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低温等离子体降解vocs应用-回复[低温等离子体降解VOCs应用]低温等离子体（Low-temperature plasma）是一种带电粒子和中性粒子组成的气体，其具有高活性和化学反应性的特点。
它可以用于处理废气和废水中的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）。
本文将详细介绍低温等离子体降解VOCs的原理和应用。
一、低温等离子体的形成低温等离子体是在常压或较低压下形成的，其温度通常在2000以下。
电离能较低的气体（如氧气、氮气等）通过电离源（如电极）进行电离，形成等离子体。
等离子体中的带电粒子（正离子和电子）具有高活性，并可引发化学反应。
二、低温等离子体降解VOCs的原理VOCs是指在常温下具有蒸汽压的有机化合物，例如甲醛、苯乙烯等。
这些化合物通常是废气、废水和工业排放中的主要组分，对人体健康和环境造成潜在的危害。
低温等离子体通过其高活性粒子和电子与VOCs发生碰撞，引发一系列化学反应，最终将其降解为较为稳定和无害的物质。
具体而言，低温等离子体降解VOCs的过程包括以下几个步骤：1. 离子化：低温等离子体释放出的带电粒子与VOCs的分子发生离子化反应，形成正离子和负离子。
2. 激发：带电粒子与VOCs中的分子发生碰撞，并通过交换能量的方式使VOCs中的分子被激发到高能级。
3. 解离：经过激发的VOCs分子在高能级状态下发生解离反应，产生自由基和小分子碎片。
4. 反应：自由基与VOCs中的分子发生反应，形成更稳定的产物。
这些反应过程可能包括氧化、还原、烷基化等。
5. 再组合：在反应过程中产生的自由基和产物再结合形成较为稳定的化合物。
6. 沉积：反应结束后，降解掉的VOCs产物会沉积在容器壁或过滤器上，不会进一步释放到环境中。
三、低温等离子体降解VOCs的应用低温等离子体降解VOCs的技术已被广泛应用于环境治理和工业生产中。
以下是一些主要应用领域的介绍：1. 废气处理：低温等离子体技术可用于处理工业排放的废气，如印刷、油漆、化学品生产等领域。
低温等离子体技术处理VOCs在当今社会，挥发性有机污染物（VOCs）对环境和人类健康造成了严重的影响。
通过采用低温等离子体技术处理VOCs污染物，能有效减少其排放，保护生态环境。
本文将介绍低温等离子体技术处理VOCs的原理、应用及优势。
原理低温等离子体技术是一种利用等离子体体系催化氧化VOCs的技术。
等离子体是一种气体中部分或全部电离的状态，其中包括正离子、自由电子和激发态分子。
通过在低温下产生等离子体，在等离子体的作用下，VOCs被催化氧化为二氧化碳和水等无害物质。
这一过程是在较低的温度下进行的，避免了高温造成的能源浪费和设备磨损。
应用低温等离子体技术广泛应用于工业生产过程中VOCs污染物的处理。
例如，在印刷、油漆、化工等行业的生产过程中产生的VOCs可以通过低温等离子体技术进行净化处理。
此外，该技术还可以应用于垃圾焚烧、废气处理等环境保护领域。
优势低温等离子体技术处理VOCs的优势主要有以下几点：1.高效净化：等离子体的存在增加了VOCs的氧化反应速率，使处理效率更高。
2.节能环保：相比传统的高温氧化技术，低温等离子体技术不需要提高温度即可有效处理VOCs污染物，节约了能源并降低了碳排放。
3.安全可靠：低温等离子体技术在操作时不产生高温，减少了操作人员的安全风险。
4.适用范围广：低温等离子体技术适用于处理多种类型的VOCs污染物，具有较强的通用性。
综上所述，低温等离子体技术作为一种高效、节能、环保的VOCs处理技术，具有广阔的应用前景，对保护环境和促进可持续发展具有重要意义。
最新VOCs常见废气处理工艺方案近年来，VOCs（挥发性有机物）污染问题日益突出，对环境和人体健康造成严重影响。
为了有效减少VOCs的排放量，采取适当的废气处理工艺方案是必要的。
以下是目前常见的一些最新VOCs废气处理工艺方案。
1.热氧化法（TO）热氧化法是一种将废气加热至高温，并与大量氧气接触使其氧化分解的方法。
这种方法适用于高浓度VOCs废气的处理，可以有效地将挥发性有机物氧化为无害的二氧化碳和水。
然而，这种方法通常需要高能耗和高投资成本。
2.低温等离子体催化氧化法（LEPCO）低温等离子体催化氧化法是一种结合了低温等离子体和催化氧化的废气处理技术。
该方法可以在较低温度下高效氧化降解VOCs，降低能耗和操作成本。
此外，该方法还可以通过更换催化剂来适应不同种类的VOCs 废气。
3.常温等离子体催化氧化法（REPCO）常温等离子体催化氧化法是一种在常温下通过等离子体和催化剂的协同作用进行VOCs氧化降解的废气处理技术。
该方法具有低温度、高效率和低维护成本等优点，适用于处理低浓度VOCs废气。
4.生物滤床生物滤床是一种利用生物膜附着微生物去除VOCs的废气处理方法。
该方法通过将废气通过滤床，使废气中的VOCs被微生物吸附、降解和转化为无害物质，如CO2和H2O。
生物滤床具有操作简单、运行稳定、能耗低等优势，适用于中低浓度VOCs废气的处理。
5.纳米材料吸附法纳米材料吸附法是一种利用纳米材料吸附VOCs的废气处理技术。
该方法通过使用具有高表面积和吸附性能的纳米材料，将废气中的VOCs吸附在纳米材料表面，实现废气净化。
这种方法具有高效、可再生和低维护成本等优点。
6.综合处理技术为了更加有效地处理VOCs废气，综合处理技术也被广泛应用。
常见的综合处理技术包括热电联产技术、吸附-解吸技术、低温等离子体氧化-吸附技术等。
这些综合处理技术能够结合各种废气处理工艺的优点，以实现高效、低能耗和低成本的VOCs废气处理。
VOC降解的方法和效力挥发性有机化合物（VOCs）是一类含碳化合物，它们易于挥发并在大气中造成污染。
一些常见的VOCs，如苯、甲醛和二氧化碳，对人类健康和环境都有极大的影响。
因此，寻找有效的VOC 降解方法以减少其对环境的影响就显得尤为重要。
本文将介绍几种VOC降解的方法和它们的效力。
活性炭吸附法活性炭可以利用其高周界、高比表面积和化学可吸收性质，从空气中吸附大量VOCs。
活性炭的吸附效率受空气中湿度和VOCs 种类的影响。
通常，湿度越高，吸附效率越低。
而对于某些易于吸附的化合物，如苯、甲醛等，活性炭的吸附效果却十分显著。
生物处理法生物处理法通过利用微生物代谢分解有机物，将其转化为有机酸和二氧化碳等无害物质处理VOCs。
生物处理法具有对多种VOCs高效生物降解和对环境友好的特点。
但是，要想成功地应用生物处理法，需要先了解该过程的适应性和稳定性，以及优化过程参数，如温度、pH等，才能达到较好效果。
催化氧化法催化氧化法是一种即放化学反应同时使用催化剂的技术。
它可以有效地降解大量VOCs，如甲醛、苯、甲苯等，但是，对于一些高难度的化合物，如氯苯和氟苯等，催化氧化法往往效果不佳。
除此之外，该方法需要在高温（100 - 800°C）和高压（1 - 32摄氏度）条件下进行，因此它不但消耗能耗较大，而且对设备的要求较高。
紫外光解法紫外光解法基于紫外光照射有机物，使其分解成天然水、二氧化碳等分子。
该方法能对许多气态和水溶性VOCs有效消除，如甲醛、乙醛、苯、甲苯、二甲苯和氨等。
同时，紫外光解法操作简单，不需要任何附加化学试剂。
等离子体催化法等离子体催化法也是一种有效的VOCs降解方法。
该方法结合了非热等离子发生器和催化剂，通过产生非热等离子和催化部位，促使反应分子进行降解反应。
等离子体催化法能有效地降解各种形式的VOCs，在工业污染物处理方面应用广泛。
结论不同的VOCs降解方法各具优缺点，而对于某些难以处理的化合物，常常需要采用多种方法组合处理以达到比较理想的效果。
第50卷第4期2021年4月应用化工Applied Chemical IndustryVol.50No.4Apr.2021低温等离子体处理挥发性有机物的研究进展夏诗杨蔦米俊锋I,杜胜男蔦邵长军2(1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001；2,沈阳科瑞尔科技有限公司，辽宁沈阳110000)摘要:针对治理大气中有害物质挥发性有机物(VOCs),阐述并归纳了吸附、冷凝、燃烧、光催化等现有处理技术中的工艺特点，介绍了目前典型技术中极具有研究前景及应用价值的低温等离子体净化技术的工艺原理及研究进展，综述了低温等离子体催化协同技术的催化剂分类及放置方式，重点突出催化协同对处理效果的优化作用，指出了今后低温等离子体催化协同处理挥发性有机物的可能发展方向。
关键词:低温等离子体;挥发性有机物;催化剂;催化;优化中图分类号:TQ630.9；TQ150.9文献标识码:A文章编号：1671-3206(2021)04-1130-06Research progress of non-thermal plasmatreatment of volatile organic compoundsXIA Shi-yang1,MI Jun-feng1,DU Sheng-nan9SHAO Chang-juri(1.College of Petroleum Engineering,Liaoning Petrochemical University,Fushun113001,China；2.Shenyang Keruier Technology Co.,Ltd.,Shenyang110000,China)Abstract:For the treatment of harmful substances volatile organic compounds(VOCs)in the atmosphere, the process characteristics of existing treatment technologies such as adsorption,condensation,combustion,photocatalysis,etc.are described and summarized, and the process principles and research progress of non-thermal plasma purification technology with great research prospects and application value in typical technologies are introduced.The classification and placement of catalysts for non-thermal plasma catalytic synergistic technology are reviewed,with emphasis on the optimization of catalytic synergy on the treatment effect,and the possible development direction of non-thermal plasma catalytic synergistic treatment of volatile organic compounds in the future is pointed out.Key words:non-thermal plasma；volatile organic compounds；catalyst；catalysis；optimization随着我国城市化和工业的不断发展，大气环境中作为pm2.5,pm10的前体主要成分VOCs(挥发性有机物)污染物的大量排放引起人们越来越多的关起光化学烟雾和雾霾等现象,对人体健康和自然环境都产生严重的危害3],针对VOCs的处理技术上包括物理方法和化学控制两种处理方式，各种处理注。
1.1 VOCs 的定义和来源挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs) , 一般指在标准状态下, 其蒸汽压大于13. 33 Pa以上的有机化合物。
VOCs 主要来源于:石油化工(包括塑料、橡胶、胶片) 、印刷、粘结、涂料和其他一些工艺,油漆、印刷、橡胶和塑料制品成型、感光胶片和显象管涂抹等生产过程中也要使用大量的有机溶剂, 这些有机溶剂主要为烃类、芳烃类、脂类、醇类、酮类等有机污染物。
1. 2 VOCs 处理现状传统处理VOCs 的方法主要有:吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物法、回收污染物法和光催化法,它们的特点如下: (1) 吸附法去除效率高、净化彻底、能耗低、工艺成熟、易于推广,但如果再生的液体不能回用,这些液体必须进行处理, 不仅可能造成二次污染,而且增加许多处理成本, 另外当废气中有气溶胶或其他杂质时,吸附剂易失效。
(2)直接燃烧法工艺成熟,在适宜的温度和保留时间下,处理率可达99 % ,但能耗高,投资大,易氧化空气中的N2。
(3) 催化燃烧法处理率在90 %～95 % ,只针对特定类型的化合物反应,能耗高、投资大(需贵重金属做催化剂) 、催化剂易中毒、可能产生二恶英。
(4)生物法主要是湿地过滤、生物过滤等,该法能耗低,但设备占地大,系统弹性小,需后处理受污染的生物群,如果连续进气,且废气中污染物的浓度和组分稳定,用该法处理成本很低,但是一般工业废气的污染物的浓度和组分经常波动。
(5) 回收污染物该法有利于生态循环,但投资成本高、运行费用高,回收的原料通常需要进一步安全处置。
(6) 光催化法反应过程快,效率高,且无二次污染问题,具有非常大的潜在应用价值。
但是在光催化过程中,对催化剂的要求较高,催化剂活性易降低,如何解决催化剂的失活问题成为该技术的关键。
而近几年发展起来的低温等离子体技术处理VOCs ,有其独特的优点:可在常温常压下操作;有机化合物最终产物为CO2、CO 和H2O ,若有机物是氯代物,则产物应加上氯化物,而无中间副产物,降低了有机物毒性,同时避免了其他方法中后期处理问题;无需考虑催化剂失活问题;工艺流程简单、运行费用低,是直接燃烧的一半;运行管理方便;对VOCs 的去除率高,对VOCs 的适应性强。
低温等离子体降解vocs应用-回复低温等离子体降解VOCs应用是当前环境保护和空气治理领域的一个重要研究方向。
随着工业化和城市化进程的加快，挥发性有机化合物（VOCs）的排放问题日益凸显，给大气质量和人类健康带来了严重威胁。
而低温等离子体降解VOCs技术作为一种高效、环保的治理方法，正逐渐受到广泛应用。
一、低温等离子体技术的基本概念和原理低温等离子体技术是通过高频电源产生等离子体，利用高能电子的碰撞效应使空气中的氧气分子产生活性物种（如氧离子、超氧阴离子等），从而实现VOCs的去除。
基本原理是通过氧化还原反应将VOCs降解为二氧化碳、水和无害的无机物。
相比传统的燃烧和吸附等方法，低温等离子体技术具有能耗低、无二次污染、高效等优点。
二、低温等离子体降解VOCs的工艺流程1. 筛选和准备催化剂：低温等离子体降解VOCs过程中，常采用催化剂协同降解的方式，因此需要筛选合适的催化剂，并对其进行预处理。
2. 筛选VOCs降解条件：包括等离子体产生的功率、频率以及工艺温度等参数的确定，以及催化剂的载体和比例等。
3. 设计反应器：根据工艺条件，设计等离子体反应器，包括选择合适的反应器类型、反应器内催化剂的分布和排布等。
4. 处理废气：对被处理的VOCs含量较高的废气，进行预处理，如除尘、脱湿等，以保证后续处理的有效性。
5. 低温等离子体降解：通过高频电源供给能量，产生等离子体，在催化剂的作用下，将VOCs降解为无害物质。
6. 收集和处理产物：收集经过降解的气体，根据需要进行后续处理，如除气、冷凝等，以回收有价值的物质。
三、低温等离子体降解VOCs技术的优势和应用1. 高效：低温等离子体技术对多种VOCs具有高效降解能力，在低温条件下即可实现高降解率。
2. 环保：相比传统的燃烧方法，低温等离子体技术无需额外燃料，降解产物中无二氧化硫、氮氧化物等有害物质的释放。
3. 节能：通过合理设计反应器和优化工艺条件，可以实现能耗的降低，减少对环境的不良影响。
目录
摘要 (1)
1. 等离子体的概念 (1)
1.1 等离子体的产生 (1)
1.2 非平衡低温等离子体的概念 (2)
1.2.1等离子体的概念 (2)
1.2.2等离子体的分类 (2)
2. 非平衡低温等离子体处理VOCs原理 (3)
2.1 M(背景气) (3)
2.2 原理 (4)
3. 低温等离子体发生技术 (4)
4. 影响净化效率的因素 (5)
5. 不足与改进 (5)
5.1 不足 (6)
5.2 改进 (6)
参考文献 (6)
等离子体及其处理室内污染物VOCs
摘要：本文从等离子体产生及其概念、等离子体处理污染物VOCs的原理、等离子体发生技术、影响其净化效率的因素及其处理污染物VOCs的不足、改进等方面出发。
对等离子体及其处理室内污染物VOCs做出了全面简单的介绍。
关键词：等离子体、VOCs、自由基；
1. 等离子体的概念
1.1 等离子体的产生
等离子体被称为物质气态、液态、固态的第四种形态。
当外加能量如电场能、热能加到气体分子上时发生以下两种碰撞形式：(1)弹性碰撞：电子的动能不会发生改变；(2)非弹性碰撞：
①处于基态的电子受激发，跃迁到激发态，随后又将自身所带有的高能量以光子形式发射出来，而自身回到基态；
②电子在外加能量的作用下挣脱原子核对核外电子的束缚，逃逸出来，成为具有高位能高动能的自由电子。
在等离子体气体中，以电子碰撞双原子分子XY为例，若碰撞能量小，则会发生弹性碰撞，电子的动能不会改变。
若碰撞能量很高，分子中绕核运动的低能电子，就会在碰撞中获得足够的能量，被激发至离核较远的高能级轨道上运动。
我们把这种高能级状态的分子称为激发态分子，用XY*表示。
激发态分子中的电子从高能级跳回到低能级时，便以发光的形式发出多余能量（辉光放电），这个过程称为“退激”
若碰撞电子能量足够高，电子吸收的能量就可以使其脱离核的束缚而成为自由电子，也就是分子发生了“电离”，用XY+表示。
电子对分子XY的碰撞也可以使之分解成为X原子和Y原子（离解/裂解）。
用“：”表示分子中成键的电子对，离解过程可以表示为X:Y→X+Y.这样带有未成对电子的X，Y就容易发生化学反应，故称为化学活性或集团。
图1-1 等离子体产生过程
表1-1 等离子体的基本反应过程
1.2 非平衡低温等离子体的概念
1.2.1等离子体的概念
等离子体被认为是除固态、液态和气态以外的第四种物质存在形态，其特征是内含大量高能电子、正负离子、自由基等活性粒子,可用于气态污染物的高级氧化.
1.2.2等离子体的分类
高温等离子体:等离子体温度分别用电子温度和离子温度表示，两者相等称为高温等离子体；不相等则称低温等离子体。
高温等离子体只有在温度足够高时发生的。
恒星如太阳就是一个等离子体。
在高温条件下，各种粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使得整体达到热平衡状态。
低温等离子体:低温等离子体是在常温下发生的等离子体。
等离子体形成过程中电子能量温度达到1-20eV，而其它较大质量的粒子则温度较低,接近于室温
状态。
系统内粒子间的能量分布远未到达平衡，这是因为在低温等离子体系中，各种粒子的质量不同，运动速率不同，所以电子温度与离子温度是各不相同的，所以它整体是处于非热平衡状态。
2.非平衡低温等离子体处理VOCs原理
从时域上讲,低温等离子体引发的化学反应大致可以分为以下几个过程：
首先是皮秒级的电子雪崩；紧接着在纳秒级,不同能量温度状态的电子通过旋转激发、振动激发、激发、离解和电离等非弹性碰撞形式将内能传递给气体分子后一部分以热量的形式散发掉,另一部分则用于产生自由基等活性粒子；接下来是微秒级的自由基及正负离子间的线性或非线性链反应；最后是毫秒到秒量级的分子间热化学反应。
在皮秒和纳秒时域内主要发生的是高能电子与分子的碰撞和自由基等活性物质的生成过程。
微秒级的自由基及正负离子间的线性或非线性链反应；毫秒到秒量级的分子间热化学反应[1]。
2.1 M(背景气)
等离子体引发的化学反应过程主要取决于背景气成分。
放电反应过程中参与
反应的气体绝大部分为背景气体，如N
2、0
2
，导致在放电过程中背景气体分子由
基态变为激发态，产生了许多激发态的高能氧原子，如0(3P)、0(3D)，同时在放电过程中还会形成N、N
2
*、OH等活性基团。
这些高能电子和活性基团的形成均直接或间接的参与等离子体的反应，从而提高污染物分子的分解和氧化率[2]。
括号里描述的是各物种的能级状态
2.2 原理
(1)自由基产生
(2)自由基与目标污染物的反应
(3)自由基的线性消耗
(4)自由基的非线性消耗
其中B、C和D代表产物，A代表背景气，P代表污染气体，R代表自由基。
图2-1 非平衡低温等离子体处理VOCs原理
3.低温等离子体发生技术
典型的等离子体处理有机废气工艺有无声放电(SDR)、脉冲电晕放电(PCR)和填充床式反应器(FDR)。
以上几种工艺均靠放电区域产生的高能量密度的流光等离子体治理废气。
而臭氧产生量是一种有效的评估等离子体效率的方法。
图3-1 电晕供电方式
4. 影响净化效率的因素
(1)自由基产额(G 值)：采用波尔兹曼方程描述电子运动速度和方向的时空分布,计算出雪崩过程中电子的能量分布方程,结合电子-气体碰撞截面参数可得到不同场强和气体成分下的G 值。
(2)自由基扩散
根据气体扩散方程: (d d 为流光等离子体的直径,一般在0.1-0.5mm ，D 为气体扩散常数,0.3-1cm2/s)， 自由基的扩散常数大致在100-1000µm，而其寿命往往可达150微秒左右,因此一般被认为自由基可以从流光通道中扩散到气相中。
然而,由于气体流速一耐和湍流度的限制,它们又很难与气流充分混合影响了净化效率。
(3)自由基引发化学反应效率：
① 尽管自由基的产量随着湿度的增高而增大,然而与此同时消耗速度也更快,在100µs 后反而还是低湿度时浓度高
② O 自由基的碎灭速度随着湿度和氧气浓度的增加而增加
③ 在空气中放电产生的O 自由基浓度比OH 自由基多2个数量级。
5. 不足与改进
直流电晕放电 脉冲电晕放电
交直流叠加流光放电
流光 辉光 电晕供电方式 D
d d 2
5.1 不足
臭氧的产生过程往往被认为是O自由基的消耗,而H
2O
2
的生成则被认为是OH
自由基的线性消耗；产生多种副产物，在有机气体净化过程中产生的气相副产物多为醛类、有机酸类,这些副产物与O、OH自由基的反应速度有时比所需净化的有机气体本身更快,不仅产生二次污染,还有可能降低有机气体的处理效率；能耗较高；在某些反应条件下亦有出现一些可逆反应如：
5.2 改进
等离子体协同催化剂提高净化效果同时抑制副产物的生成以及复合污染物的同时控制技术该技术结合了等离子体的高反应活性和催化剂的高反应选择性，在室温下即可通过等离子体活化催化剂，显著提高了VOCs降解的能量效率，同时抑制副产物的生成，促进VOCs分子向CO2和H2O的深度氧化.即等离子体可在较低温度下活化催化剂，同时改变其理化结构和反应性能；催化剂可影响等离子体放电的电学特性，同时促进等离子体活性物质的利用。
参考文献
[1]章旭明. 低温等离子体净化处理挥发性有机气体技术研究[D].浙江大学,2011.
[2]李洁. 低温等离子体技术去除挥发性有机物（VOCs）的研究[D].北京工业大学,2006.。
