低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用范圍廣,氣體的流速和濃度對于氣態(tài)污染物治理技術(shù)應(yīng)用來說是兩個非常重要的因素。生物過濾和燃燒技術(shù)能應(yīng)用于較高濃度范圍,但卻受氣體的流速所限。而低溫等離子體技術(shù)對氣體的流速和濃度都有一個很寬的應(yīng)用范圍,其應(yīng)用廣泛不言而喻。等離子體技術(shù)工藝簡單。吸附法要考慮吸附劑的定期更換,脫附時還有可能造成二次污染;燃燒法需要很高的操作溫度;生物法要嚴格控制pH值、溫度和濕度等條件,以適合微生物的生長。而低溫等離子體技術(shù)則較好的克服了以上技術(shù)的不足,反應(yīng)條件為常溫常壓,反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單,并可同時消除混合污染物(有些情況還具有協(xié)同作用),不會產(chǎn)生二次污染等。就經(jīng)濟可行性來說,低溫等離子體反應(yīng)裝置本身系統(tǒng)構(gòu)成就單一緊湊,在運行費用方面,微觀來講,因放電過程只提高電子溫度而離子溫度基本保持不變,這樣反應(yīng)體系就得以保持低溫,所以不僅能量利用率高,而且使設(shè)備維護費用也很低。
低溫等離子體技術(shù)在氣態(tài)污染物治理方面優(yōu)勢顯著。其基本原理是在電場的加速作用下,產(chǎn)生高能電子,當電子平均能量超過目標治理物分子化學(xué)鍵能時,分子鍵斷裂,達到消除氣態(tài)污染物的目的。
利用等離子體獲得高溫?zé)嵩吹囊豁椉夹g(shù)。在化學(xué)工業(yè)中,利用等離子技術(shù)能實現(xiàn)一系列的反應(yīng)過程。
①以熱等離子體制備乙炔、硝酸、聯(lián)氨和炭黑等產(chǎn)品。
②用熱等離子技術(shù)合成高溫碳化物、氮化物和硼化物,如碳化鎢、氮化鈦等。
③用熱等離子技術(shù)制備超細粉末,如0.01~1μm的三氧化二鋁、二氧化硅和氮化硅粉末。
④冷等離子體中的聚合薄膜的形成或清洗,如半導(dǎo)體工業(yè)中的氧化硅膜。
⑤在冷等離子體中實現(xiàn)材料表面改性,如離子氮化、滲碳等工藝。
⑥等離子體技術(shù)應(yīng)用于油氣田生產(chǎn),可進行深部解堵。
等離子體是指處于電離狀態(tài)的氣態(tài)物質(zhì),其中帶負電荷的粒子(電子、負離子)數(shù)等于帶正電荷的粒子(正離子)數(shù)。通常與物質(zhì)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)并列,稱為物質(zhì)第四態(tài)。通過氣體放電或加熱的辦法,從外界獲得足夠能量,使氣體分子或原子中軌道所束縛的電子變?yōu)樽杂呻娮樱憧尚纬傻入x子體。
等離子體在化學(xué)工業(yè)中的真正應(yīng)用是在20世紀50年代以后。聯(lián)邦德國赫斯和赫司特化工廠于50年代成功地從甲烷和其他烴類在氫等離子體中熱解制取乙炔。此后,美國、蘇聯(lián)和日本都相應(yīng)地建造了等離子體制乙炔的實驗工廠。此法流程簡單,對原料適應(yīng)性強,但電耗偏高,限制了它的大規(guī)模推廣。60年代,美國離子弧公司以鋯英砂為原料在直流電弧等離子體中一步裂解制備氧化鋯。70年代末,中國以硼砂和尿素為原料,在直流電弧等離子體中制備高純六方氮化硼粉,該法具有產(chǎn)品純度高、成本低、工藝流程簡單等優(yōu)點。此外,還可利用等離子技術(shù)生產(chǎn)二氧化鈦。