等离子体及其在环境中的应用.

等离子体及其在环境中的应用主要内容•等离子体简介•等离子体的基本性质•低温等离子体（非平衡等离子体）的发生形式•等离子体在环境中的应用一、等离子体简介•等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、电子、以及一些中性粒子和基团组成，其电离程度可处在从100%（完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比例范围内。•等离子体通常被称作物质的第四态，宇宙中绝大部分的可见物质均处在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是（或部分是）不同种类的等离子体。二、等离子体的基本性质•等离子体在宏观上近似呈电中性；•含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是一种特殊的导电流体；•表现出一定的金属导电性、导热性和化学活泼性。•对气体加以足够强的电场或电磁波、光辐射，或使其加热到足够高的温度等，均能使气体发生电离产生等离子体。•等离子体主要分为两类：一类是高温等离子体或叫做聚变等离子体，另一类是低温等离子体或气体放电等离子体。•另一方面，根据等离子体是否处在局部热平衡状态，即重粒子（原子、离子等）与电子发生充分热交换而温度相等，又可分为局部热平衡等离子体（电子温度与重粒子温度近似相等）和非局部热平衡等离子体（电子温度远高于重粒子温度）。三、低温等离子体（非平衡等离子体）的发生形式•低温等离子体通常是由气体放电的方式产生。气体的放电方式一般有如下几种：辉光放电(Glowdischarge)、电晕放电(Coronadischarge)、介质阻挡放电(Dielectricbarrierdischarge,DBD)、射频放电(Radiofrequencydischarge和微波放电(Microwavedischarge)。辉光放电•一般在低气压条件下进行，放电电压通常较低，产生的电子的能量也较低。电晕放电•是气体介质在不均匀的电场中产生的局部自持放电，是一种常见的放电形式。产生机理是在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，从而使气体发生电离和激励。发生电晕时可在电极周围看到微弱的光亮，同时伴有“咝咝”声。正、负电晕放电随电压变化的图像5mm5mm介质阻挡放电（DBD)•也叫无声放电。结合了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。空气中不同气压下的放电图像不同气体介质下的放电图像四、等离子体在环境中的应用•高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气污染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机废气处理，可以用于水和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。烟气脱硫脱硝•在气相中，通过高能电子激发，高压放电能够引发复杂的化学反应，包括自由基反应、离子−分子反应、受激粒子反应和自发化学反应等。借助上述反应过程，高压放电能够改变二氧化硫和氮氧化物的价态，进而实现脱硫脱硝。电除尘•电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子使得粒子荷电，并使荷电粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。空气净化臭氧发生器•臭氧是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧易分解为氧，不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧的主要生产方法有紫外照射法、电解法、放射化学法和介质阻挡放电(DBD)法。目前DBD法是大规模生产臭氧的主要方法。有机气体处理•高压放电法是一种十分有前景的VOCs处理技术。VOCs分子等与放电产生的高能粒子碰撞，被分解为小分子，同时活性自由基（如•OH和•O）等进一步与VOCs分子及其初步分解产物反应，最终将VOCs完全降解为无害的CO2和H2O等。NTP/CatalystInfluentgasEffluentgasNTPNTPInfluentgasEffluentgasCatalystCatalyst高压放电水处理•水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量，从而处理难降解有机废水和水体消毒灭菌。等离子体处理过程中大肠杆菌的透射电镜照片等离子体医疗及食品处理•牙科消毒和销齿治疗•血液凝固•皮肤的消毒、细胞的分化和伤口的愈合•肿瘤和癌症•微生物引起的皮肤病•美容保健•食品消毒和防腐•粮食储藏