氩气辅助激发大气压微波冷等离子体射流的研究

微波同轴谐振器已被广泛用作大气压等离子体射流的发生装置,其产生的等离子体射流已用于生物医学、材料表面处理等众多领域,大气压条件下微波放电等离子体源的功率阈值是影响其能否广泛应用的关键问题。文中设计的微波等离子体射流源工作频率2.6 GHz,回波损耗13.99 dB,工作气体为Ar气,大气压条件下产生紫色的丝状射流,击穿功率41.1 dBm(12.9 W),维持功率仅20 dBm(0.1 W)。结合实验观察和ANSYS Fluent流体力学仿真方法探究了等离子体射流长度与气体体积流量、输入功率的关系,发现层流状态下射流长度随气体体积流量增大而伸长,湍流状态下则反之,但不同气体体积流量下射流长度均随着输入功率单调增大。同时,实验发现关断Ar气后等离子体并未熄灭,而是诱发了同轴尖端附近位置的空气等离子体维持状态。在此基础上提出以Ar气或He气为先导气体,将其电离击穿后辅助激发难电离气体产生冷等离子体射流,在不需要提供高微波功率条件下实现了CO₂、N₂、O₂等冷等离子体射流。     

温室气体SF6和CF4的大气压微波等离子体降解技术

全氟化物气体(PFCs)中典型的温室气体SF_6和CF_4在环境中的排放从长远来看对大气温室效应的影响非常大。大气压微波等离子体炬的稳定放电状态提供了适合于气相化学反应的等离子体环境。为此利用大气压微波等离子体炬对SF_6和CF_4的分解和转化进行了研究,考察了通过傅立叶红外吸收光谱(FTIR)定量测量的去除率(destruction and remove efficiency, DRE)随着微波功率、气体体积流量、混合体积分数、反应室的结构等外部控制参数的变化规律。实验表明:通过增加优化化学反应缓冲室的结构参数和设置合适的工作条件可以使两者的去除率接近100%。因此,利用大气压微波等离子体炬针对一些实际工况下SF_6和CF_4的排放是能够有效控制的,例如,基于大气压微波等离子体技术的车载移动式处理设备,对降解和处理电力工业排放的SF_6给出了一种解决方案;采用管线末端处理方式,大气压微波等离子体炬应用于降解半导体工业排放的CF_4等尾气是一种具有应用前景的技术。     

开放式微波等离子体源的研究进展

微波等离子体由于无电极污染、能在大气压下产生及电子密度大等一系列优点而具有较好的工业应用前景.因此大气压下开放式微波等离子体源的研究已经成为实现相关工业应用价值的关键.从最初的能够激发低气压空气微波等离子体的APMPS-Ⅰ型微波等离子体源的研究开始,逐步通过增加某些辅助设备或改进微波反应腔的尺寸和结构,历经APMPS+...     

碱液协同介质阻挡放电处理含氮氧化物废气

低温等离子体脱除氮氧化物是近年来废气净化领域的研究热点。为此基于能够实现大面积均匀稳定低温等离子体的氢氧化钠液体电极介质阻挡放电,研究了气体停留时间、气体体积流量和氢氧化钠溶液浓度对氮氧化物去除率的影响。研究发现,氮氧化物去除率随气体体积流量和氢氧化钠溶液浓度的增加而显著增加,在1 L/min气流体积流量、3mol/L碱液浓度反应条件下,氮氧化物去除率达到了87%～91%;气体停留时间为30s以上时,氮氧化物去除率达到饱和值90%。研究中采用发射光谱法对低温等离子体中活性基团的类型及分布特征进行了诊断分析。结果表明,液相电极为氢氧化钠溶液的介质阻挡放电比液相为水的放电产生更多的羟基,羟基反应在氮氧化物去除过程中起主导作用。氢氧化钠液体电极介质阻挡放电在NOx去除方面具有良好应用前景。     

微波辐照载锰活性焦脱硝实验研究

通过在活性焦上负载Mn2O3实现微波低功率（200 W）高效脱除NO。实验发现,经硝酸氧化处理和负载Mn2O3,活性焦表面的羰基和羧基等含氧官能团含量增加,微波辐照使得活性焦比表面积和微孔体积大幅增加,为反应气体在活性焦表面吸附提供丰富的表面活性位,有利于NO的脱除。硝酸处理后的活性焦负载Mn2O3,脱硝效率能稳定达到85%以上,负载Mn2O3使得微波诱导的放电强度增强,等离子体浓度增加,更多的稳定态NO分子被转化为激发态,促进了NO还原反应的发生。     

脉冲等离子体治理二甲苯废气影响因素研究

为了寻找、开发既经济又高效的技术来处理易挥发性有机物,避免其对人体造成的危害,笔者以脉冲等离子体技术治理二甲苯废气为研究对象,对烟气的湿度、O2含量、其它有机气体的存在和催化剂的使用等影响因素进行了探讨。实验结果表明:在湿度0.5%～7%范围内,增加烟气中湿度有利于二甲苯的去除;在氧气为载气的条件下,二甲苯的去除率最高;烟气中苯的存在,提高了二甲苯的去除率;在催化剂MnO2作用下,二甲苯的去除率得以提高,且降解反应更完全。     

利用非平衡等离子体方法将CO2还原成CO的研究

CO2和H2合成CO是CO2化学利用的重要过程,然而,传统的催化转化难以实现高效转化。在室温和大气压下,通过非平衡等离子体对H2和CO2的活化作用,考察了等离子体反应器结构、极间距、放电功率和氢碳比等对CO2转化率、CO选择性和CO2转化的能量效率影响。实验结果表明,在室温和大气压下,用等离子体法可将CO2高效的还原为CO,适当调节上述各参数可提高CO2的转化率。采用管管式等离子体反应器,在放电频率为10kHz、H2与CO2体积进料比为2:1、放电功率为80W、CO2气体体积流量为120mL/min的条件下,CO2转化率为88.2%,CO选择性为100%。     

纳秒级高压脉冲电源的研究

设计一种应用于挥发性有机气体脱除的高压窄脉冲电源,利用脉冲变压器组合低压开关和两级磁压缩电路输出纳秒级电压脉冲,利用窄脉冲放电产生等离子体,实现污染废气脱除的节能性与高效性.通过原理分析与理论推导,研究系统参数对电源性能的影响并完成关键参数设计.最后在实验室搭建电源样机,实验表明系统可以产生上升沿为760 ns,幅值为...     

气体放电光催化法去除模拟烟气中的SO2

为探讨等离子体协同TiO2光催化剂的脱硫机理,利用填充床反应器将低温等离子体技术有机结合纳米TiO2光催化技术进行模拟烟气中脱硫实验,分别研究了外加电压、气体流量和SO2初始质量浓度等因素对脱硫效率的影响。采用二次回归正交法设计实验步骤,使外加电压、气体流量和SO2初始质量浓度等因素在限定范围内达到最优组合。经拟合,当SO2初始质量浓度为535 mg/m3,输入电压为5.8 kV,气体流量为0.2 m3/h时,SO2脱除率可达87.1%。实验证明了气体放电等离子体技术与光催化技术相结合的可行性。     

等离子体联合动力波技术协同控制铅锌冶炼烟气中Hg、SO_2、NO_x实验研究

为了实现同时控制铅锌冶炼行业排放的汞(Hg)等重金属、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的目的,采用低温等离子体结合动力波湿法吸收技术对烟气中的单质汞(Hg0)、SO2和NOx进行了协同控制研究。首先利用低温等离子体放电技术研究了电压、氧气(O2)体积分数、污染物停留时间、Hg0初始质量浓度以及SO2和NO体积分数的变化对Hg0去除效率的影响,同时研究了电压以及SO2和NO初始体积分数对SO2和NO去除效率的影响,然后研究了低温等离子体结合动力波湿法脱除系统对Hg0、SO2和NO这3种污染物协同脱除的效果。结果表明,低温等离子体结合动力波湿法脱除系统对烟气中Hg0、SO2和NO的排放可起到高效协同脱除的效果,其去除效率分别达到51.3%、98%和50.9%。该技术不仅适用于有色冶炼烟气多种污染物协同脱除控制,而且同样适用于燃煤烟气,对于实现煤化石能源的高效清洁利用具有重要巨大的应用前景和深远的现实意义。     

等离子体联合动力波技术协同控制铅锌冶炼烟气中Hg、SO_2、NO_x实验研究EI北大核心CSCD

为了实现同时控制铅锌冶炼行业排放的汞(Hg)等重金属、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的目的,采用低温等离子体结合动力波湿法吸收技术对烟气中的单质汞(Hg0)、SO2和NOx进行了协同控制研究。首先利用低温等离子体放电技术研究了电压、氧气(O2)体积分数、污染物停留时间、Hg0初始质量浓度以及SO2和NO体积分数的变化对Hg0去除效率的影响,同时研究了电压以及SO2和NO初始体积分数对SO2和NO去除效率的影响,然后研究了低温等离子体结合动力波湿法脱除系统对Hg0、SO2和NO这3种污染物协同脱除的效果。结果表明,低温等离子体结合动力波湿法脱除系统对烟气中Hg0、SO2和NO的排放可起到高效协同脱除的效果,其去除效率分别达到51.3%、98%和50.9%。该技术不仅适用于有色冶炼烟气多种污染物协同脱除控制,而且同样适用于燃煤烟气,对于实现煤化石能源的高效清洁利用具有重要巨大的应用前景和深远的现实意义。     

一种环形波导微波等离子体装置

微波等离子体可以通过无极放电方式产生,相对其它放电方式而言,容易在高气压下维持较高容量,有较好的工业应用价值,但目前在较高气压下使用的微波等离子体装置还不成熟。为此,介绍了一种新型的微波等离子体反应腔,包括该腔体的结构和设计原理,并将其与现有的纯狭缝式微波反应腔作了比较,以说明两缝结合腔体的优点;通过引入喷气电离管前后微波激发所需要的能量变化以说明电离管的作用:它利用环形波导的狭缝天线和大缝向腔内传输微波以激发和维持等离子体,这种两缝结合的形式使反应腔内高场强区域扩大,有助于大面积等离子体的产生;同时,该腔体还配套有一喷气电离管,通过其产生的电离流的作用,有效降低了微波激发等离子体所需的能量。通过摄像头观察到的实验现象表明,在大气压下其产生的等离子体是相对均匀的,且覆盖面积大,可有效的应用于工业中。     

背景气体对大气压氦等离子体射流特性的影响

大气压等离子体射流在不同气体环境内的维持与流动,必然导致射流工作气体与背景气体发生不同程度的混杂,从而影响等离子体射流特性。对于此问题,通过电学特性测量、发射光谱诊断等方法,比较了等离子体射流在不同气体环境下的射流形态、电学特性、放电产物,研究了空气、氮气、氩气、氦气4种背景气体对大气压氦等离子体射流特性的影响。结果显示:背景气体会介入大气压氦等离子体射流的演变过程,并导致等离子体射流特性改变;能与He发生彭宁电离的背景气体会促进大气压氦等离子体射流的发展,负电性气体和低激发态多的背景气体则会阻碍其发展;大气压氦等离子体射流若存在彭宁电离,则背景环境中稀有气体和空气等主要组成气体的电离能越高,大气压氦等离子体射流传播越远。     

HMDSO添加对大气压Ar等离子体射流阵列放电特性的影响

大气压等离子体射流阵列是适合大面积复杂材料表面处理的等离子体形式。针对材料表面处理对大面积等离子体源的需求,在实现大气压一维Ar等离子体射流阵列的基础上,在工作气体中添加六甲基二硅醚(HMDSO)来获得含憎水性成分的射流阵列放电,利用电学和光学的诊断方法诊断射流阵列的放电特性,并研究了外加电压幅值和HMDSO体积分数变化对射流阵列放电均匀性、放电功率、传输电荷和主要活性粒子的影响,进而优化了大气压Ar等离子体射流阵列的工作条件,为射流阵列憎水改性应用提供参考。结果表明:随着HMDSO体积分数增加,放电电流脉冲幅值、每半周期的脉冲个数、放电功率以及传输电荷均下降,放电耦合排斥作用被抑制,放电均匀性有所加强;除了Si谱线,放电产生的主要粒子谱线强度均随HMDSO体积分数的增加而减小;Si谱线随着HMDSO体积分数提高先增大后减小,在HMDSO体积分数为0.02%时,Si谱线强度出现极大值,因此工作于该条件下的Ar/HMDSO等离子体射流阵列应用于材料的表面憎水改性,有望获得良好效果。     

大气压非平衡等离子体源参数对输出等离子体浓度的影响及其机理分析

为研究各个参数对大气压非平衡等离子体源的影响,给进一步探讨其机制提供依据,在保持其他参数不变的前提下,变化大气压非平衡等离子体源的某一个参数,用DLY-3型大气离子数密度测量仪测量其输出等离子体中离子的数密度。结果表明:在击穿限度内输出的离子数密度随外加电压升高而升高;在空气体积流量不影响放电空间分布的前提下,输出的离子数密度随体积流量增加而升高;在4.7~10 kHz范围内输出的离子数密度随交流电源频率增加而升高;在2种实验放电间隙中,小间隙(0.64 mm)比大间隙(1.00 mm)的输出离子数密度高。在各个参数可调控的条件下所做的等离子体浓度测量可定量地描述等离子体系统的状态及其相应变化,通过变换各个参数可以使大气压非平衡等离子体源输出的等离子体浓度在相当大的范围内变化,并存在极大值。     

重复脉冲气液两相滑动弧的放电特性

为推广滑动弧放电在工业领域的应用,探究了重复脉冲电源作用下气液两相滑动弧放电的特性。通过实验研究,记录了放电电压电流波形及放电图像,比较了气相和气液两相滑动弧放电在不同气体体积流量下的平均放电功率、发射光谱强度及电子激发温度。实验结果表明,气相及气液两相滑动弧平均放电功率受气流体积流量的显著影响,进气体积流量在14 L/min时放电功率达到峰值;OH基团特征谱线强度和电子激发温度随气体体积流量下降;高能电子密度随气体体积流量增大而显著增强。水汽的加入降低了平均放电功率以及电子激发温度,但增加了放电区域中OH基团含量。分析表明:该研究的滑动弧放电等离子体具有较高的OH基团含量和电子能量,有利于其在工业废气处理领域的广泛应用。     

填料塔中氨水脱除模拟烟气中CO2的实验研究

为缩减燃煤电厂 CO2的排放量,利用氨水在填料塔内喷淋吸收模拟烟气中的 CO2,完成了对 CO2连续脱除的实验研究。分别研究氨水浓度、CO2体积浓度、模拟烟气温度、吸收液pH值、进气口气体流量等因素对CO2脱除效率的影响。实验结果表明： CO2脱除效率随氨水浓度的增大而增大;随 CO2体积浓度的增大而减小;随吸收液pH的减小,CO2脱除效率不断降低;当模拟烟气温度从35~40℃时CO2脱除率逐渐升高,从40~45℃反而降低;进气口气体流量越大,CO2脱除效率越低。与喷淋塔相比,填料塔更能提高脱除效率。     

大气压He中2维射流阵列放电特性的影响因素

为获得大气压大面积射流低温等离子体,在大气压He中产生稳定的2维射流阵列放电,并通过发光图像、电压电流波形、Lissajous图研究其发光特性和电气特性。在此基础上,研究了电极结构、电压幅值、气体体积流量对2维射流阵列放电特性和均匀性以及射流长度、放电功率和传输电荷等关键放电参数的影响。结果表明:针–环和针–环–板结构的射流阵列在一定条件下都能产生均匀、稳定的等离子体射流阵列。电压幅值的增加对放电均匀性影响不大,但能有效提高射流阵列的放电功率和射流长度,从而提高射流阵列放电强度;气体体积流量对放电强度影响较小,但对放电均匀性影响较大,因此增大气体体积流量可以提高放电均匀性;电极结构对放电功率和传输电荷影响较少,在电压幅值、气体体积流量较小的情况下,板电极的引入有助于获得更长的射流。     

大气压等离子体助燃DBD激励器放电特性实验研究

等离子体DBD激励器可以在大气压或高于大气压的条件下产生等离子体。激励器的放电特性作为等离子体密度的决定因素,控制着等离子体助燃的作用及其效果。笔者在大气压条件下对不同电极距离、介质层厚度、激励器电极布局下的等离子体气体放电特性进行了实验研究。实验结果表明:可以通过减小介质层厚度、在合适范围内减小电极间距、优化激励器电极布局来提高电场场强、等离子体助然的效果。     

变频电源下非平衡等离子体技术降解甲苯的实验研究

为提高非平衡等离子体技术降解甲苯的能量利用效果,采用非平衡等离子体技术降解甲苯污染气体,在气体体积流量0.1m3/h、甲苯质量浓度1g/m3等条件下,考察了变频高压交流电源下非平衡等离子体反应器的热量损失、电场强度、频率和功率等因素对甲苯降解率的影响,探讨了非平衡等离子体反应系统的电源匹配性问题,以求达到进一步优化反应系统的目的。实验结果发现,电源频率与甲苯的降解和能量利用并非简单的线性关系,而是存在一个最佳匹配点,即在频率150Hz时,整个电路消耗的无功功率最低,用于降解的有功功率较高,这为今后工业上等离子体技术的应用提供了基础参数。