毕 业 设 计（论文）

低温等离子体在环境技术中的应用
   ---低温等离子体反应模型初解

摘  要

本文介绍了等离子体的有关概念和分类，论述了其在环境技术中的应用及原理。通过对低温等离子体气氛下 的分解和煤的热解反应的研究讨论，我们可以认识低温等离子体反应的一般模型。
采用双介质阻挡放电技术研究了 的低温等离子体化学反应。研究结果表明: 在无 条件下 的脱除同时存在氧化与还原两条途径； 的脱除率随电极间电压、放电时间的增加而增加。这些结果为实现低温等离子体脱除烟道气中的 工艺提供理论依据。
另外通过对低温等离子体及发生在内部过程的理论分析,讨论了煤在低温等离子体内热解制 的机理,指出了活性粒子直接与煤粒作用难以发生煤的直接裂解，这种复杂的多相反应不像一般的低温等离子体反应主要由活性粒子参与,而是通过等离子体中粒子的平动能将煤粒加热,使煤的挥发分释放,挥发分进一步与等离子体中的活性粒子发生作用,最后裂解形成 。
本文中也同时穿插讨论了等离子体反应的反应速率的主要影响因素，对实验中产生的现象也做出了一定的解释。此外文章还阐述了低温等离子体在环境技术中的其他应用研究，提出了今后的发展方向。

关键词: 等离子体，环境保护，脱硫，煤热解 
ABSTRACT
    Plasma Chemistry began in 1960s.The historical background of the plasma chemistry related with the electrostatics is described and the fundamental experimental system including the reactor designs and their power supplies is introduced. This paper introduces some concepts of Thermal equilibrium plasma removing environment contaminations such as . And recent progress of the plasma technologies is reviewed.
Adoption a lying quality impeding turning on electricity technique for research the decomposition of   in non-thermal plasma. The results enunciationed that the   decomposes by to be oxidized at the same time to be deoxidized while having no the oxygen exist. The efficiency of the decomposition relates with the voltage of electrodes and the discharge time.
Moreover, it discussed the mechanism disintegrating coal in non-thermal plasma, whose product is . That indicated the behavior of the complicated reaction. It's a hard occurrence if only the active particles reacting with coal. There is other way. It would be detailed in this paper.
The formers of these decomposition reactions are main targets in this paper. This text inside also added to discuss the main influence factor of the plasma reaction velocity. At the same time, to phenomenon that experiment inside creation also make certainly hermeneutic. In addition, other applications of thermal equilibrium plasma technologies are conducted in this paper.

KEY WORDS: plasma environment protection, pollution, ,
Disintegration of coal
目 录

第1章  前   言 1
1.1 等离子体的基本概念 1
1.2 等离子体的理论模型 2
第2章  等离子体化学及其去除污染物的基本原理 4
2.1 等离子体化学反应过程中能量的传递 4
2.2 等离子体技术去除污染物的原理 5
2.2.1高温等离子体去除污染物的原理 5
2.2.2低温等离子体去除污染物的原理 5
2.3 低温等离子体的特征及反应速率 6
2.4 电子能量分布函数和由电子碰撞引发过程的速率 9
2.5 低温等离子体化学反应机理和反应模型 12
第3章   的低温等离子体解离反应 14
3.1  的等离子体解离及其反应途径 14
3.2 实验部分 15
3.3 结果与讨论 16
第4章  低温等离子体煤热解的反应机理 24
4.1 模型化合物的选取和反应设计 24
4.2 实验部分 26
4.3 理论部分 27
第5章  结 束 语 30
致　谢 31
参考文献 32
 
第1章  前   言

近年来，科学技术的发展一日千里，在环境污染物的治理研究中，已经涌现出多种高新技术，如：超声波、超临界流体、等离子体、中空纤维膜分离技术、高梯度磁分离技术、反渗透技术、光化学氧化法、光催化氧化法、催化湿式氧化技术等。但这些技术大多数还处在研究阶段，有一些虽然已经开始进行试验，但仅有少数达到了工业化应用的水平。
等离子体技术作为一种非常规手段，在低温化学气相沉积、化学聚合、阳极氧化及干法刻蚀等领域得到广泛的研究和应用。尤其在低温等离子体中含有各种具有化学活性的粒子，它们具有不同的能量，能在固体表面发生各种物理、化学作用。低温等离子体应用于环境保护方面，就在于它能够快速而且高效地去除各种环境污染物，有可能解决当前我们所面临的环境问题。

1.1 等离子体的基本概念
等离子体是不同于物质三态(气态、固态、液态)的物质存在的第四种形态[1]，是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的。如果给物质施加显著的高温或者通过加速电子、加速离子等给物质加上能量，中性的物质会被离解成电子、离子和自由基。不断地从外部施加能量，物质被离解成阴、阳荷电离子的状态称为等离子体。
等离子体的主要特征是：(1)从微观角度来看，带电粒子有正负带电粒子之分，且所有负离子的电荷总量同所有正离子的电荷总量相等，所以又能在宏观尺度内呈电中性；(2)带电粒子之间不存在净库伦力；(3)它是一种优良导电流体，利用这种特性已实现磁流体发电；(4)带电粒子之间无净磁力；(5)电离气体具有一定的热效应。
按照等离子体的热力学平衡状态，我们可以把等离子分为平衡态等离子体(Equilibrium plasma)与非平衡态等离子体(Non-thermal equilibrium plasma)。前者，即平衡态等离子，当其电子温度 和离子温度 相等时，等离子体在宏观上处于热力学平衡状态，因为体系温度可达到上万度，故又称之为高温等离子体(Thermal plasma)。当电子温度 >>离子温度 时，也就是说当其为非平衡态等离子体时，其电子温度可达 以上，而离子和中性粒子的温度只有 ，因此，整个体系的表观温度还是很低，故又称之为低温等离子体(Cold plasma)。