高压脉冲放电等离子体水处理技术研究进展
高压脉冲放电等离子体水处理技术研究进展
韩育宏1,陆 彬2,李 庆1,刘志强1
(1.河北大学物理科学与技术学院,河北保定 071002;2.天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)
摘 要:水中高压脉冲放电可引起多种物理和化学效应,该技术处理废水具有高能电子、紫外线、臭氧等
多因素的综合作用,是集光、电、化学等多种氧化于一体的新型水处理技术,具有良好的发展前景.本文介绍
了这一技术在水处理方面的技术原理、高压脉冲电源、有机污染物的降解以及催化剂的应用等方面的研究进
展,并提出了此技术存在的问题和前景.
关键词:高压脉冲放电;等离子体;高级氧化技术;废水处理
ResearchonWastewaterTreatment
byHigh2voltagePlusedDischargePlasma
HANYu2hong1,LUBin2,LIQing1,LIUZhi2qiang1
(1.CollegeofPhysicsScienceandTechnology,HebeiUniversity,Baoding071002,China;
2.CollegeofEnvironmentalScienceandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)
Abstract:Thepulsedhigh2voltagedischargeinwaterleadstobothphysicalandchemicalprocesses.The
processingtechnologyhasthecomprehensiveactionofhigh2energyelectron,ultravioletlight,ozoneetc.The
technologythatintegrateslight,electronicandchemicaloxidationintooneprocesshasagooddevelopment
prospect.Thepaperdiscussesthemechanism,high2voltagepulsedpower,degradationoforganicpollutantand
applicationofcatalystofthetechnology.Thenweputsforwardtheproblemsandapplicationofthetechnologyin
wastewatertreatment.
Keywords:pulsedhigh2voltagedischarge;plasma;advancedoxidationtechnology;wastewater
treatment
目前水污染治理中广泛关注的问题之一是对难降解有机物得处理,以羟基自由基作为氧化剂的高级氧
化技术是去除难降解的有机污染物的有效办法.在众多的高级氧化技术中,高压脉冲体放电等离子水处理法
已引起国内外许多研究者的关注.
高压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,具有广泛的应用前景[1],影
响处理效果的因素很多,例如产生等离子体的方式、反应器结构、反应过程中各参数的控制等.到目前,还没
发现有工业化应用的等离子污水处理设备,所作的研究都是为等离子体降解水环境中的某些污染物特别是
有机污染物提供了新思路.本文主要介绍高压脉冲放电等离子体降解的机理、高压脉冲电源、有机污染物的
降解以及催化剂的应用等方面的研究进展,并提出展望.
1 高压脉冲放电等离子体技术的作用机理
高压脉冲放电是常压下产生等离子体的主要方法,水中高压脉冲放电脉冲前程短,脉冲宽度窄,因而
在电场内不使离子加速的情况下,单使电子加速,从而形成无需屏蔽的高能自由电子,这些高能自由电子碰第27卷 增刊2007年 10月河北大学学报(自然科学版)
JournalofHebeiUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.27Supp.Oct.2007撞水分子,促使水分子激发裂解或电离,产生等离子体通道.这一过程同时伴随着某些物理效应和化学效
应[2-4],兼具高温热降解、高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光降解、光化学氧化、超临界水氧化、液电空化降
解、高能电子、自由基、激发态分子等多种作用的综合效应,在等离子状态下发生的化学反应可突破传统化学
的约束,发生一般条件下无法发生的反应.
放电作用产生的这些活性物质及其高能电子轰击污染物质中C—C键及不饱和键,发生断键和开环等
一系列反应,或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.另外放电通道内的高温、高
压,在液体内产生的巨大冲击波也使有机物得到降解.
可见脉冲放电降解有机物过程非常复杂,是集光、电、化学等多种氧化于一体的新型水处理技术,包括物
理作用下有机物的直接降解和化学作用下活性物质对有机物的高级氧化降解.
2 高压脉冲放电等离子体技术研究进展
高压脉冲放电产生的等离子体直接用于水处理始于1987年Clements的开创性工作[5].20世纪90年代
中期,各国学者在此领域的研究较为活跃,研究重点集中在放电的物理效应和化学过程的实验研究以及水体
的杀菌消毒、难生化处理的污染物的降解、染料脱色的应用性研究.20世纪90年代中期以后,研究重点逐渐
过渡到提高污染物的降解效率和等离子体反应器的能量效率方面.反应器的电极结构由最初的针-板结构
发展到线-板、线-筒、针-筒结构等,个别反应器已进入放大实验阶段.放电模式涵盖了辉光放电、电晕放
电、流光放电、火花放电、弧光放电等;放电空间从液相发展到气相、气液两相、气液固三相.在放电的影响因
素、活性物种的测定、产物的收集及鉴定方面做了大量的工作,开发了单一污染物的反应动力学模型;研究过
程也从单一脉冲放电逐步向与催化剂或其他工艺联合处理方向发展.
2.1 高压脉冲电源
陡前沿脉冲电源系统是实现高压脉冲放电水处理的关键技术之一,为了持续稳定地生成和维持非平衡
等离子体,纳秒级高压脉冲必须具有脉冲前沿陡峭、脉冲宽度窄的特点,以得到强电场并达到节能的目的.目
前使用的电源与气体电晕放电相似,主要有两类:一类采用脉冲变压器来产生高压脉冲[6-7],另一类则采用
火花隙或闸流管开关产生高压脉冲[8-10].
目前,对大功率脉冲电源的开发已成为众多学者研究的热点.Yan等开发的平均功率为2.0kW的火花
隙脉冲电源[11],有谐振充电电路模块、传输线变压器、自触发火花隙开关做成.其单脉冲能量0.5～3.0J,脉
冲重复率为1～1000pps(pulsepersecond),电源效率可达65～80%.大连理工大学静电研究所研制的火花
隙脉冲电源已在工业实验装置中应用[12].最近,Pokryvailo等[13]开发的平均功率3～5kW的火花隙脉冲电
源,单脉冲能量已述3～5J,为此技术的工业化奠定了基础.
磁压缩开关脉冲电源开发方面的报道很多,大部分报道是中试装置电源
.Mok等[14]开发出平均功率
10kW磁压缩开关脉冲电源,峰值电压为140kV,脉冲峰值电流达到3.3kA,脉冲重复率为205～200pps,
自触发火花隙开关使用寿命为3×109次.
各电源的区别在于使用的脉冲形式开关不同,为实现产业化,大功率、窄脉冲、长寿命的高压脉冲电源以
及电源与反应器的匹配尚在研究之中.
2.2 高压脉冲放电处理各种有机污染物
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[15],在此简单介绍・191・增刊韩育宏等:高压脉冲放电等离子体水处理技术研究进展一下对于一些典型有机污染物处理的研究.
1987年,Clements首次把高压脉冲放电技术用于废水处理,采用针板式反应器,成功地实现了水中蒽醌
染料的降解,脱色率达80%以上.他对这种现象进行了初步研究[5],发现提高电压、增加脉冲宽度以及阳极
极化可以增加流注的长度,而阴极极化则会起到相反的作用.我国对脉冲电晕降解有机废水的工作始于
1996年,李胜利等人应用这一技术进行了直接蓝2B废水降解和染料废水脱色实验[16],发现高压毫微秒脉
冲产生直接与废水接触的非平衡等离子体可有效破坏染料发色基团,最终可使色度降低90%.
利用高压脉冲放电技术处理苯酚废水的研究比较多.Sharma等人较早地进行了不同放电方式对苯酚去
除的影响[17-18],验证了脉冲电晕放电可以氧化降解苯酚,将其破坏成小分子物质.Sun等人也考察了不同放
电形式对苯酚去除的影响[19],认为放电形式对苯酚的降解影响很大,火花放电下苯酚的去除率最大,流柱放
电下次之,电晕放电下苯酚的去除效果最差.
陈银生等人开展了高压脉冲降解苯酚废水的研究[20-23],考察了不同工艺参数,如脉冲电压、频率、曝气
(气源)、pH值和电极间距等对去除效率的影响.结果表明,降低放电电极直径、放电距离、废水电导率和提高
废水pH值以及向废水中通气体和加入硫酸亚铁等均可提高废水中苯酚的降解速率,而加入碳酸钠会降低
苯酚的降解速率.
1996年,美国加利福尼亚技术研究所D.M.Willberg等人采用高压脉冲放电技术对水中的氯酚、二氯苯
胺和TNT进行降解,经过1min的时间,约200次的高能放电(每次放电耗能4～7kJ),使这几种有机物的
去除率达到99%[3].
文岳中等人进行了高压脉冲放电降解水中苯乙酮、对氯苯酚以及与臭氧联用等的基础研究[24-26],最终
使这2种物质的降解率达到90%和96%.他发现向反应器通入气体对苯乙酮的降解非常有利,提高了苯乙
酮降解率,并计算得到了光降解、热解、氧化降解反应速率常数.
2.3 催化剂的应用
利用液电体系的化学与物理性质,投加催化剂可以促进更多活性物质的产生,达到提高污染物去除率和
电源功效的目的.因此,近几年来开始了这方面的研究,将催化剂引入到高压脉冲放电反应器中以提升反应
器性能.
2.3.1 均相催化
向反应器中加入Fe2+,Fe2+和放电产生的H2O2紫外光发生光助芬顿反应[27-29],大幅度提高了降解
率.如Sharma实验发现添加铁盐可以促进苯酚的降解[21],人为添加的Fe2+和放电过程中液相形成的双氧
水之间发生Fenton反应,促进了羟基自由基的产率,羟基自由基的增多使得苯酚的降解加快.但难于把
Fe2+和Fe3+从处理后溶液中分离出来,需要进一步的后续处理,这可能会限制它的应用.
2.3.2 非均相催化
Grymonpre等在液相针-板反应器中加入颗粒粒活性炭后苯酚的去除率增加近1倍[30],模型计算和实
验结果的比较证明活性炭对苯酚降解具有催化作用,认为苯酚的去除是分为水体中的降解和吸附到活性炭
等离子体生物医学应用的研究进展
等离子体生物医学应用的研究进展
一、引言
等离子体，是由电子、离子、中性粒子、分子等高度激发粒子构成的第四态物质，其不仅具有传统固体、液体和气体的物性特征，同时具有许多非常规性质，如温度高、活性强、电导性良好等。近年来，等离子体领域引起了广泛的研究兴趣，不仅有着在物理学和化学领域的广泛应用，更是在生物医学领域崭露头角。本文将就等离子体生物医学应用的研究进展做一些讨论。
二、等离子体与生物医学的关系
等离子体在生物医学研究中有着非常广泛的应用，它既有直接的杀菌、消毒作用，又可以作为一种红外线的、可见光的、紫外线的、微波的和射线的辐射光源，产生电场和磁场等多种物理因素，从多个层面对人体产生直接或间接的医学效应。
在医用等离子体方面，美国FDA于2015年首次批准用于软组织切割的等离子体刀（Plasma blade），同时，等离子体在水凝胶创口愈合方面也有应用价值。当等离子体与人体组织相交互作用时，会产生一系列的物理、化学和生物学效应，如短脉冲放电产生的离子和自由基，能氧化和分解细胞膜脂质和蛋白质，导致微小受损，引起生长因子的释放和细胞生长作用，有助于组织愈合。同时，等离子体还可以直接导致有机物分子链的其终止，产生有机物降解产物，从而起到杀菌和消毒的效果。这些特性使得等离子体刀在外科手术或切除肿瘤时具有一定的优势，不仅能够减少术中出血，同时能减少细胞损伤并且较快地恢复与愈合。
三、生物医学应用的热点及前沿领域
1. 等离子体治疗癌症
目前，大部分人对于等离子体治疗癌症的认识还比较模糊，从实验室研究以及动物实验研究来看，等离子体对于癌细胞有明显的减少作用，这主要是由于等离子体对于癌细胞的氧化性损伤作用，从而导致癌细胞的死亡，同时它还能够减轻癌症患者的疼痛和疾病的症状，增加患者的生存期。目前，在肝癌、肺癌、宫颈癌等方面的等离子体治疗研究依旧处于探索的阶段，需要进一步深入研究和实验。
2. 等离子体用于新冠病毒治疗
新型曝气式清洁等离子体技术降解水中的苯酚
生态环境２００８，１７（４）：１３９４－１３９８
Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｔｏｍ Ｅ—ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒ＠ｊｅｅｓｃｉ．ｔｏｍ
新型曝气式清洁等离子体技术降解水中的苯酚
杨兰英 ，王嘉麟 ，杨双春
１．中国石油大学ｄＥ京）化工学院重质油国家重点实验室，北京１０２２４９；２ 辽宁石油化工大学，辽宁抚顺１１３００１
摘要：苯酚类化合物是一类毒性较强的有机ｔ亏染物，对牛态环境影响较大，研究丫近几年新兴的一种等离子体降解水处理技
术降解苯酚的效果，比较了接地极曝气式反应器和放电极曝气式反应器，考察．ｒ多种因素对曝气式高压脉冲放电等离子体降
解水中苯酚效果的影响，结果表明：提高脉冲电压峰值和放电频率、减小气体的流量和针板间距等均可提高降解效果。接地
极曝气式反应器和放电极曝气式反应器的最佳参数分别为：空气流量 ０．１８ｍ３．ｈ一，放电电压￣２０ｋＶ，放电频率１００Ｈｚ，５
ＩＴｌｍ极板间距；空气流量Ｑ＝Ｏ．０３２ ｍ３．ｈ一，放电电压士１８ ｋＶ，放电频率５０ Ｈｚ，５ ｍｍ极板间距。苯酚最高降解率分别能达到
６８．７％和４０．１％。
关键词：清洁等离子体技术；苯酚；降解
中图分类号：ＸＩ３１．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２．２１７５（２００８）０４．１３９４．０５
苯酚存在于化学、石油化工、林业化工、炼焦
化＿Ｔ、制药、冶金、枕木防腐、硫酸盐纸浆、油漆、
涂料、塑料、农药等企业生产废水中，在工业水的
排放标准中是严格控制的污染物，在水中存在时间
长、危害大，是国家环保总局规定的优先监测污染
物，对各种生物及人的危害极大【ｌ０－３】，但是目前超
过９０％的污水处理厂的核心＿Ｔ艺都采用生物法，常
规工艺生物处理法难以有效降解含酚废水；一般采
用的树脂吸附法，周期太短，解析、再生也比较困
难，含酚废水处理一直是环境治理领域的难题。
近年来等离子体技术处理废水引起了学者们
纳秒脉冲气体放电机理研究进展浅谈
纳秒脉冲气体放电机理研究进展浅谈
深圳三和科技的小编将以材料表面改性、主动流动控制、点火助燃和甲烷转化为代表给大家介绍脉冲等离子体应用研究进展。最后结合脉冲放电等离子体研究现状的分析,展望了大气压脉冲气体放电与放电等离子体应用的发展趋势。
1.1 纳秒脉冲气体放电机理
脉冲放电机理的研究是推动应用技术发展的关键。常规条件下高气压气体放电通常可以用流注理论解释。流注理论考虑空间电荷对放电过程的影响,空间电荷是光子出现、二次电子崩产生、流注形成、
气隙击穿的重要因素,通常光子的寿命为10-8 s量级,如果发展到临界电子崩的时间小于光子的寿命时,流注理论在解释放电机理时已经存在一定的局限性。目前研究人员基于高能量快电子的逃逸击穿及逃逸电子和X射线对放电发展过程的影响提出了多种假说,如电子崩链模型、快电子和慢电子两组模型、电子倍增模型和快速电离波击穿模型等。其中电子崩链模型强调当主电子崩发展到临界值时,主电子崩发展减缓,甚至中断,这时崩头中的部分高能量电子(逃逸电子)逃逸出电子崩,并在崩头形成二次电子。电子崩链贯穿间隙后,但其电导率较小,不能形成击穿通道,需要二次过程,该过程由阴极上的光电效应来决定。电子倍增模型认为经典的流注机理的E/N值不仅有下限,而且也应有上限。模型中快电子逃逸出电子崩后,电离气体间隙,撞击阳极电离产生二次电子,导致电子数目的连续倍增。两组模型的关键是快电子,其脱离电子崩的能量阀值取决于施加的电场强度、气压和气体介质。电场强度越高,阀值能量越低,能逃逸出电子崩的电子数目越多。基于快速电离波模型的研究多数在低压下的气体放电管中完成,且间隙距离一般是几十cm,比较适合长间隙放电机理分析。这些假说大多基于各自的实验条件能够较好地解释实验现象,彼此之间仍存在差异,但均认为放电发展过程中二次电子的产生不再依赖空间光电离,
而是基于电子崩发展中产生的高能量电子引导放电发展过程建立起来的。因此,纳秒脉冲气体放电机理的研究集中在基于高能电子逃逸击穿的参数测量与模型建立。与常规放电理论相比,尚有大量研究空间。
高级氧化技术的研究进展
高级氧化技术的研究进展
钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞
【摘 要】高级氧化技术(AOPs)对高浓度、高毒性、可生化性差的工业废水有很好的降解效果;介绍了高级氧化技术的特点,并综述了化学氧化、光化学催化氧化、水热氧化技术、超声氧化技术以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其在水处理中的应用.
【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(032)003
【总页数】5页(P83-87)
【关键词】高级氧化技术;水处理;有机污染物
【作 者】钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞
【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067
【正文语种】中 文
【中图分类】O623
随着我国经济的不断发展，以各种途径进入水体的有机污染的种类、数量和复杂性也不断的增加，使得水环境污染越来越严重，水环境质量急剧下降。传统的处理有机物的方法是生物降解和传统的物理－化学法。然而，部分化学性质稳定，难以被微生物和常见化学氧化剂降解，因此，高级氧化技术（AOPs）在不久的将来成为最好的选择。对化学氧化、电化学氧化、光化学催化氧化、湿式空气氧化、超声氧化法、超临界水氧化法以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其应用进行了综述。
1．1 高级氧化的发展
Santiago等人提到大多数AOPs的操作反应中，有很大的相似性，都是羟基自由基（·OH）参与反应。羟基自由基（·OH）具有极度不稳定性，光谱性，无选择性和化学反应速率极快，是一种强氧化剂，各种氧化剂的氧化电极电位［1］见表1。Yang Deng等［2］人也提到许多研究已经发现硫酸根自由基（氧化还原电位为2．6 V）是一种比羟基自由基在污水处理中更有效，半衰期更长，更强的氧化剂。该类是基于硫酸根自由基的高级氧化技术（SR－AOPs）。
放电等离子体技术在改善居室环境方面的研究
・４８・ Ａｕｇｕｓｔ ２００２ Ｈｉｓｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｖ０１．３８ Ｎｏ．４
文章编号：１００１—１６０９（２００２）０４一ＯＯ４８—０４ ＼ 、 综 述 、
放电等离子体技术在改善居室环境方面的研究
胡 辉， 李胜利， 王万林， 李 劲
（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉４３００７４）
ＳＴＵＤＹ ＯＮ ｎ低．Ｒｏ、，ｌ！ 低 ＯＦ ＩＮＤＯＯＲ ＥＩ ０ＮＭＩ Ｔ ＢＹ ＤＩｓａＩ王ＡＪＲＧＥ ＰＬＡＳＭＡ
ＨＵ Ｈｕｉ，ＬＩ Ｓｈｅｎｇ－ｌｉ， ＷＡＮＧ Ｗａｎ－ｌｉｎ，ＬＩ Ｊｉｎ
（Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
摘要： 放电等离子体技术在净化居室环境方面具有独特的 作用。文中综述了用于净化居室空气的放电等离子体反应
器结构和类型，放电对除去居室空气中的微粒状物质、乙醛
和臭气物质等的影响，以及放电等离子体与催化剂合用对净 化居室环境的影响等。讨论了放电等离子体技术在净化居
室环境方面的进一步研究方向及应用前景。
关键词：放电等离子体；改善；居室环境；催化剂
中图分类号：ＴＭ８３６ 文献标识码：Ｂ Ａｂｓ灯ａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｓｃｌｌａ瑁ｅ ｐｌａｓｍａ ｈａｓ ｉｔｓ ｕｎｉｑｕｅ ｅｆ－
ｆｅｃｔ Ｏ１１ｔｈｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆｉｎｄｏｏｒ ｅｎｖｉ￣ｎｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓｔｌ＇ｕｃ・
ｔｕｒｅ ａｎｄｔｈｅｔｙｐｅ ｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ ｕｓｅｄｔｏ ｃｌｅａｎｉｎｄｏｏｒ ａｉｒ
ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｈａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔ Ｏ１１ ｇｅｔｔｉｎｇ ｒｉｄ ｏｆ ａＪ／＇ｂｏｒｎｅ
ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ，ａｃｅｔａｌｄｅｈｙｄｅ，ａｎｄ ｅｔｌｌｕｖｉｕｍｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ
脉冲电晕放电等离子体净化柴油机尾气的应用研究
１引青 由ｊ 柴油机尾气中的ＮＯ 、ＨＣ、ＣＯ和ＰＭ（即碳 烟粒子、高可溶性碳氧、铅化物等）、臭氧（甲醛、雨烯 醛、未燃醇等）、及ＣＯ 等对人体、 物构成 同程 度的威胁，Ｉ￣Ｔｉｆ１．ＨＣ和ＮＯ 在一定的条件下．受太阳 的照射会发生一系列光化反成 所以，柴油机尾气 已经严重污染了人们的］ 作与生活环境．愈朱愈引 起全世界范罔内的关注和重视。 近几年来，国内外出现了一种新兴的物理与化 学棚结合的技术一低温等离子体技术（Ｎｏｎ ｒｈｅｎｎａｌ Ｐｌａｓｍａ，ＮＴＰ）。将低温等离子体技术成用丁柴油机尾 气的净化，是柴油机尾气排放后处理技术领域的一 种全新概念。Ｎ，ｒＰ不仅对碳娴微粒（ＰＭ）产 Ｅ很好的 净化效果，而且能耐ＮＯ 、ＨＣ、ＣＯ等有害物实现同 步净化。这项技术具有净化效率高、能源低以及没 有二次污染等特点．发展前景广阔。网内外内燃机 权威已将ＮＴＰ确定为未来全阿、有效解决柴油机排 气 染问题的最具有希望的一项技术。 ２柴油机尾气治理的现状 Ｉｔ前．国内外对柴油机排气处理技术主要枉ｉ 方面：一是机前处理．如混合气的形成．燃油添加剂、 优化发动机冷却、改进缸盖结构等：二魁机内净化． 如高压缩比、废气佴循环、电挖化油器、废气涡轮增 压与增压中冷技术 降低机油消耗量等：■是后处理 的研究与开发 ，ｍ于对油－ 质馓的嗣质与控制以及 埘机体结构、部件的改造完蒋都屉有限的，难以满足 口趋严格的排放标准。 此，柴油机尾气的后处理技 术显得格外重要 后处理技术的研究现状ＩＩｆ作如Ｆ 描述 采用催化氧化器可以降低排放微粒物 ｝１的町 溶性ＨＣ（Ｓｔ）Ｆ）的含鲢及气态有害物ＨＣ干¨ＣＯ．似 催化氧化器工作的可靠性受排气温度和燃 ｈ量的影 响很大，通常要求燃油禽硫量低于０．０５％甚至 ０．０１％，这就大大提高丁油价（成本） 增Ｊ川了Ｉ Ｊ‘ ＳＯ 的 染排放。采用ｉ＝士滤捕集净化．通过碰撞．截 留＋扩散，沉降等机理能获得５０％一８０％（ｒ＇Ｊ净化效率 但其致命的弱点足使柴油机排气背压增高．需定期 清灰再生，而目．再生系统复杂昂贵．虑料ｉ＿Ｉｊ．， 周期 短，使ＨＪ寿命短，直接影响到柴油机使用的经济性 ３低温等离 体净化技术 等离子体是物质存在的第四状态。是［＿Ｉ－ｆ１电子、 离子、原子、分子和自由箍等组成的集合体，具有宏 观尺度的电中性和高导电性。通常情况下．可以在电 场、光或高能射线等作州下．通过加速电予、离子或 高能中性粒子的碰撞丽产， 气体电离．． 等离了窀 问中．电子和离子无规则热运动超过它仃Ｊ的定向运 动．其中离子的质鲢比电子火的多．小埸被』】『１遣．ｒｆ１ 性的ｒ１南基完全 被加速．造成电子的平均动能远 大于离子和巾惟基团的动能，这样作为体系ｃ 质量 主体的离子和自ｌ＝｝＝Ｊ耩温度比电予温度低的多．逐渐 形成电子温度与气体温度分离的体系．形成低温等 —．４５．—
脉冲放电等离子体技术的应用
脉冲放电等离子体技术的应用
随着科技的不断发展，高新技术的涌现不断给人们生产生活带来便利与创新。而脉冲放电等离子体技术就是其中之一。它是一种利用脉冲电场产生的电离子和反应物质之间的相互作用，而形成的复杂非平衡态等离子体体系。这种技术在工农业生产领域中有着广泛应用，尤其是能源、汽车制造、环保、材料科学等领域。下面，本文将结合实际应用，对脉冲放电等离子体技术的应用进行探讨。
一、脉冲放电等离子体技术在能源领域的应用
脉冲放电等离子体技术在现代能源领域中常被用于提高化石燃料的利用效率以及降低以煤为主要燃料的工业排放。例如，用脉冲放电等离子体技术对煤粉进行处理，可以抑制煤的结焦、硫分、氮分和灰分等含量的增加，从而提高烟气中二氧化碳的挥发速度，减少污染物的排放。
此外，脉冲放电等离子体技术还可以用于太阳能电池制造。在太阳能电池中，脉冲电场通过离子轰击等方法可以优化太阳能电池的制造和转换效率，并增加其电功率输出。这种技术在解决能源危机和推广清洁能源方面具有重要意义。
二、脉冲放电等离子体技术在汽车制造领域的应用
作为现代化工生产的重要组成部分，汽车制造是人们生产和出行的常用方式，而脉冲放电等离子体技术在汽车制造领域的应用更是不可避免。例如，利用脉冲放电等离子体技术可以加速汽车轮胎胶原材料与橡胶的交联反应，从而提高橡胶的强度、柔韧性和防老性能，减少轮胎磨损和碳排放。
此外，脉冲放电等离子体技术还可以用于汽车表面涂层的处理，提高汽车外部颜色、抗氧化性、抗腐蚀性和润滑性。同时，在车身、制动器和发动机等部件的加工制造过程中，脉冲放电等离子体技术也有着广泛的应用，以提高加工精度和生产效率，降低能耗和物资浪费。
三、脉冲放电等离子体技术在环保和材料科学领域的应用
脉冲放电等离子体技术在环保和材料科学领域的应用也十分重要。例如，在垃圾处理中，脉冲放电等离子体技术可以加速垃圾氧化分解，降低其污染物的含量和毒性，进而达到环保目的。
等离子体发生器高压放电特性研究.
第9卷 第3期强激光与粒子束
V o l
. 9, N o . 3 1997年8月
H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S
A ug . , 1997
等离子体发生器高压放电特性研究
Ξ
陈 林 周之奎 孙承纬
(中国工程物理研究院流体物理研究所, 成都523信箱58分箱, 610003
摘要 从实验和理论两个方面研究了等离子体发生器随毛细管的几何尺寸和PFN 网络的初始充电电压等参数变化的放电规律, 结果将有助于改进等离子体发生器的设计和提高放电的效能。
关键词 PFN 网络 等离子体发生器 定态等温模型 放电特性
ABSTRACT In th is paper , the dependence of discharge character of p las m
a generato r on the geom etric scale of cap illary and the in itial charge vo ltage of PFN
has been studied in exper 2i m en ts and the resu lts w ill con tribu te to i m p rove the
design of p las m a generato r and increase it’sdischarge efficiency .
KEY WOR D S PFN , p las m a generato r , iso therm al and steady model ,
discharge charac 2ter .
等离子体发生器的放电过程:随着PFN 网络放电而形成的脉冲大电流通过金属箔, 金属箔经历固态加热、熔化、汽化、电爆炸以至电离的过程, 形成毛细管内
的初始电弧, 烧蚀聚乙烯管壁, 形成等离子体。随着温度和压力的升高, 等离子体在管口形成喷射, 一段时间后, 形成以当地声速的稳定喷射。这个过程可以用Saha 方程及流体动力学一维Eu ler 方程进行较为详细的模拟。本文在一定假设的基础上建立了等离子体发生器的定态等温模型。针对这些过程并根据电热化学发射对等离子体发生器工作性能的要求, 我们测量了电流、电压和毛细管内的压力。
科技成果——高压脉冲放电等离子体技术及应用
科技成果——高压脉冲放电等离子体技术及应用
技术开发单位 中科院电工研究所
项目简介
高压脉冲放电产生低温等离子技术早在上世纪70年代就成为治理环境污染的一门新型节能技术，是二十一世纪环境科学中四大关键技术之一，在治理污染和节能减排上起到了积极的作用。高压脉冲放电等离子体技术与传统的化学、辐射技术相比具有处理条件简单、耗能少、处理时间短、效率高、无污染等优点。在材料表面处理领域，产生的等离子体对材料表面的作用仅涉及表面的几至几百纳米，在改善材料表面性能的同时又不影响材料的基体性能。
与传统的交流电源激励的放电等离子体相比，脉冲放电能够提供高功合电场强度以积累高能电子电离空气，产生具有高反应效率活性粒子的体。纳秒脉冲的超短上升时间能够抑制火花通道的形成，有利于产生均匀体，能够实现大面积等离子体处理。且脉冲放电可控性较高，脉冲产生等可控制在纳秒至微秒量级，脉冲间隔时间可供等离子体进行充分的物理化出越来越广阔的应用前景。
应用范围
纳秒脉冲低温等离子体产生方法，采用自制纳秒脉冲电源研究低纳秒脉冲放电能产生高活性等离子体；
低温等离子体聚合物材料表面处理，采用高频高压、纳秒脉冲电源表面改性和表面接枝，实现憎水性、亲水性改变，或表面接入功能改变； 低温等离子体金属材料表面改性，采用大电流纳秒脉冲弥散放电料表面处理，增加硬度、抗锈蚀等；
小电流电弧放电等离子体研究及应用，采用纳秒脉冲电源、或高频高电流的电弧放电，未来可以开展各种等离子体应用。
低温等离子体流动控制技术研究，采用纳秒脉冲电源实现表面等离子体，开展相关的特性和流动特性研究。
低温等离子体废气废水处理，采用介质阻挡放电、射流或小电流电弧放电，开展各种难降解水的处理，比如各种印染废水。
低温等离子体应用，基于各种发生技术和等离子体产生方法，开展各种可能的等离子体应用。
低温等离子体发生器，基于交流、微秒及纳秒脉冲发生技术，设计各类应用的低温等离子体发生成套装置。
利用高压脉冲放电处理废水的研究进展
第３卷第３期 ２ ０ ０ ２年３月 环境污染治理技术与设备 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｏｔｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｏｌ ３．ＮＯ ３ Ｍａｌ－．２ ０ ０２ 利用高压脉冲放电处理废水的研究进展 吴 彦 张若兵 许德玄 （１．大连理工大学环境科学与工程学院环境电工研究室，大连１１６０２３ ２．东北师范大学环境科学与工程系，长春１３００２４） 摘 要 本文主要对脉冲高压放电处理废水的进展情况作了论述，讨论了不同放电反应器的设计及其国内外的应用 同时对水中放电的发生及其发展研究情况作了介绍 关键词脉冲高压水处理高压放电反应器 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｄ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ Ｗｕ Ｙａｎ Ｚｈａｎｇ Ｒｕｏｂｉｎｇ Ｘｕ Ｄｅｘｕａｎ２ （１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉ￣ｔｒｔｅｎｔ Ｅｋｃｔ兀）ｔｅｃｈｎ。【０ｇｙ．Ｉｎｓｆｉｔｕｉｏｎ ｏｆ Ｅｎ￣ｒｏｎｍＰｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａ力ｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄａｌｉ￣Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏ【０ｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２３； ２ Ｄｅｐ￣ｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｅａｓｔ Ｎｏｍｕｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｋｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｔｍ １３００２４） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｄ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔａｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｏｒ ｗａｓｔｅ－＆ａｔｅｒ ａｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｕｌｓｅｄ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ；ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｒｅａｃｔｏｒ １前言 传统的废水处理方法主要有物理方法、化学方 法（如吸附、沉降、絮凝）及生物化学方法。生物方法 用于处理工业污水和生活废水，因其成本低、操作运 行管理方便等特点在水污染治理方面独树一帜，各 种生物化学方法存在着占地面积大、污泥处理及二 次污染等问题，在一些难生物降解的工业废水及对 生物有毒性的污水处理方面尤其突出。 近年来，将高电压技术应用于难处理的工业污 染物质及其污水的深度处理的研究，在国内外引起 了许多研究者们的关注。该方法利用放电产生的低 温等离子体，作用于被处理废水，降解难生物降解的 污染物，而且对处理对象无选择性，通常可以将污染 物彻底氧化除去，不存在二次污染问题，呈现出良好 的应用前景。 ２放电方法水处理的原理 高压脉冲放电等离子体废水处理技术作用机理 主要包括，放电产生的高氧化活性强氧化物质（ｏＨ、 ｏ等自由基及其 、Ｈ２ 等）的作用、紫外光辐射、 高能电子的轰击作用等，达到将有机污染物质去除 的目的 ”Ｊ。放电过程中发生的相关反应主要 有： ｏ Ｈｏ＋ｅ二＋’Ｈ＋Ｈ２Ｏ２＋ＨｓＯ …一 ｅ二＋Ｏ２＋Ｈ 一 ｏ ・Ｈ＋ｏＨ—Ｈ２ｏ ・ｏＨ— ｏ＋Ｈ一 ＋Ｈ 一ＨＯ２－ Ｈ＋ —Ｈ ＋ＨＯ—ｏｆ＋ＨＯ２ Ｈ 一一ｏ ＋’Ｈ ＨＣｈ＋０３—２０２＋’ＯＨ ｅ二＋０２—０２－ Ｈ ＋ｏｆ—ＨＣｈ ＨＯ３一 ＋’ＯＨ Ｈ２ｏ＋Ｏ３—２‘ＯＨ ｏ３一Ｏ２＋ｏ ｏｆ＋Ｏ３一（ ＋０２ 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Ｃ－