低溫等離子體大氣污染控制技術及應用內(nèi)容簡介

本書是一部論述低溫等離子體技術及其在大氣污染治理中應用的著作,介紹了低溫等離子體的產(chǎn)生過程、機理，給出了脈沖電暈放電、直流電暈放電、交流電暈放電、介質(zhì)阻擋放電等多種放電的基本原理、理論以及該技術結合吸附、催化等技術的協(xié)同效應。 書中結合作者多年來的研究成果，展示了該項技術用于大氣污染物的治理研究，主要論述了該技術對揮發(fā)性有機污染物、室內(nèi)空氣、油煙廢氣、惡臭廢氣以及SO2和NOx煙氣的研究所果。

本書可供從事等離子體技術、污染控制技術等學科領域的科研人員、工程技術人員參考，也可供高等學校環(huán)境工程、能源工程及相關專業(yè)的研究生和高年級本科生參閱。

第1章等離子體技術簡介1

1.1等離子體的定義1

1.2等離子體的分類2

1.3等離子體的基本參量及等離子體判據(jù)5

1.3.1粒子密度和電離度5

1.3.2電子溫度和粒子溫度6

1.3.3德拜長度6

1.3.4等離子體鞘層6

1.3.5等離子體頻率7

1.3.6沙哈方程8

1.3.7等離子體的時空特征限量9

1.3.8等離子體判據(jù)9

1.4輝光放電9

1.4.1陰極區(qū)10

1.4.2負輝區(qū)10

1.4.3法拉第暗區(qū)11

1.4.4正柱區(qū)11

1.4.5陽極區(qū)12

1.5電弧放電12

1.5.1電弧放電的基本性質(zhì)和特征13

1.5.2電弧的分類13

1.5.3電弧的啟動13

1.6火花放電14

1.6.1火花放電的特征14

1.6.2火花放電的形式15

1.6.3流注15

1.7電暈放電15

1.7.1電暈放電的定義16

1.7.2電暈放電的特征16

1.7.3電暈放電的分類17

1.8介質(zhì)阻擋放電17

1.8.1介質(zhì)阻擋放電基本概念17

1.8.2介質(zhì)阻擋放電特征參量22

參考文獻29

第2章低溫等離子體化學反應過程31

2.1概述31

2.2等離子體產(chǎn)生原理32

2.2.1湯森放電33

2.2.2帕邢定律34

2.2.3氣體原子的激發(fā)轉(zhuǎn)移和消電離34

2.3低溫等離子體化學反應過程35

2.3.1碰撞參數(shù)35

2.3.2等離子體中的基本粒子36

2.3.3等離子體產(chǎn)生的電離機制37

2.3.4化學反應鏈40

2.3.5電離過程分析——電子雪崩現(xiàn)象40

2.4電源和反應器系統(tǒng)及優(yōu)化41

2.4.1電源和反應器41

2.4.2脈沖電參數(shù)測量41

2.4.3高壓窄脈沖電源及優(yōu)化44

2.4.4電源和反應器系統(tǒng)優(yōu)化44

參考文獻47

第3章直流電暈放電伏安特性49

3.1多針對板電暈放電伏安特性51

3.1.1伏安特性分析51

3.1.2正電暈放電形式54

3.1.3負電暈放電電極間距確定58

3.2多電極管線電暈放電伏安特性61

3.2.1實驗裝置的建立62

3.2.2實驗結果與討論65

3.3管線極電暈放電伏安特性74

3.3.1實驗裝置75

3.3.2實驗結果75

參考文獻76

第4章低溫等離子體用于揮發(fā)性有機物去除78

4.1揮發(fā)性有機物控制技術現(xiàn)狀78

4.1.1吸收法78

4.1.2吸附法79

4.1.3燃燒法80

4.1.4冷凝法80

4.1.5生物法82

4.1.6膜分離法82

4.1.7光催化氧化法83

4.2低溫等離子體技術去除VOCs研究現(xiàn)狀83

4.2.1低溫等離子體技術去除VOCs的原理83

4.2.2低溫等離子體技術用于VOCs的處理研究進展84

4.3低溫等離子體協(xié)同其他技術去除VOCs研究84

4.3.1低溫等離子體協(xié)同催化技術降解VOCs84

4.3.2低溫等離子體協(xié)同吸附(吸收)技術87

4.3.3低溫等離子體協(xié)同生物法降解VOCs的研究88

4.4低溫等離子體催化協(xié)同技術用于VOCs去除的研究88

4.4.1低溫等離子體聯(lián)合TiO2降解甲苯的研究88

4.4.2過渡金屬元素摻雜TiO2對甲苯降解的影響92

4.4.3過渡金屬元素與稀土金屬元素共摻雜TiO2對甲苯降解的影響94

4.4.4陰離子修飾TiO2對甲苯降解的影響96

4.4.5低溫等離子體協(xié)同錳銀催化劑降解甲苯的研究99

4.4.6低溫等離子體協(xié)同釩鈦催化劑降解甲苯的研究101

4.4.7低溫等離子體協(xié)同鐵電催化材料降解甲苯的研究104

4.5VOCs產(chǎn)物研究及機理分析107

4.5.1產(chǎn)物分析107

4.5.2低溫等離子體協(xié)同催化降解VOCs機理分析112

4.5.3化學反應動力學分析116

參考文獻119

第5章低溫等離子體室內(nèi)空氣凈化121

5.1引言121

5.1.1室內(nèi)空氣污染來源及危害121

5.1.2室內(nèi)空氣污染的特征122

5.2室內(nèi)空氣凈化技術現(xiàn)狀122

5.2.1機械方法122

5.2.2物理方法125

5.2.3生物方法129

5.3低溫等離子體技術室內(nèi)空氣凈化研究現(xiàn)狀129

5.3.1去除氣態(tài)污染物的作用機理129

5.3.2低溫等離子體去除室內(nèi)污染物國內(nèi)主要成果130

5.4低溫等離子體協(xié)同其他技術凈化室內(nèi)空氣131

5.4.1低溫等離子體催化技術原理132

5.4.2低溫等離子體協(xié)同催化技術研究現(xiàn)狀132

參考文獻134

第6章低溫等離子體用于惡臭治理137

6.1引言137

6.1.1惡臭氣體的分類與來源137

6.1.2惡臭的危害及影響138

6.1.3惡臭氣體的排放及污染控制標準141

6.2惡臭處理技術現(xiàn)狀142

6.2.1掩蔽法142

6.2.2稀釋擴散法142

6.2.3吸附法143

6.2.4吸收法146

6.2.5化學氧化法149

6.2.6燃燒法149

6.2.7光催化氧化法154

6.2.8生物法156

6.2.9聯(lián)合法159

6.3低溫等離子體去除惡臭161

6.3.1電子束照射法162

6.3.2介質(zhì)阻擋放電技術163

6.3.3表面放電技術164

6.3.4填充式反應器治理技術164

6.3.5脈沖電暈放電技術165

6.3.6直流電暈放電技術166

6.3.7等離子體組合技術168

參考文獻170

第7章低溫等離子體煙氣脫硫脫硝172

7.1煙氣脫硫脫硝現(xiàn)狀172

7.1.1SO2和NOx的來源及危害172

7.1.2我國SO2和NOx排放現(xiàn)狀及相關政策174

7.1.3傳統(tǒng)煙氣脫硫脫硝技術178

7.2低溫等離子體煙氣脫硫脫硝技術184

7.2.1低溫等離子體煙氣脫硫脫硝技術的發(fā)展184

7.2.2低溫等離子體煙氣脫硫脫硝反應機理185

7.2.3電子束法脫硫脫硝189

7.2.4高壓脈沖電暈法191

7.2.5高壓直流電暈法192

7.2.6介質(zhì)阻擋放電脫硫脫硝的研究193

7.2.7低溫等離子體聯(lián)合技術脫硫脫硝195

7.3低溫等離子體煙氣脫硫脫硝工業(yè)應用197

7.3.1低溫等離子體法脫硫脫硝工藝流程及特點198

7.3.2電子束煙氣凈化工藝199

參考文獻204

第8章低溫等離子體餐飲油煙凈化208

8.1概述208

8.1.1餐飲油煙的形成及危害208

8.1.2餐飲油煙控制的相關政策法規(guī)與標準210

8.1.3常見餐飲油煙凈化技術212

8.2低溫等離子體技術凈化餐飲油煙216

8.2.1低溫等離子體技術作用原理216

8.2.2霧化電暈法凈化油煙216

8.2.3高壓靜電法凈化油煙219

8.2.4低溫等離子體油煙凈化器結構優(yōu)化221

8.2.5低溫等離子體復合技術凈化油煙223

8.3低溫等離子體凈化餐飲油煙工程應用225

8.3.1低溫等離子體凈化設備的技術要求225

8.3.2EP-OW型高效油霧電過濾器228

8.3.3JD-Ⅱ系列高壓靜電式油霧凈化器230

8.3.4PYJ系列復合式等離子油煙凈化機組232

參考文獻232

第9章低溫等離子體技術處理燃油尾氣236

9.1柴油機尾氣概述237

9.1.1柴油機尾氣排放特征237

9.1.2柴油機尾氣中主要污染物的形成及危害237

9.1.3柴油機尾氣凈化技術的現(xiàn)狀與不足240

9.1.4傳統(tǒng)柴油機尾氣污染控制技術240

9.2柴油機尾氣排放控制政策及標準245

9.2.1國外柴油機尾氣控制政策及排放標準245

9.2.2我國柴油機尾氣排放控制政策及標準248

9.3低溫等離子體技術處理柴油機尾氣250

9.3.1低溫等離子體技術處理柴油機尾氣的研究現(xiàn)狀251

9.3.2低溫等離子體處理柴油機尾氣反應機理252

9.3.3低溫等離子體凈化柴油機尾氣技術257

9.3.4PM與NOx在凈化過程中的相互影響266

9.3.5低溫等離子體再生DPF技術267

9.3.6低溫等離子體技術應用于汽車尾氣凈化的局限性268

9.4低溫等離子體技術處理柴油機尾氣工程應用269

9.4.1低溫等離子體用于柴油機尾氣處理的技術背景269

9.4.2基于低溫等離子體技術的柴油機四效催化技術系統(tǒng)271

9.4.3低溫等離子技術處理現(xiàn)代D4BX柴油機排放的碳煙顆粒271

參考文獻273

低溫等離子體由于其獨特的電子、離子能量分布特性、高化學活性的廣泛應用而備受關注，其應用涉及微電子工業(yè),各堅硬、耐腐蝕、耐摩擦材料的制備,納米材料的制備,聚合物以及生物材料的表面改性等各方面；由于等離子體參數(shù)分布的寬泛和復雜性,使深入研究遭遇了眾多的困難，在等離子體與材料表面的復雜相互作用方面，由于其可同時改變等離子體和材料表面的狀態(tài)而影響等離子體的應用。2007年美國國家研究委員會發(fā)布了《Plasma science：advance knowledge in national interest》的前瞻性報告，2008年美國能源部發(fā)布了《Low Temperature Plasma Science》報告。由國家自然科學基金委主辦，蘇州大學承辦的“低溫等離子體物理及應用戰(zhàn)略研討會”于2012年10月25-28日在蘇州大學召開，此次研討會圍繞：（1）近五年各單位本學科領域的研究現(xiàn)狀和研究動態(tài)（包括主要研究方向、人才隊伍、資助現(xiàn)狀、重要成果，以及在推動學科發(fā)展和人才隊伍建設、營造科研環(huán)境等方面的成績與問題）；（2）研討未來一段時間學科領域的發(fā)展布局、優(yōu)先領域以及與其他學科交叉的重點方向；（3）開展國際合作的需求和優(yōu)先領域；（4）對本學科領域建設發(fā)展（措施）等方面進行研討，謀劃低溫等離子體物理及應用技術的發(fā)展戰(zhàn)略。研討會分為主題報告和研討兩大部分。近40位來自全國十幾所高校與科研院所的有關專家參加了會議。會后，會議秘書組梳理、整理了會議紀要：（一）從等離子體物理的基礎問題；新型等離子體源物理及技術；低溫等離子體數(shù)值模擬方法；新型等離子體診斷技術；等離子體與材料表面相互作用等五個方面提出低溫等離子體物理及應用技術的關鍵問題；（二）從全面關注人才隊伍建設；營造科研環(huán)境、擴大影響；加強國際合作與交流；重視學科可持續(xù)發(fā)展等四個方面提出低溫等離子體物理及應用相關學科發(fā)展戰(zhàn)略。并提出（三）今后基金資助建議等。會議承辦方專門針對長三角多功能電子材料（器件）暨低溫等離子體應用組織協(xié)作論壇，進一步推動合作與發(fā)展。本次會議將為推動我國低溫等離子體物理及應用的穩(wěn)定健康發(fā)展作出貢獻。

低溫等離子體由于其獨特的電子、離子能量分布特性、高化學活性的廣泛應用而備受關注，其應用涉及微電子工業(yè),各堅硬、耐腐蝕、耐摩擦材料的制備,納米材料的制備,聚合物以及生物材料的表面改性等各方面；由于等離子體參數(shù)分布的寬泛和復雜性,使深入研究遭遇了眾多的困難，在等離子體與材料表面的復雜相互作用方面，由于其可同時改變等離子體和材料表面的狀態(tài)而影響等離子體的應用。2007年美國國家研究委員會發(fā)布了《Plasma science：advance knowledge in national interest》的前瞻性報告，2008年美國能源部發(fā)布了《Low Temperature Plasma Science》報告，在我國，國力的增強和社會的進步，推動了低溫等離子體學科群的建設，研究人員逐年遞增，人才隊伍日臻合理，至此，召開低溫等離子體物理及應用研討會，將對我國低溫等離子體物理及應用的健康發(fā)展提供借鑒。

本書共十章。從化學科學的角度對非平衡態(tài)等離子體——低溫等離子體的基本概念、等離子體的診斷方法、等離子體化學反應的機理、基本反應過程、動力學模型的建立方法、等離子體聚合反應、等離子體引發(fā)聚合反應。等離子體表面處理的基本規(guī)律及其應用、氧等離子體化學及應用、已實用化的等離子體CVD技術作了系統(tǒng)的論述和介紹，并提供了涉及多領域的盡可能多的應用信息。