低温等离子体的产生方式是通过滑动弧放电、射频放电、辉光放电、电晕放电和介质阻挡放电等气体放电 。 其中 ， 用于处理挥发性有机物的主要是电晕放电和介质阻挡 。
电晕放电是当在电极两端加上较高但是未达击穿的电压时 ， 局部电场强度超过了气体电离场强 ， 使气体发生了电离和激励 ， 电极附近的气体介质会被局部击穿出现电晕放电 。 当部分的活性电子与VOCs中具有与C—H、C—C或C=C键相近或相同的键能时 ， 就会打破这些键 ， 进而破坏VOCs的结构 。 这其中的自由基就可以与有机物分子或基团发生一系列的反应 ， 最终将有机物彻底氧化 ， 将有毒有害污染物转化为CO2、H2O等无毒无害物质 。
Sano等研究了直流电晕放电情况下温度对苯的降解效果影响 ， 当温度在室温～390℃内放电电流为1.5mA时 ， 苯的降解率达到了90%～95% ， 温度对苯的降解影响不大 。 Marotta等研究了VOCs的降解速率与电晕放电正负极情况的对比 ， 认为负电晕比正电晕的放电能量效率好 ， 尤其是在湿空气的条件下 。 Nifuku等进行脉冲电晕放电对多种单环芳香烃进行降解的实验 ， 结果表明峰值电压、脉冲上升的时间以及频率和气体的停留时间对VOCs的降解效率有很大影响 。
介质阻挡放电(DBD)是将绝缘介质插入放电空间隔离两电极的一种气体放电 。 插入的电介质层将两电极隔开 ， 电介质板可以同时覆盖在两个电极的表面 ， 也可以悬挂在两个电极之间 ， 还可以覆盖在某单独电极的表面 。 电介质在放电过程中阻断了击穿通道的形成 ， 阻碍了火花或者电弧的形成 ， 同时也起到了储能作用 。
Chang等研究了在介质阻挡放电中气体停留时间对甲醛去除率的影响 ， 当气体停留时间为10s时 ， 使用介质阻挡放电等离子体对初始浓度为147mg/m3和34mg/m3的甲醛的去除率均可超过90% 。 Lee等研究了用介质阻挡放电处理二甲苯废气 ， 当电压为18kV时二甲苯中碳矿对二氧化碳的转化率为95% ， 能量转换率达7.1g/(kW˙h) 。 Chen研究了NOx和SO2去除的影响因素 ， 结果表明 ， DBD的形状中圆筒式的反应器较之正方形和长方形的反应器去除效果较好 ， 而介质层厚度的不同对NOx和SO2的去除没有太大影响 。
03等离子体协同催化降解
VOC等温等离子体可以有效去除VOCs且其与传统方法相比具有操作设备简单、操作条件可在常温常压下进行等优点 ， 但是其发展仍旧具有局限性 。 该处理技术依然存在容易形成副产物、能量效率较低和选择性较差等问题 ， 大大限制了该技术未来的发展 。 而催化剂高选择性、高降解效率等特点使研究者将其与催化剂相结合 ， 使其与催化剂协同处理VOCs ， 成功让催化剂的优点作用在等离子体处理VOCs方面 ， 使该技术具有CO2选择性高、生成副产物极少、降解效率高、反应条件温和等特点 ， 见图3 ， 加入光催化剂后二甲苯的去除率远远高于未加光催化剂时 。
催化剂的加入改变了加速分子的分布等离子体放电的类型 ， 使加速电子分布发生改变从而使等离子体在放电阶段产生新的活性物种 。 Harling等利用等离子催化反应器处理VOC大大提高了污染物的除去效率、降低能耗的同时还抑制了O3和NOx等副产物的生成 。 Mizuro等利用吸附技术与催化剂技术结合 。 使10mg/L的浓缩低浓度甲苯在200℃下脱附为1000mg/L ， 之后在催化反应器进行处理 。 其中 ， VOCs的处理效率接近100% ， 较催化燃烧能耗降低20% 。
04结束语
【低温等离子体及协同催化降解VOCs研究进展】低温等离子技术是由高能电子引起的化学反应 ， 速度快、效率高 。 因此 ， 低温等离子体技术用于污染控制 ， 具有广泛适应性、工艺简单、成本低等特点 。 目前该技术大多处于实验室研发阶段 ， 还需要进一步完善等离子体降解VOCs的机理 ， 为商业化发展提供保障 。 等离子体协同催化剂降解处理VOC是该技术未来发展的一个重要方向 。 目前亟待解决的问题是选择更高去除效率及更高能量效率的催化剂、加强对作用机理及其反应动力学方面的研究以及寻找开发更优配置等离子体反应器 。
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