等离子体水处理技术重点.ppt

等离子体水处理技术 种珊 2010.4.9 等离子体简介 等离子体氧化机理 水处理等离子体类型 研究现状 发展趋势 等离子体是物质第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。 宇宙中90％物质处于等离子体态 人造等离子体 等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器； 工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理； 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹。 人造等离子体 人造等离子体 等离子体分类 等离子体氧化机理 高能电子作用 臭氧氧化作用 紫外光分解作用 等离子体氧化机理 低温等离子体废水处理技术是一种兼具高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解等三种作用于一体的废水处理技术。 三种方法协同作用时，处理效果优于各方法单独作用。 高能电子作用 首先是液下水分子发生电离与激发，在很短的时间内生成离子，激发分子与次级电子，再生成反应能力极强的物质： H20─→·OH+eaq+·H+ H2O2+H3O +H2 并发生下列反应，生成游离氧、臭氧和·OH自由基： O2─→2O─→2·OH O2（+M）+O─→O3（+M） 臭氧氧化作用 臭氧在水中时发生氧化反应，其氧化途径可由臭氧直接氧化某些有机物，也可由其分解产生的中间产物·OH自由基氧化有机物。 ·OH容易攻击高电子云密度的有机分子部位，加在有机分子碳双键上，脱去有机分子上的一个氢，形成R·自由基，R·自由基又被水中溶解氧进一步氧化成ROO·自由基，ROO·自由基再发生一系列的反应，使水中污染物氧化和分解，最终降解产物为二氧化碳和水。 RH R· ROO· CO2+H2O 紫外光分解作用 紫外光作用原理是有毒有害物的分子吸收光子后进入激发态，激发态分子返回基态时吸收的能量使其分子键断裂，生成相应的游离基或离子。这些游离基或离子易与溶解氧或水分子反应生成新的物质而被除去。 紫外光和臭氧联合使用时，臭氧在紫外光的照射下与H2O反应生成了·OH，无论是在氧化能力还是在氧化速度上，都远远超过紫外光分解或臭氧单独使用所达到的效果。 水处理等离子类型 电晕放电 辉光放电 介质阻挡放电 滑动弧放电 射频微波放电 电晕放电 将电压加载在曲率半径很小的电极上，当针状电极上的电位升高到一定程度时，针尖附近的强电场就使其周围的空气产生电离，从而产生的局部放电甚至晕光的现象称为电晕放电。 高压脉冲放电 高压脉冲放电是研究最多的电晕放电形式。 由高电压脉冲电源产生的极强电流在水中以极短的时间(纳秒级)向放电通道输入，形成电子雪崩，巨大的脉冲电流使通道内形成高能密度，由此引起局部高温。 在放电过程中，电子与中性气体分子和原子进行非弹性碰撞，使这些中性分子的激发、分解和电离更为强烈，产生高氧化活性物质(·OH 、H2O2等活性粒子)、紫外辐射、高能电子轰击等，达到去除有机物的目的。 高压脉冲等离子体水处理设备 辉光放电 利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，当两电极间的电压足够高时，则产生明暗不一的区域，自由电子在电场作用下加速。 获得一定能量的电子与管内气体分子碰撞，使后者电离而产生次级电子，电子再被电场加速又碰撞其它分子，如此下去就产生连锁反应，最后达到维持放电正常进行。 介质阻挡放电 有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。 介质阻挡放电中使用的绝缘层(阻挡介质)的典型材料主要包括玻璃、石英、陶瓷、薄搪瓷或聚合物。 滑动弧放电 滑动弧放电产生一种周期性摆动的大气压下非平衡等离子体。与辉光和电晕放电相比，滑动弧放电能够提供更高的能量，产生更多种类的活性粒子。 滑动弧放电 滑动弧放电的主要特点是: 兼有热等离子体和非热等离子体的特性； 滑动弧放电装置和电源结构简单，价格低廉，操作和维护费用比较低； 滑动弧放电过程中电能直接进入反应区域，产生一个充满活性粒子的非平衡等离子体反应环境，超过80%的电能直接被化学反应吸收； 化学反应选择性好，进气不需要预处理。 微波放电 微波放电是电磁控制管产生的微波传入放电室，当放电室内的磁场强度使得电子的回旋频率和输入的微波频率相等时，微波使电子运动加速，促发等离子体。 微波放电的电离度高，气体具有更高的活化程度，因而能在更低温度下获得和维持具有更高能量的等离子体，更适合对温度敏感材料如有机薄膜的处理，但设备造价较高。 国内