低温等离子体净化空气的原理及应用.doc

PAGE 1 低温等离子体净化空气的原理及应用 一、等离子体基本概念及分类 传统的把物质划分为三种状态：固、液、气三态，而新技术等离子体态被看作为物质的第四态，等离子体态是不同于其它物质状态，它是由带电粒子组成的电离状态，等离子体是由包含足够多的电荷数目近于相等的正、负带电粒子（电子、离子、原子、分子、自由基等）的物质聚集而成，等离子体的状态主要取决于它的组成粒子、粒子密度和粒子温度。等离子体按气体电离的程度分类，可分成完全电离气体、部分电离气体、弱电离气体三种，而按等离子体粒子温度来分类，包括：热平衡等离子体和非平衡态等离子体。热平衡等离子体不仅电子温度高，重粒子温度也高，通常为104K～2×104K数量级，而非平衡态等离子体电子温度可高达104K以上，而离子和原子等重粒子温度却可低到300K～500K，故称为低温等离子体。 二、低温等离子体净化空气的原理 低温等离子体所拥有的高能电子同空气中的分子碰撞时会发生一系列基元物质反应，并在反应过程中产生多种活性自由基和活性氧，即臭氧分解而产生的氧原子。活性自由基可以有效地破坏各种病毒、细菌中核酸，蛋白质，使其不能进行正常的代谢和生物合成，从而致使死亡。而活性氧能迅速将多种高分子异味气体分解或还原为低分子无害物质。此外，考虑到等离子体中的离子与物体的凝聚作用，可以对微细颗粒污染物进行有效的收集。 在低温等离子体净化空气的机理中涉及的效应包括： 1.化学效应——等离子体中包含的大量高能且活性极强的自由基跟有害气体分子发生化学反应或打开有害气体的化学键生成无害产物。 2.生物效应——静电作用在细菌、病毒等微生物表面形成剪切力，能够破坏微生物细胞膜，从而起着灭菌的作用，此外负离子增加人体对氧的吸收，使空气更清新，同时能够调节离子平衡。 3.物理效应——大量电子、正负离子与空气中的颗粒污染物发生非弹性碰撞，使之成为荷电离子，在电场力的作用下，被集尘极收集。 （1）低温等离子体净化TVOC等气态污染物的原理 低温等离子体净化TVOC等气态污染物的原理主要体现在它的化学效应上，常压下，气体放电产生高能电子，形成含有大量激发态、亚稳态、游离态粒子以及各种电子、离子等组成的等离子体，它们在净化气态物质的机理方面包括两方面的作用： ①在等离子体产生过程中，一般伴随着瞬时高能量的产生，而活性粒子的化学性质比基态分子活跃得多，在电场作用下，气体分子处于激发态，当气体分子获得的能量高于分子键的结合能时，有害气体分子的化学键便被直接打开，而分解为单质原子或简单无害气体分子。 ②等离子体中包含了大量的高能电子、离子、活性自由基、激发态粒子，这些高能活性粒子与有害气体频繁碰撞，打开气体分子的化学键而生成单原子分子、固体颗粒和大量活性极强的自由基和氧化性极强的O3，这些活性物质跟有害气体分子发生化学反应生成无害物质。 （2）低温等离子体破坏微生物细胞的原理 低温等离子体破坏细菌、病毒等微生物细胞的破坏机理主要体现在它的生物效应上，由于受到高能电子的非弹性碰撞的影响，微生物颗粒在等离子体产生的电场中带上一定数量的电荷，从而在微生物颗粒表面产生一个静电剪切力。当静电剪切力大于细胞膜的表面张力时，细胞膜将会破坏，导致细胞质的流出，而致使微生物死亡。 （3）低温等离子体去除颗粒物的原理 低温等离子体去除室内微细颗粒污染物的机理主要体现在它的物理效应方面。在电晕放电过程中，产生大量电子和正负离子，在电场的作用下，高速运动与颗粒污染物发生非弹性碰撞，从而附着在上面，与之形成荷电颗粒物，在电场的作用下，运动而被收集，最终达到去除的目的，一般过程包括： ①电子与污染物分子碰撞形成带电负离子。 ②电子以及负离子与颗粒污染物碰撞附着过程。 ③带电颗粒污染物的收集沉降过程。 三、低温等离子治理空气污染的应用 （1）低温等离子体空气净化器 近年来，随着人民对居室、办公、娱乐场所、交通工具等室内环境的关注程度日益增加，各种净化措施和设备也竞相出现，在环境治理中充当着重要的角色。但总的来说，这些设备都是针对环境污染治理的某一方面，要么是净化室内有害气体，要么是沉降室内较大颗粒物，要么只是清新空气，这从根本上并未解决室内环境污染多元化，综合化问题。而考虑到低温等离子体净化空气的方法与传统的单一净化方法相比，它综合了净化有害气体，去除颗粒污染和调节离子平衡的作用，根据低温等离子体净化空气的原理可开发并适合于室内使用的独立空气净化器，将满足人们对室内环境洁净的要求。 （2）低温等离子体中央空调空气净化装置 目前各种楼宇都采取封闭型，利用中央空调系统调节温湿度和洁净度，由于整个系统又只有10%的新风补充，加之室内电器设备、装饰材料及人员活动产生的有毒有害气体、飘尘及细菌等污染物质，使得室内空气质量日趋下降，不少人们便出