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)同催化轉化技術一般可以分為3類：(1)低溫等離子體反應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)低溫等離子體反應腔與催化劑載體分開布置。
一種屬于一系統(tǒng)，后兩種屬于兩級系統(tǒng)。本文討論的低溫等離子體凈化器屬于上述兩級系統(tǒng)的后者。
1.低溫等離子體的凈化機理
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)粒子等都是化學活性較強的物質。根據(jù)溫度和內部的熱力學平衡性，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。
低溫等離子體內部的電子溫度遠遠高于離子溫度(電子溫度可高達，而離子溫度一般只有300~500K)，系統(tǒng)處于熱力學非平衡態(tài)，整體表現(xiàn)出表面溫度較低。
在常壓下通過電暈或介質阻擋放電均可產生低溫等離子體，產生的低溫等離子體中存在大量性較強的自由基(OH，HO2)、臭氧(O3)等，這些具有化學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換成基態(tài)分子(原子)的內能，使很多需要很高活化能的化學反應能夠發(fā)生，使常規(guī)方法難以去除的污染物得以轉化或，從而達到凈化物的目的。
2.蜂窩載體催化劑
催化劑多為負載型催化劑，載體是催化劑的一個重要組成部分，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、強度低、易碎等缺點，到了20世紀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成整體，具有氣流阻力小、幾何表面大、無磨損等優(yōu)點。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、開放的集合結構、比陶瓷蜂窩載體有高抗熱沖擊的機械強度、預熱性能好和壓降低等優(yōu)點。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行還原反應，將氣體中的成分轉換成物。
{二}、等離子凈化器排放污染現(xiàn)狀及危害
1汽車尾氣排放污染現(xiàn)狀
汽車作為較主要的現(xiàn)代交通運輸工具，它給人們帶來方便和的同時，也帶來了無法回避的問題。城市空氣中90%以上的一碳、60%以上的碳氫化合物和30%以上的氮物來自汽車排放。隨著世界各國汽車保有量的增加，汽車已成為城市大氣質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，還是酸雨和光化學煙霧的主要成分，汽車尾氣污染已受到廣泛的注視。
隨著我國建設小康社會，經濟持續(xù)高速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，我國的汽車保有量也急劇增加，年增長率自2001年起一直保持在13%以上。截至2007年底，汽車保有量達到5700萬，超過1985年的18倍。目前，我國已取代口本成為僅次于美國的世界二大新車消費市場，同時還是僅次于口本和美國的世界第三大汽車生產國。伴隨著汽車保有量的急劇增長，我國汽車污染物排放總量也持續(xù)攀升。2003年機動車碳氫化合物(HC)、一碳(CO)和氮物(NOx)排放量已分別達到836.1萬t，3639.8萬t和549.2萬t，比1995年分別增加了2.51，2.05和3.01倍。
雖然汽車污染物排放量越來越大，但是目前我國的汽車尾氣污染物控制水平還比較低，基本上處于起步時的水平。因此，研究措施控制汽車尾氣污染物排放已經刻不容緩。
2尾氣中主要成分的危害
汽車廢氣排放主要來源于三個方面：①從排氣管排出的尾氣，主要成分是一碳，碳氫化合物(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是汽油汽車尾氣排放的主要污染物。目前實施的排放法規(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尾氣中CO，HC和NOx三種污染物的排放量為目標。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)無色無臭，是一種窒息性的有毒氣體。它由汽車燃料中烴的不燃燒產生，可經呼吸道進入肺泡，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)結合，它與Hb的親和力是氧與Hb親和力的300倍，因而當人吸入含有CO的氣體時，人體血液中的Hb便立即同CO結合，生成CO-Hb，而不是與O：結合成O-Hb，從而降低血液的載氧能力，削弱血液對人體組織的輸氧量，導致心臟、頭腦等重要器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心等癥狀，嚴重時會使心血管工作困難，直至死亡。另外，CO也能促使NO向NOZ轉化，使形成光化學煙霧的趨勢加強。
②碳氫化合物的危害
碳氫化合物(HC)包括未燃和未燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產物和部分物，如苯、醛、酮、烯、多環(huán)芳香族碳氫化物等200多種復雜成分。飽和烴的危害一般不大，甲烷氣體性，乙烯、丙烯和乙炔主要會對植物傷害。
但是，不飽和烴有很大的危害性。苯是無色類似汽油味的氣體，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，還可導致白血病。而甲醛，丙烯醛對醛類氣體也會對眼、呼吸道和皮膚有強刺激作用，超過濃度，會引起頭暈、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致癌物。同時，烴類成分還是引起光化學煙霧的重要物質。
③氮物的危害
氮物(NOx)是NO及NOx的總稱。汽車尾氣中氮物的排放量取決于氣缸內燃燒溫度、燃燒時間和空燃比等因素。燃燒過程排放的氮物中以上可能是NOx，NO2只占其余的少量。NO無色無味，只有輕度刺激性，它與血液中血紅蛋白(Hb)的結合能力比CO還強，時還能引起神經系統(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，即可嗅到它的臭味；含量在150ppm以上對人的呼吸器官就有強烈刺激作用，引起肺水腫，嚴重者可致肺疽，有生命危險。同時，NOx還是產生酸雨和引起氣候變化、產生煙霧的主要原因。NOx與HC會在強烈太陽光紫外線照射下相互作用，從而產生光化學煙霧，使毒性加劇。光化學煙霧具有的性，可使橡膠開裂，并使大氣能見度降低；對眼睛和呼吸道具有的刺激性，損害人腦，影響兒童智商，同時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。