論室內(nèi)空氣凈化之等離子體研究與應(yīng)用

1、論室內(nèi)空氣凈化之等離子體研究與應(yīng)用論室內(nèi)空氣凈化之等離子體研究與應(yīng)用1 引言1.1 研究背景當(dāng)代隨著全球經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們生活消費(fèi)水平不斷提高的同時(shí)，環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，人們開始高度重視環(huán)境污染所帶來的不良后果。大氣污染又是所有環(huán)境污染中的重中之重，空氣污染己經(jīng)給上億城市人口的健康帶來威脅。長期以來，人們一直關(guān)注治理室外大氣污染，卻忽視了與人們生活息息相關(guān)的室內(nèi)環(huán)境污染問題。據(jù)調(diào)查所示，在我國城鄉(xiāng)居民約有70%以上的時(shí)間在室內(nèi)，所以室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量將更直接地影響人的身體健康。美國研究室內(nèi)環(huán)境污染機(jī)構(gòu)歷時(shí)五年的專題研究結(jié)果表明，很多民用和商用建筑，室內(nèi)空氣污染的程度是室外空氣污染的2-5倍。室

2、內(nèi)污染物按其存在狀態(tài)可大致分為2類：懸浮固體污染物和氣體污染物2。懸浮固體污染物主要有可吸入顆粒物、微生物細(xì)胞（細(xì)菌、病毒）等。較大的懸浮顆粒物比如灰塵、棉絮等，可以被鼻子過濾掉，而肉眼無法看見的細(xì)小懸浮顆粒物可吸入顆粒物等，會(huì)隨著呼吸進(jìn)入肺泡，危害身體的健康。氣體污染物主要有CO、CO2、O3、NOx、SO2、NH3、VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物包括甲酵、苯系物）、筑氣、Y射線等。懸浮顆粒物損害人的健康，主要表現(xiàn)在：對(duì)于粒徑為的顆粒物一般沉積于上呼吸道，5Min粒徑顆粒物可以進(jìn)入呼吸道的深部，而2.5fim粒徑以下的顆粒物可以深入到細(xì)支氣管和肺泡，通過血氧交換進(jìn)入血液中，對(duì)人呼吸系統(tǒng)以及心血管系

3、統(tǒng)的損害較大。另外，懸浮顆粒物在濕度較大的條件下會(huì)附著許多微生物，比如各種病毒、細(xì)菌，它們?cè)谶M(jìn)入人的呼吸道后，會(huì)刺激并破壞氣管黏膜。1.2國內(nèi)外室內(nèi)空氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀由于目前許多室內(nèi)的空氣己經(jīng)處于嚴(yán)重污染狀態(tài)，研究室內(nèi)空氣凈化技術(shù)非常有必要。國內(nèi)外室內(nèi)空氣污染控制技術(shù)研究的重點(diǎn)集中在兩個(gè)方面：一是過濾、吸附、光催化以及等離子體等室內(nèi)空氣凈化技術(shù)研究，尋找各種技術(shù)適用性和凈化技術(shù)的影響因素，研制出比較高效的凈化器：二是研發(fā)環(huán)保型建筑裝修材料，減少粘合劑、溶劑以及涂料等建筑材料中甲醒、苯等有害物質(zhì)的含量，或在材料中摻入屏蔽或抑制其釋放的物質(zhì)。近些年許多研究工作集中在光催化和等離子體技術(shù)上。早期的空氣

4、凈化技術(shù)是采用過濾式，凈化器中裝上過濾材料，這種對(duì)于灰塵、煙霧、細(xì)菌有較好凈化效果，其中凈化材料有石棉、合成纖維、玻璃纖維等。但由于石棉有致癌的危害，這類材料己停止使用。合成纖維不耐油、不耐潮濕，而且性能不穩(wěn)，易燃，其應(yīng)用也受到限制。吸附式凈化技術(shù)是一種比較常見的凈化揮發(fā)性有機(jī)物的方法，在空氣凈化器內(nèi)裝上吸附劑，主要是以活性炭為主，其他還有桂膠、分子蹄等，空氣經(jīng)過吸附劑，污染物會(huì)被吸附在吸附劑上，從而達(dá)到凈化目的。這種吸附屬于物理吸附方法，其吸附效果也不錯(cuò)，但活性炭有易于失去活性的缺點(diǎn)，需要定期更換材料，不僅給人們的使用帶來不便，而且還增加了成本。一些研究人員也發(fā)現(xiàn)物理吸附作用和光催化技術(shù)共同

5、作用，可以使活性炭等吸附材料獲得比原來更長的壽命，并且去除VOC的勺效率也有所提高。利用吸附技術(shù)去除VOCs時(shí)，吸附劑主要有活性炭和高猛酸鉀浸泡過的.氧化招兩種物質(zhì)混合物，但其存在缺點(diǎn)，它們有選擇吸收的特點(diǎn)，如活性炭可吸收甲苯，但低效吸收甲酸、乙酸和丙酮，盡管它們有互補(bǔ)性，但由于需要再生，難以連續(xù)工作。改善活性炭制品吸附特性以及經(jīng)濟(jì)利用活性炭解決其易失活特點(diǎn)是重點(diǎn)。2 等離子體電暈放電去塵實(shí)驗(yàn)研究2.1 非平衡等離子體概述等離子體被稱為物質(zhì)存在的第四態(tài)不僅已經(jīng)為人們所認(rèn)識(shí)，而且等離子體技術(shù)還已進(jìn)入被廣泛應(yīng)用于實(shí)際。等離子體是指帶電的正粒子、負(fù)粒子（包括正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)

6、）組成的集合體，有宏觀上的電中性和高導(dǎo)電性。國際上將等離子體分為熱等離子體和冷等離子體。國內(nèi)學(xué)者按熱力學(xué)平衡將等離子體劃分成三類，包括完全熱力學(xué)平衡等離子體、局部熱力學(xué)平衡等離子體、非熱力學(xué)平衡等離子體。完全熱力學(xué)平衡等離子體，也稱高溫等離子體，這類等離子體中電子溫度、離子溫度和氣體溫度完全相同，比如太陽內(nèi)部，核聚變、激光聚變等。局部熱力學(xué)平衡等離子體，也稱熱等離子體，由于等離子體各種物種都通常很難達(dá)到嚴(yán)格意義上熱力學(xué)一致性，比如電弧等離子體、高頻等離子體等。非熱力學(xué)平衡等離子體，亦稱冷等離子體，這類等離子體內(nèi)部電子溫度很高，能達(dá)到上萬開爾文，不過離子和氣體的溫度卻接近常溫，形成熱力學(xué)上的非平

7、衡性。非平衡等離子體產(chǎn)生方法主要有電暈放電、輝光放電、無聲放電（又稱為介質(zhì)阻擋放電）、射頻放電和微波放電等。常壓下用于空氣凈化的放電是電暈放電，所以在試驗(yàn)中用的是直流電暈放電。電暈放電（coronadischarge）是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或高于大氣壓條件下，曲率半徑很小的電極表面，空間電場分布不均勾，電極表面附近的電場較強(qiáng)時(shí)，而發(fā)生的放電現(xiàn)象。電極附近有一個(gè)發(fā)光的電暈層（也稱起暈層），電暈層內(nèi)部電場很強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離和激發(fā)。電暈層的外部，電場較弱，不會(huì)發(fā)生電離和激發(fā)，這部分是電暈放電的外圍區(qū)，它是不發(fā)光的暗區(qū)，電暈層的內(nèi)層強(qiáng)電場到外圍區(qū)的弱電場的過渡不是突變的，是逐漸變化的。2.2 電暈放電一般特

8、性氣體放電是指在電場作用下或其他方法激活使氣體電離，形成能夠?qū)щ姷碾婋x氣體。在不同的工作條件下，會(huì)產(chǎn)生不同的氣體放電現(xiàn)象，并且有不同的放電性質(zhì)。通常研究氣體放電現(xiàn)象時(shí)會(huì)把放電分成兩大類，其一是非自持放電，另一種是自持放電。放電現(xiàn)象從非自持放電過渡到自持放電的現(xiàn)象，稱之為氣體的擊穿。只能在外致電離源的條件下放電才能維持的現(xiàn)象，稱為非自持放電。去掉外致電離源條件仍能夠維持放電現(xiàn)象，稱為自持放電。在含有外致電離源情況下，放電管的兩端電壓增加到足夠大時(shí)，管內(nèi)的電流增大。若移去外致電離源，放電電流如果足夠大，此時(shí)放電與外致電離源的存在無關(guān)。放電從非自持放電現(xiàn)象過渡到自持放電現(xiàn)象的過程稱為氣體的擊穿，這種放電的現(xiàn)象與理論由科學(xué)家湯生首先研究并建立，故稱之為湯生放電。在大量實(shí)驗(yàn)分析后，湯生認(rèn)為電子在電場中運(yùn)動(dòng)，從電場不斷獲得能量，電子與氣體原子碰撞引起電離，并損失能量。在平衡狀態(tài)下，兩