也存在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)缺陷(xian)，如能(neng)耗(hao)高(gao)、一(yi)次(ci)性(xing)投資較大(da)(da)等(deng)，需要在(zai)研究過程中進行不(bu)斷的(de)(de)(de)完善。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章