脉冲放电等离子体水处理技术分解40页PPT

料的厚度
切割大厚度材料需要更高的空载电压
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等离子弧切割的电源
常用的电源多数是具有陡降外特性的 直流弧焊电源，有专门的型号
有时为了某种工艺或材料而使用交流 电源，常见于等离子弧焊
也有用一般弧焊机代替，将几台相同 电流种类和外特性的焊机串联
国产等离子弧切割机的空载电压一般 为120V~300V，工作电流为320A~ 500A， 工作电压为60V~150V
决定气体电离度的主要因素是温度
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等离子体的定义
在30000K时，各种气体几乎都变成离 子，处于完全电离状态
处于完全电离状态的气体便是所谓的 “等离子体”
这种气体完全由带电粒子组成，具有 很强的导电能力，呈现出明显的电磁 性能，但其整体却保持着电中性
物质存在的第四态
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气体电离电位对温度的影响
空间气体成分对弧柱温度影响很大
气体的电离电位高，弧柱温度也高
电极材料的蒸汽的电离电位较低时， 对弧柱温度有很大影响
熔化的金属极电弧产生电离电位很 低的金属蒸汽，温度仅在5000K~ 6000K
等离子发生装置后电极常用钨极，
很少蒸发
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等离子弧的温度
工件实际得到的热能为等离子弧有
效热功率qe =q0
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(2)等离子弧焰流速度
等离子弧焰流速度极快，可达到音速 甚至超音速(300~1000m/s)
具有极强的吹力 工件气体在喷嘴孔道被加热，体积急
剧膨胀，喷出速度快(热力加速) 切割工艺中，焰流速度快、冲力大的
等离子弧被称为刚性弧 小孔径喷嘴和大流量工作气体容易获
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工作气体—混合气体

［ 1］ 等 人采用线对筒的反应器作了对比实验， 发现采用 这 种 反
性的研究， 结果表明 脉 冲 成 形 电 容 有 一 最 佳 值， 降解率随脉 冲峰值电压、 脉冲频 率 增 大 而 升 高， 随放电电极直径和放电 距离的减小而增大， 随苯酚 入 口 质 量 浓 度 增 大 而 增 大。 #++(
放电作用产生的这 些 活 性 氧 物 种 及 其 高 能 电 子 轰 击 污 染物质中 K & K 键及不饱和 键， 发生断键和开环等一系列反 应， 或部分使大分子 物 质 变 成 小 分 子， 从而提高难降解物质 的可生化性， 乃至最终将其去除。同时放电过程产生 的 紫 外 光一方面单独作用分解有机物， 另一方面和臭氧联合 作 用 分 解有害物质， 其单独作用的机理是废水中的有机分子 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 和 离 子， 这些游离基或离子易 与游离氧或水分子 反 应 生 成 新 的 物 质 而 被 除 去。 在 和 臭 氧 联合作用时， 无论在 氧 化 能 力 还 是 在 氧 化 速 度 上， 都远远超 过紫外光解或臭氧 单 独 作 用。 另 外 放 电 产 生 的 高 温、 高 压， 在液体内产生的巨大冲击波也使有机物得到降解。 A 高压脉冲放电方式及其应用 高压脉冲放电方式 按 外 加 电 压 可 分 为 交 流、 直 流、 脉冲 按介质与 反 应 的 相 态 可 分 为 气 相 （液 膜 表 面 的 气 体 放 % 种；
液相放电方式 接地极； 玻璃器壁
高压极并通入气体； $ 水出口； ) 搅拌桨； =
利用液相放电形式处理水中有机污染物质， 是近 年 来 出
［ &&］ 现的研究热点。 国 内 方 面， 许正等 人验证了用脉冲等离

高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
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2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
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方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
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等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
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独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
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各种等离子体的密度和温度
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等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
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等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。

塘或灌溉
超等AOP技术→外排或灌
溉
80,000 ～ 120,000
80,000 ～ 120,000
500 ～3,000
300 ～ 1,000
1000 25,000以上
1000 1,500 ～ 2,000
3～7
5(沼气发电)
HRT（停留时间） 投资总成本(万元)
7天 1500 ～ 2000
5天 1,300
的运行成本较高。
等离子高级氧化(AOPs)污水预处理机
• 生活污水： 市政、大型酒店宾馆、 休闲旅游度假村的生活污水 处理及中水回用。
• 高浓度难生物降解工业废水： 如印染污水、电镀污水、造纸废水、化工污水、冶金 厂污水、石化污水、酒精制糖污水、淀粉厂污水、填 埋场垃圾渗滤液等。
• 医院污水消毒深度处理： 代替二级生化处理，代替二氧化氯、臭氧消毒。
• 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。
• 国内外现在已有许多利用微波放电的例子，如大连化学物 理研究所曾用微波放电来脱除一氧化氮。
高压脉冲放电等离子体
滑动弧放电等离子体
介质阻挡放电等离子体
甲基紫、苯酚和纺织品染料水溶液
辉光放电等离子体
苯、酚类水溶液（苯酚、硝基甲苯、1-萘胺、2，4二氯苯酚、苯、硝基苯、4-氯苯酚、苯酚、 甲苯酚、 邻苯二胺）；
染料模拟废水（茜素红、亮绿、甲基紫）
介质阻挡放电等离子体 苯、酚类水溶液（苯酚、氯苯酚、苯、甲苯、二甲
苯）；
染料模拟废水（靛蓝二磺酸钠、茜素红、酸性橙-7）
宇宙中90％物质处于等离子体态

通过接触角测量仪测定处理前后表面的润湿性，评估表面能 的变化。
导电性能
通过四探针测试仪或Hall效应测试仪测量表面的导电性能， 评估等离子体处理对表面电学性能的影响。
PART 05
等离子体表面处理的优势 与局限性
等离子体表面处理的优势
01
02
03
04
高效性
等离子体表面处理技术能够在 短时间内对大面积的表面进行
总结词
等离子体是由部分或全部原子或分子处于激发态的电离气体，其整体呈中性。
详细描述
等离子体是由气体在足够高的电场或温度下被完全或部分电离，形成由带正电 的离子和带负电的电子组成的电离气体。在宏观上，这些带电粒子的净电荷为 零，因此等离子体整体呈中性。
等离子体表面处理技术的原理
总结词
等离子体表面处理技术利用等离子体的物理和化学性质，对材料表面进行激活、刻蚀、 沉积等处理。
通过引入智能化技术，实现等离子体 表面处理的自动化和智能化。
绿色环保
未来的等离子体表面处理技术将更加 注重环保和可持续发展。
新材料应用
随着新材料的不断涌现，等离子体表 面处理技术将在新材料领域得到更广 泛的应用。
处理，提高了生产效率。
环保性
等离子体表面处理技术不使用 化学试剂，减少了环境污染。
均匀性
等离子体能够均匀地覆盖处理 表面，保证了处理效果的均匀
性。
适用性广
等离子体表面处理技术适用于 各种材料和表面的处理。
等离子体表面处理的局限性
设备成本高
等离子体表面处理设备成本较 高，增加了生产成本。
处理厚度有限
等离子体表面处理工艺流程
预处理
清除工件表面的污垢和杂 质，保证处理效果。

用数控技术，自动化程度高，具有高精度 的控制装置，时间控制的精度很高，正确 的等离子体清洗不会在表面产生损伤层， 表面质量得到保证，由于是在真空中进行， 不污染环境，保证清洗表面不被二次污染。
• 缺点是等离子体区的活性粒子可能会对一 些电敏感性的设备造成损害
三、等离子清洗技术展望
等离子体清洗技术解决了集成电路生产 中大量消耗纯净水与化学品，绿色环保， 社会效益无法估量，使得成品率大大提高， 但成本却降低了，未来等离子体技术将在 实际生产中进一步广泛应用。
谢谢！
个人观点供参考，欢迎讨论！
一种中性、高能量、离子化的气体，包含 中性原子或分子、带电离子和自由电子。 • 等离子体是具有高位能动能的气体团，等 离子体的总带电量仍是中性。 • 等离子体和普通气体的最大区别是它是一 种电离气体，但没有确定形状和体积，具 有流动性。
一、等离子体简述
• 常见的等离子体及其应用
一、等离子体简述
• 等离子体分类 1、按等离子体的温度分类： a 高温等离子体:温度在10~10K时完全电离 b 低温等离子体
二、等离子体清洗
• 新出现等离子体干法清洗被考虑为湿法清 洗的主要替代。
• 干法等离子体技术用来去除有机光刻胶(灰 化)，在集成预处理步骤去除自然氧化层， 气体与等离子体能量化学反应，达到去污 目的。
二、等离子体清洗
• 辉光放电
• 通过在混合气体中施加直流电压 或者射频（RF）范围内使用交流 电都可以产生辉光放电。
二、等离子体清洗
• 化学反应 • 优点：清洗速度较高、选择性好、对清除
有机污染物比较有效 • 缺点：是会在表面产生氧化物
二、等离子体清洗
根据激发频率分类： 激发频率为40kHz的等离子体为超声等离子 体，物理反应，对清洁表面影响大 激发频率为13.56MHz的等离子体为射频等离 子体，物理和化学反应 激发频率为2.45GHz的等离子体为微波等离 子体，化学反应 实际生产中多采用射频等离子体清洗和微波 等离子体清洗

放电等离子烧结（SPS）技术
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SPS技术应用
SPS可加工材料
放电等离子烧结（SPS）技术
SPS技术制备纳米材料 纳米材料以其独特的性能特点,引起材料学界的关注,但纳 米晶块体材料的较为有效和实用的制备方法目前还在研究 探索之中。 SPS技术由于烧结时间大大缩短,可以抑制晶粒的长大,因此 ， 有望获得致密的纳米材料。
放电等离子烧结（SPS）技术
SPS技术制备高致密度、细晶粒陶瓷 在SPS过程中,每一个粉末及其相互间的孔隙都是发热源 ,因此烧结时传热时间极短,可以忽略不计,烧结温度也 大为降低,因此可获得高致密的细晶或纳米晶陶瓷材料 。
参考文献： 王 松，谢 明，张吉明，等.放电等离子烧结技术进展 [J]. 贵金属，2012, 33(3)：73-77. 冯海波，周 玉，贾德昌．放电等离子烧结技术的原理及 应用[J]．材料科学与工艺，2003，11(3)：327-331．
颗粒之间放电时会产生局部高温,在颗粒表面引起蒸发 和熔化,在颗粒接触点形成颈部,由于热量立即从发热中心 传递到颗粒表面和向四周扩散,颈部快速冷却而使蒸气压低 于其他部位 。 气相物质凝聚在颈部 形 成高于普通烧结方法 的蒸发-凝固传递是SPS过程的另一个重要特点。
晶粒受脉冲电流加热和垂直单向压力的作用,体扩散、 晶界扩散都得到加强,加速了烧结致密化过程,因此用较低 的温度和比较短的时间可得到高质量的烧结体。
• 烧结时间短：烧结小型制件时一般只需要数秒至数分钟 ，其加热速度可以高达106℃/s，自动化生产小型制件时的 生产率可达400件/h。
放电等离子烧结（SPS）技术
• 采用石墨模具，成本低，加工方便。 • 大气下烧结：电火花烧结时一般是在大气下进行，甚至高
活性铍制件也可以在大气下烧结。 • 脉动电源，通常采用的足直流与交流叠加的脉动电源。 • 节约能源，热效率高，耗电量只相当于电阻烧结的1/10。

The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
•日本Gunma大学Masayuki Sato对脉冲放电等离子体污水 处理开展了系列研究，发现在水中通入气泡可降低脉冲 电压、处理效果更佳。试验验证了在通有氧气泡的芝加 哥天蓝印染废水中进行脉冲等离子体放电处理，可达>95 ％的脱色效果。 •法国科学家T．H．Dang研究了脉冲电压以及能耗对处理 效果的影响，发现更高的脉冲电压对一氯酚有更好的降 解效率。对于含盐较高的污水，通过添加FeCl2发生 Fenton反应产生更多的自由基，可以提高降解效率。
性的物质状态，这就是等离子体状态。
固体
液体
气体
等离子体
冰
水
水汽
电离气体
00C
1000C
100000C
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
宇宙中90％物质处于等离子体态
星
极
云
光
太
阳
闪
表
电
面
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
水污染处理中广泛关注的问题之一是对难降解有 机物的处理。以羟基自由基为氧化剂的高级氧化技术 是去除难降解有机物的有效手段。
脉冲放电等离子体水处理技术几乎是各种高级氧 化技术的天然组合，它集合了高能电子轰击、羟基自 由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体， 对有机污染物的处理具有高效率、重复性好、无选择 性等优点，且对有机污染物的降解具有广泛的适用性， 因而吸引了越来越多的研究者关注，应用前景广阔。
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma

冷等离子体 如：极光、日光灯
热等离子体 如：电弧、碘钨灯
实验室常用的有热等离子体（由电弧、电火花或火焰产生）、 冷等离子体（由辉光放电产生）和混合等离子体（由电晕放电 或臭氧发生器产生）。
5、等离子体化学反应
放电化学反应主要由①放电产生的热作用②电离、激 发等作用引起的。
放电化学反应以下面三个过程进行： ⑴ 在电场中被加速的带电粒子与分子碰撞生成活性物质
滑动弧等离子体 辉光放电等离子体
介质阻挡放电 射频和微波等离子体
废水类型
染料废水、垃圾渗滤液、焦化废水（含氰化物）、荧光增白 剂废水、特定环境中饮用水； TNT（2，4，6-三硝基甲苯）、苯酚、苯胺、硝基苯等水溶 液。
印染废水、纺织废水、塑料和橡胶废水、啤酒废水、皂化废 液； 甲基紫、苯酚和纺织品染料水溶液 苯、酚类水溶液（苯酚、硝基甲苯、1-萘胺、2，4-二氯苯酚、 苯、硝基苯、4-氯苯酚、苯酚、 甲苯酚、邻苯二胺）； 染料模拟废水（茜素红、亮绿、甲基紫）
芬顿
（2）不同处理方法的比较
浓度
效率 (%)
t (min)
消毒副 产物
10~20
13~97 30~46 70~270
20 3~25 10~50 10~50 25~80 8~100 10~100
89 20~95 45~98 10~95 77~85 20~87 20~90
40
90~ 210
20~ 120
苯、酚类水溶液（苯酚、氯苯酚、苯、甲苯、二甲苯）； 染料模拟废水（靛蓝二磺酸钠、茜素红、酸性橙-7）
亚甲基蓝水溶液
（3）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。

The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
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The Application of Pulsed Discharge Plasma
在水处理中的应用
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
国内外利用高压脉冲放电技术处理水中不同污染物 的研究较多，主要集中于有毒有害的生物难降解的有机 污染物的处理，例如苯环类有机物(苯酚、苯、甲苯、氯 酚、硝基酚、苯胺和多氯联苯等)、四氯乙烯、甲基叔丁 基醚、乙烷基苯、葱醒和有机染料( 如甲基蓝和甲基橙) 等， 其中还包括杀菌消毒的研究。 高压脉冲放电方式按外加电压可分为交流、直流、 脉冲3种; 按介质与反应的相态可分为气相(液膜表面的 气体放电)、液相(水中放电)、气液混合两相放电等几种。
水污染处理中广泛关注的问题之一是对难降解有 机物的处理。以羟基自由基为氧化剂的高级氧化技术 是去除难降解有机物的有效手段。 脉冲放电等离子体水处理技术几乎是各种高级氧 化技术的天然组合，它集合了高能电子轰击、羟基自 由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体， 对有机污染物的处理具有高效率、重复性好、无选择 性等优点，且对有机污染物的降解具有广泛的适用性， 因而吸引了越来越多的研究者关注，应用前景广阔。
答辩人：XXX
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma
eeO3 2 e-
· OH
· O
e-
HO 2O H 2 2
-H e·
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma
物理作用
紫外光 放电高压
冲击波
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma

脉冲放电等离子体水处理技术共40页
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
21、要பைடு நூலகம்道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！