介质阻挡放电等离子体脱除氮氧化物的发射光谱研究.pdf

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) 1352 Acta Phys. Chim. Sin., 2005, 21(12) ：1352 1356 December 介质阻挡放电等离子体脱除氮氧化物的发射光谱研究 晶 牛金海 徐 勇 朱爱民 孙 琪 聂龙辉 (大连理工大学等离子体 理化学实验室, 大连 116024) 摘要 在大气压下, NO/N2 体系中, 利用发射光谱技术对50 Hz 和5 kHz 交流介质阻挡放电等离子体在200 900 nm 范围内进行了诊断. 在632 、674.5、715.5 和742 nm 等处测得了N 原子的谱线. 利用化学发光法NOx 分析仪, 模块式红外 收气体分析检测仪, 大气压下直连质谱多种检测手段对放电前后的稳定 种进行了分析, 观察到 O2 的生成. 初步讨论了无氧条件下介质阻挡放电等离子体中NO 脱除的反应机制. 关键词： 大气压, 介质阻挡放电, 等离子体, NO, N 原子, 发射光谱, 质谱 中图分类号： O643 来源于汽车尾气中的氮氧化物对环境造成的危 [6] 测到氮原子的谱线. Luo 等 利用线鄄筒式介质阻挡 害已不容忽视. 随着富氧燃烧的贫燃发动机和柴油 放电在NO/He 的体系中于747 nm 测得了由NO 分 机的推广和使用, 以及由此带来尾气温度的降低, 原 解产生的N 原子激发跃迁谱线. 到目前为止, 大气 有的“三效”催化剂无法在富氧气氛中正常使用, 使 压下线鄄筒式NO/N2 介质阻挡放电等离子体中尚未 得尾气中氮氧化物的脱除变得更加困难. 近些年来 有人通过发射光谱探测到N 原子的谱线. 本研究利 利用低温等离子体技术脱除大气污染 , 如NO , 用发射光谱技术, 在NO/N 体系中, 对 50 Hz 和5 x 2 SO 及VOC 等引起了人们极大的关注. 介质阻挡放 kHz 交流介质阻挡放电等离子体进行了诊断, 于 x 电作为一种可以在常压下产生的非平衡等离子体技 632 、674.5、715.5 nm 等处测得了氮原子的谱线, 利 术, 已成功应用于臭氧的大规模工业生产及其他等 用大气压下直连质谱等检测手段对交流介质阻挡放 离子体工艺过程中. 在气体放电等离子体中, 因为能 电等离子体处理后尾气中的稳定 种进行了分析. 产生大量的电子、原子、离子、自由基和激发态 种 进一步讨论了介质阻挡放电等离子体中的活性 种 等活性基团, 进而引发气相中的化学反应, 为在低温 对脱除氮氧化物的作用. 下脱除有害的污染 开辟了新途径. 但是同时, 等离 子体中这种大量粒子的存在也使得这种体系变得更 1 实验部分 加复杂, 这给研究等离子体中的化学反应带来了一 实验装置如图1 所示. 介质阻挡放电反应器是 定的困难. 科学工作者多利用质谱、红外等技术手段 内径10 mm 、厚1 mm 的光学石英管, 其中心有一直 测得放电后的稳定产物进而推测等离子体中产生了 径2 mm 的不锈钢棒与交