低温等离子体处理汽车尾气概要

2、机外净化中的等离子体处理技术
机外净化中所用的等离子体技术主要有电晕放电 、 介电位垒 放电 、 沿面放电等几种方式, 利用等离子体体系中的活性物种强化 ( 催化) 氧化—还原反应, 将汽车尾气中的有害物质通过氧化 、 还 原或离解而转化为无害或低害物质以达到降低环境污染的目的 。 （1）等离子体技术的单独应用 （2）等离子体与三元催化技术的联合应用 （3）等离子体与NH3－SCR技术的联合应用 （4）等离子体/La0.8K0.2CoO3催化剂协同净化技术
等离子体是物质第四态
固体 冰
液体
水
气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000 C
100000C 温度
电离气体是一种常见的等离子体
普通气体
等离子体
放电 需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体 放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式 性质。
“电性”比“中性”更重要 ( 电离度 >10-4 )
等离子体 电离气体
二、低温等离子体处理废气的作用机理
利用高能电子使电子、离子、自由基和中性粒子以每 秒钟300万次至3000万次的速度反复轰击气体中的污染物 分子，激活、电离、分解污染物分子，从而发生氧化、分 解等一系列复杂的化学反应，将有害物转化为无害物。 而且，离子温度和大量中性粒子的温度远低于电子 温度,整个反应体系又可以保持低温,乃至接近室温,反应器 也可以处于低温。这样,设备投资少,节省能源。
NO的氧化反应 NO+O∙→NO2 NO+OH∙→NO2+H2O NO+HO2∙→CO2+OH∙ NO+O3→NO2
汽车尾气等离子净化系统
汽车尾气等离子净化系统主要有3个部分组成：等离子反应器高 压高频电源和控制系统。下图表示出等离子净化系统的整体结构 ，汽 车发动机产生的尾气经过等离子净化系统排出。
空气经过低温等离子体作用后，产生一系列氧化性极 强的OH· 、HO2· 、O· 、O3等强氧化物质。这些活性物质 会有效的将汽车尾气中的HC、NOx、PM等有害气体转化 为无害的CO2 、H2O和硝氨固体盐等。 CO净化机理： 主要参与的反应有： CO+O→CO2 CO+2OH→CO2+2H2O CO+H2O→CO2+H2O 3CO+O3→3CO2
控制系统
高压高频 电源
气体排出
汽车发动 机
等离子反 应器
1、机内净化中的等离子体处理技术
用于机内净化处理的低温等离子体技术, 其基本原理 是将空气离子化, 即将空气送入内燃机之前, 利用低温等离 子体将空气中的氧转化为臭氧。该技术的主要部件是一台 电晕放电式臭氧发生器, 由管道与发动机进气装置相连接 。 臭氧发生器产生的臭氧进入燃烧室便分解为氧负离子, 使 火焰膨胀, 促进燃烧, 从而提高了反应速率 。 处理结果节 能效率 20% , 污染物减排约 50%。
低温等离子体具有的特点
等离子体中的电子具有 较中性粒子大得多的能 量或更高的温度; 带电粒子的数密度远远小 于中性粒子总的数密度( 即 电离度小) ; 该等离子体为准电中性的来自百度文库 即正 电荷载流子密度总体上等于负电 荷载流子密度 。
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产生低温等离子体的方法
介质阻挡放电（DBD） 介质阻挡放电是一种灵活可靠的低温等离子体放电方 式，适合生成较大体积的等离子体，其兼有辉光放电的大 空间均匀放电和电晕放电的高气压运行特点，而且电子密 度很高，更加有利于汽车尾气的净化。 DBD的主要特征是至少有一层电介质覆盖在电极上或 者悬挂在放电空间里。整个放电由在时间和空间上随机分 布的大量称为微放电的电流细丝构成。
目录
1 2 3 4 等离子体的基本概念 低温等离子体的产生方式 低温等离子体处理废气的作用机理 低温等离子体处理技术
一、等离子体的基本概念及产生方式
等离子体概念
由大量的带电的正粒子、负粒子（其中包括正离 子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成 的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等，故称等离 子体。 低温等离子体又名非平衡等离子体，其内 部的电子温度远远高于离子温度（电子温度可 达104K，而离子温度一般只有300K~500K）， 系统处于热力学非平衡态，其表观温度较低， 所以被称为低温等离子体。
（1）等离子体技术的单独应用
等离子体技术在汽车尾气净化的单独使用，原理基本 上与等离子体技术在机内净化中的原理相同。主要是通过 沿面放电或介质阻挡放电，使得由发动机排出的尾气等离 子化，即通过等离子激发的活性原子氧等元素，与CO 、 HC反应，同时利用尾气中的C元素作为还原剂，可进一步 有效的将NOx 生成无害的H2O 、N2 、CO2。
HC净化机理 主要参与的反应有: HC+O→CO2+2H2O HC+2OH →CO2+2H2O HC+HO2 →CO2+H2O HC+O3 →CO2+H2O
PM净化机理 主要的反应有: C+2O →CO2 C+4OH→CO2+2H2O 3C+4HO2→ 3CO2+2H2O 3C+2O3→ 3CO2 2C+2NO2→ N2+2CO
下图为一种常用的介质阻挡低温等离子体发生器.低温等离子 体发生器通过复合高压电极连接变压变频等离子体电源和低压电 极接地来产生低温等离子体放电。发生器开始工作时，在内部会 产生大量的自由基等强氧化物质，它们的化学性质非常活跃，很 容易与尾气中的污染组分如CO、HC及NOx发生反应，使催化剂迅 速被激活，从而达到降低催化剂激活温度的目的，同时低温等离 子体发生器产生的自由基能促进催化剂的催化反应过程，显著提 高尾气催化净化的效果。
等离子净化原理根据汽车尾气成分的不同而有所差异，汽车 尾气排放中,无机物和有机物成分共有几十种。含量最多的有害 成分主要是NO、CO、HC和PM微粒。当电子能量>10 eV，且 电子能量大于尾气分子化学键的结合能时，高能的活性粒子可 以直接将其分解成单原子分子，当电子能量<10 eV的时候，氧 化反应起主要的作用。因此，活性粒子的能量与气体的键能对 净化的影响非常大。表1示出常见的汽车尾气活性粒子的键能表。
（2）等离子体与三元催化技术的联合应用
等离子体与三元催化技术的联合应用，本质上是等 离子体辅助催化还原技术。根据等离子的特点，较多采 用二级系统，如下图。 其作用机理是利用等离子体发生器产生离