低溫低溫等離子凈化器的工作原理跟排放污染現(xiàn)

 {一}、低溫等離子凈化器的工作原理
低溫等離子與催化劑協(xié)同催化轉(zhuǎn)化技術(shù)一般可以分為3類(lèi)：(1)低溫等離子體反應(yīng)腔與催化劑載體布置在同一空間；(2)催化劑載體布置在低溫等離子體余輝區(qū)；(3)低溫等離子體反應(yīng)腔與催化劑載體分開(kāi)布置。
一種屬于一系統(tǒng)，后兩種屬于兩級(jí)系統(tǒng)。本文討論的低溫等離子體凈化器屬于上述兩級(jí)系統(tǒng)的后者。
1.低溫等離子體的凈化機(jī)理
低溫等離子凈化器是指由電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)粒子等組成的導(dǎo)電流體，整體呈電中性，是不同于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的第四態(tài)。離子、自由基和激發(fā)態(tài)粒子等都是化學(xué)活性較強(qiáng)的物質(zhì)。根據(jù)溫度和內(nèi)部的熱力學(xué)平衡性，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。
低溫等離子體內(nèi)部的電子溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于離子溫度(電子溫度可高達(dá)，而離子溫度一般只有300~500K)，系統(tǒng)處于熱力學(xué)非平衡態(tài)，整體表現(xiàn)出表面溫度較低。
在常壓下通過(guò)電暈或介質(zhì)阻擋放電均可產(chǎn)生低溫等離子體，產(chǎn)生的低溫等離子體中存在大量性較強(qiáng)的自由基(OH，HO2)、臭氧(O3)等，這些具有化學(xué)活性的粒子與氣體分子(原子)發(fā)生非彈性碰撞并將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子(原子)的內(nèi)能，使很多需要很高活化能的化學(xué)反應(yīng)能夠發(fā)生，使常規(guī)方法難以去除的污染物得以轉(zhuǎn)化或，從而達(dá)到凈化物的目的。
2.蜂窩載體催化劑
催化劑多為負(fù)載型催化劑，載體是催化劑的一個(gè)重要組成部分，早期的載體一般是由活性鋁、硅鎂等為原材料制得的，但其有耐熱性差、強(qiáng)度低、易碎等缺點(diǎn)，到了20世紀(jì)80年代后期便被蜂窩式載體所取代。蜂窩式載體根據(jù)材質(zhì)可分為陶瓷式和金屬式兩種。陶瓷載體是由許多薄壁均等小通道構(gòu)成整體，具有氣流阻力小、幾何表面大、無(wú)磨損等優(yōu)點(diǎn)。金屬載體具有起燃溫度低、起燃、孔壁薄、能提供大的幾何表面積、開(kāi)放的集合結(jié)構(gòu)、比陶瓷蜂窩載體有高抗熱沖擊的機(jī)械強(qiáng)度、預(yù)熱性能好和壓降低等優(yōu)點(diǎn)。不管是陶瓷蜂窩載體催化劑還是金屬蜂窩載體催化劑，其催化原理都是在催化劑表面進(jìn)行還原反應(yīng)，將氣體中的成分轉(zhuǎn)換成物。
{二}、等離子凈化器排放污染現(xiàn)狀及危害
1汽車(chē)尾氣排放污染現(xiàn)狀
汽車(chē)作為較主要的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具，它給人們帶來(lái)方便和的同時(shí)，也帶來(lái)了無(wú)法回避的問(wèn)題。城市空氣中90%以上的一碳、60%以上的碳?xì)浠衔锖?0%以上的氮物來(lái)自汽車(chē)排放。隨著世界各國(guó)汽車(chē)保有量的增加，汽車(chē)已成為城市大氣質(zhì)量惡化的主要污染源，其排放的CO，NOx，HC，SO2，Pb等污染物不僅危害人體健康，還是酸雨和光化學(xué)煙霧的主要成分，汽車(chē)尾氣污染已受到廣泛的注視。
隨著我國(guó)建設(shè)小康社會(huì)，經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國(guó)的汽車(chē)保有量也急劇增加，年增長(zhǎng)率自2001年起一直保持在13%以上。截至2007年底，汽車(chē)保有量達(dá)到5700萬(wàn)，超過(guò)1985年的18倍。目前，我國(guó)已取代口本成為僅次于美國(guó)的世界二大新車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)，同時(shí)還是僅次于口本和美國(guó)的世界第三大汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)。伴隨著汽車(chē)保有量的急劇增長(zhǎng)，我國(guó)汽車(chē)污染物排放總量也持續(xù)攀升。2003年機(jī)動(dòng)車(chē)碳?xì)浠衔?HC)、一碳(CO)和氮物(NOx)排放量已分別達(dá)到836.1萬(wàn)t，3639.8萬(wàn)t和549.2萬(wàn)t，比1995年分別增加了2.51，2.05和3.01倍。
雖然汽車(chē)污染物排放量越來(lái)越大，但是目前我國(guó)的汽車(chē)尾氣污染物控制水平還比較低，基本上處于起步時(shí)的水平。因此，研究措施控制汽車(chē)尾氣污染物排放已經(jīng)刻不容緩。
2尾氣中主要成分的危害
汽車(chē)廢氣排放主要來(lái)源于三個(gè)方面：①?gòu)呐艢夤芘懦龅奈矚猓饕煞质且惶?，碳?xì)浠衔?HC)和氮合物(NOx)，其它還有二硫(SOZ)、鉛化合物和炭煙等；②竄氣，即從活塞與氣缸之間的間隙漏出，再自曲軸箱經(jīng)通氣管排出的燃燒氣體，其主要成分是HC；③從油箱、化油器浮子室以及油泵接頭等處蒸發(fā)出的汽油蒸汽，成分是HC。
上述成分中，CO，HC和NOx是汽油汽車(chē)尾氣排放的主要污染物。目前實(shí)施的排放法規(guī)和凈化措施都旨在降低這三種成分的含量。本文研究的低溫等離子體凈化裝置即以降低汽油汽車(chē)尾氣中CO，HC和NOx三種污染物的排放量為目標(biāo)。下面分別介紹這三種主要污染物的危害。
①一碳的危害
一碳(CO)無(wú)色無(wú)臭，是一種窒息性的有毒氣體。它由汽車(chē)燃料中烴的不燃燒產(chǎn)生，可經(jīng)呼吸道進(jìn)入肺泡，被血液吸收，而它較易與血液中有輸氧能力的血紅素蛋白(Hb)結(jié)合，它與Hb的親和力是氧與Hb親和力的300倍，因而當(dāng)人吸入含有CO的氣體時(shí)，人體血液中的Hb便立即同CO結(jié)合，生成CO-Hb，而不是與O：結(jié)合成O-Hb，從而降低血液的載氧能力，削弱血液對(duì)人體組織的輸氧量，導(dǎo)致心臟、頭腦等重要器官?lài)?yán)重缺氧，引起頭暈、惡心等癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使心血管工作困難，直至死亡。另外，CO也能促使NO向NOZ轉(zhuǎn)化，使形成光化學(xué)煙霧的趨勢(shì)加強(qiáng)。
②碳?xì)浠衔锏奈：?/span>
碳?xì)浠衔?HC)包括未燃和未燃燒的燃油、潤(rùn)滑油及其裂解產(chǎn)物和部分物，如苯、醛、酮、烯、多環(huán)芳香族碳?xì)浠锏?00多種復(fù)雜成分。飽和烴的危害一般不大，甲烷氣體性，乙烯、丙烯和乙炔主要會(huì)對(duì)植物傷害。
但是，不飽和烴有很大的危害性。苯是無(wú)色類(lèi)似汽油味的氣體，可引起食欲不振、體重減輕、易倦、頭暈粘膜出血等癥狀，也可引起血液變化，紅血球減少，出現(xiàn)貧血，還可導(dǎo)致白血病。而甲醛，丙烯醛對(duì)醛類(lèi)氣體也會(huì)對(duì)眼、呼吸道和皮膚有強(qiáng)刺激作用，超過(guò)濃度，會(huì)引起頭暈、惡心、紅血球減少、貧血和中毒。等離子凈化器特別是帶多環(huán)的多環(huán)芳香烴，如苯并花及硝基烯都是強(qiáng)致癌物。同時(shí)，烴類(lèi)成分還是引起光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。
③氮物的危害
氮物(NOx)是NO及NOx的總稱(chēng)。汽車(chē)尾氣中氮物的排放量取決于氣缸內(nèi)燃燒溫度、燃燒時(shí)間和空燃比等因素。燃燒過(guò)程排放的氮物中以上可能是NOx，NO2只占其余的少量。NO無(wú)色無(wú)味，只有輕度刺激性，它與血液中血紅蛋白(Hb)的結(jié)合能力比CO還強(qiáng)，時(shí)還能引起神經(jīng)系統(tǒng)的障礙，且易成劇毒的NO2。NO：褐色有毒，空氣中含量為0.1ppm時(shí)，即可嗅到它的臭味；含量在150ppm以上對(duì)人的呼吸器官就有強(qiáng)烈刺激作用，引起肺水腫，嚴(yán)重者可致肺疽，有生命危險(xiǎn)。同時(shí)，NOx還是產(chǎn)生酸雨和引起氣候變化、產(chǎn)生煙霧的主要原因。NOx與HC會(huì)在強(qiáng)烈太陽(yáng)光紫外線(xiàn)照射下相互作用，從而產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，使毒性加劇。光化學(xué)煙霧具有的性，可使橡膠開(kāi)裂，并使大氣能見(jiàn)度降低；對(duì)眼睛和呼吸道具有的刺激性，損害人腦，影響兒童智商，同時(shí)還損害人體的肺功能，是目前城市中肺癌發(fā)病率增加的重要原因之一。