昆山國華等離子體的應(yīng)用介紹及概念

等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，其來源于氣態(tài)但又不同于氣態(tài)，當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)升溫到一定溫度時，原子核外電子便會逃離原有軌道而成為自由電子，而逃離的電子和失去電子的原子核在數(shù)量上相等，使得整個體系的正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等，故稱之為等離子體。由此而產(chǎn)生的等離子體的組分有原子、分子、離子、電子、光子、活性組分、激發(fā)態(tài)的粒子等。

獲得等離子體的方法較多，有熱電離、光電離、氣體放電、輻射放電、沖擊波等，常規(guī)產(chǎn)生方法主要有2種，即電暈放電和輝光放電.電暈放電是指在大氣壓力下，通過在電極間施加高強度電壓而產(chǎn)生的弱電流放電，介質(zhì)通常為空氣;而輝光放電則是電場強度更高、氣壓低于大氣壓的高頻低壓放電，介質(zhì)可以選用不同氣體.

等離子體技術(shù)中明顯的特點就是等離子體具有一定的化學(xué)反應(yīng)特性?？梢砸砸环N不同于其他物質(zhì)的第四狀態(tài)存在，電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)原子、分子以及自由基等粒子等是組成等離子體的主要成分。在性能上表現(xiàn)為一種準(zhǔn)中性非凝聚系統(tǒng)。

學(xué)術(shù)上對等離子體的分類方式有很多，按照溫度來區(qū)分，可以分為熱力學(xué)平衡態(tài)和非熱力學(xué)平衡態(tài)等離子等離子體。熱力平衡狀態(tài)的等離子體所處于的環(huán)境較高，因此也可以稱之為高溫等離子體，相應(yīng)的非熱力學(xué)平衡狀態(tài)的等離子體也被稱為低溫等離子體。

等離子體技術(shù)——生物科研材料應(yīng)用

作為生物科研材料，除了要滿足特定功能外，還必須具備生物相容性。生物相容性包括血液相容性和組織相容性兩部分。前者表示材料與血液之間相互適應(yīng)的程度，而后者反映材料與除了血液以外的其他組織之間相互適應(yīng)的能力。大量實驗表明，低溫等離子體技術(shù)確實能有效地改善生物科研材料的血液相容性和組織相容性。

1、血液相容性

對植入生命體內(nèi)的材料的一個重要的要求就是它能與血液相容而不會引起血凝結(jié)、毒性和免疫反應(yīng)，這樣的材料稱為血液相容性材料。材料表面和血液接觸后，首先是血漿蛋白立即被吸附到材料表面，然后經(jīng)過一系列的生物效應(yīng)，后導(dǎo)致血小板不可逆的聚集而形成血栓(見下圖)。

理想的血液相容性聚合物材料應(yīng)當(dāng)沒有如下特征：

①聚合物釋放一些成分或它的降解產(chǎn)物進入血液，引起血凝結(jié)、炎癥、致癌和毒性反應(yīng);

②聚合物缺乏機械柔韌性，從而引起血流中的湍動，結(jié)果會出現(xiàn)血小板活性和炎癥反應(yīng)以及血栓;

③聚合物會引發(fā)炎癥反應(yīng)和滯后感染。

血液組分大部分為水，材料的血液相容性很大程度上表現(xiàn)為親水性。等離子體沉積膜顯示出*的優(yōu)勢。在等離子體作用過程中，發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)形成聚合物膜，其親水基團(如-OH、-COOH等)往往暴露在外，使得薄膜表現(xiàn)出良好的親水性。這一性質(zhì)為膜所固有，不受血液濃度和粘度變化的影響。

2、組織相容性

組織相容性是指機體組織與外來物的相容程度，它包括兩方面的含義：一方面是機體對外來物的反應(yīng);另一方面是外來物對機體的影響。

體機對外來物具有本能的排異性。任何異物，即使是無毒的高分子材料進入機體，也必然會受到排斥，引起程度不同及持續(xù)時間不同的反應(yīng)。決定高分子材料終是否能被機體接受的因素，一個是高分子材料自身的化學(xué)穩(wěn)定性，另一個是高分子材料與機體組織的親和性。

另外，要求材料對基體不會產(chǎn)生不良影響，如引起炎癥、過敏、致畸、癌癥等反應(yīng)。組織相容性涉及的對象是組織和細(xì)胞。組織相容性高分子的合成設(shè)計和血液相容性高分子的要求一樣，也是基于疏水性、親水性、它們的微相分離結(jié)構(gòu)以及表面改性。

目前，國內(nèi)有不少單位正在利用等離子體表面處理技術(shù)積極開展生物科研材料的表面改性及表面膜合成研究，以解決抗凝血、生物相容性、高分子聚合物表面親水性、抗鈣化及細(xì)胞吸附生長、抑制等關(guān)鍵技術(shù)問題。

低溫等離子體表面處理技術(shù)以其*的優(yōu)點正被許多科學(xué)工作者用于生物材料的表面改性及表面膜合成研究。但是這些研究大多處于開發(fā)階段或動物實驗階段，離實用化還有一段路程。

昆山國華等離子體的應(yīng)用介紹及概念

通常環(huán)境工程中處理的廢水主要有兩種來源，一種是生活污水，另一種是工業(yè)廢水。前者富含有機物，通常不含有毒性;后者由于工業(yè)種類復(fù)雜，廢水的成分也比較復(fù)雜，有一定的毒性和化學(xué)物質(zhì)。廢水處理通常使用的是低溫等離子體的解除電暈放電和輝光放電兩種方式。

1、廢水處理方式

電暈放電廢水處理難以實現(xiàn)，但是在空氣中可以有較大的空間范圍進行。通?？梢栽跉馑嚅g的系統(tǒng)中在氣中進行點暈放電，形成放電等離子體與水接觸的條件。因此使用電暈放電方式的重要問題就是生成具有與水接觸面積較大的帶電等離子體。

水膜脈沖放電廢水處理過程是通過高壓引線在電暈的電極的正負(fù)兩端形成高壓脈沖，在流動的廢水之間的氣相中進行放電。這種方式對于絕緣水槽的承受高壓能力有一定的要求，保證在工作中不會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。這種方式的優(yōu)點是空間利用率較高，結(jié)構(gòu)簡單，缺點是水膜有一定的厚度，對污水的下層處理效果不佳，電源必須形成較高的電極正負(fù)脈沖。

水霧電暈廢水處理是將稅務(wù)噴射到電暈電極形成的電場環(huán)境中，在超窄高壓脈沖的作用下，形成線板極間的電暈放電。這種方式的優(yōu)點是增大了與水的接觸面積，并且混合均勻，可以形成大型的處理裝置，提高污水處理效率。缺點是裝置過于復(fù)雜需要的水流量和放電極板較多，成本較高。

水中氣泡廢水裝置能夠?qū)⑿枰幚淼膹U水;流經(jīng)絕緣板制作的水槽，在水槽的底端通過壓縮空氣形成無數(shù)向上冒出的氣泡，將超窄高壓脈沖作用于絕緣草兩端的正負(fù)電極使每個氣泡發(fā)生發(fā)電。這種方式的優(yōu)點是可以處理大流量的污水，接觸面積大，混合均勻。缺點是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電源的要求較高。

2、處理原理

低溫等離子體技術(shù)處理環(huán)境工程中的污水時，在高能電子輻射法、臭氧氧化法、紫外光分解法等三種方法的共同個作用下，可以取得較好的處理效果。

高能電子作用：

低溫等離子體技術(shù)在污水處理過程中會產(chǎn)生大量的高能電子，通過與廢水中的原子以及分子之間的碰撞作用，將能量轉(zhuǎn)換為基態(tài)分子的內(nèi)能，同時進行激發(fā)、離解和電離的一些過程，對廢水進行活化處理。

通過對廢水中分子鍵的拆合作用，并通過與游離氧以及臭氧等活性因子之間的反應(yīng)，形成新的化合物。降低原有污水中的污染物質(zhì)，終將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒物質(zhì)，對污染物進行降解。

臭氧氧化作用：

臭氧作為一種較強的氧化劑，可以在進行污水處理的過程中對拆分后的有害物質(zhì)進行強力氧化，從而形成一定的中間產(chǎn)物，降低原污水的毒性以及有害物質(zhì)的含量，并通過一些列的反省，終將污染物中的有機物質(zhì)降解成二氧化碳和水。對于無機物質(zhì)，可以形成一定的氧化物后進行去除。

紫外光分解作用：

在低溫等離子體技術(shù)的使用過程中，由于放電紫外光可以對一定的有害物質(zhì)進行單獨分解，還可以結(jié)合臭氧的共同作用進行有害物質(zhì)的降解。單獨的分解作用主要是有害分子物質(zhì)通過對光子的吸收，進入激發(fā)態(tài)，通過吸收能量促使其分子鍵發(fā)生斷裂，之后跟水中的游離物質(zhì)進行再一次的反應(yīng)，形成新的化合物排出。

紫外光和臭氧的氧化作用同時進行時可以將難以降解的物質(zhì)進行處理，具有較好的效果。可以對難降解的有機物以及農(nóng)藥進行迅速的分解。

等離子體技術(shù)——垃圾處理

1、等離子體垃圾處理技術(shù)的原理

功率的熱等離子體內(nèi)被加熱，等離子體炬的溫度可以達到3000℃～30000℃，超高溫度足以摧毀地球上的任何材料，所以有機可燃的成分在缺氧條件下利用熱能，快速升溫干燥氣化，使化合物的化合鍵斷裂，轉(zhuǎn)化成可燃性氣體，熱解后不可燃的殘留物在高溫條件下通過熔融處理轉(zhuǎn)化成渣體，這些渣體可以實現(xiàn)再生利用做成玻璃，也可以成為建筑的原料。

從微觀上分析，介質(zhì)在密閉空間里通過*電弧的作用，使空氣電離產(chǎn)生等離子體，激發(fā)出大量的高能電子，高能電子轟擊垃圾廢棄物，大分子量的垃圾廢棄物發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，從而降解成小分子量的H2、CH4和對人體危害較小的物質(zhì)。

2、等離子體垃圾處理工藝

等離子垃圾處理系統(tǒng)主要包括進料系統(tǒng)、等離子體焚燒處理系統(tǒng)、熔化產(chǎn)物處理系統(tǒng)，煙氣處理系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、冷卻密封系統(tǒng)組成。

當(dāng)垃圾由專門的運輸車運送至專門的垃圾處置場，分離出有利用價值的垃圾，將無法回收利用的垃圾投放到密封的上料系統(tǒng)中進行干燥處理。對垃圾進行均勻干燥處理后，在等離子體體主燃室高壓、厭氧的條件下充分熱解，有機物被分解氣化，產(chǎn)生熱解氣體。

氣體進入副燃室，在等離子炬的火焰下裂解，完成離子化，形成小分子量的氣體和活性離子，主要是CO、H2、CH4等，經(jīng)氣化爐底部激冷后形成玻璃態(tài)的渣體。經(jīng)過*燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)后排到環(huán)境中，回收利用高溫?zé)煔獾挠酂峥梢杂脕戆l(fā)電、城市供暖等。而熱解產(chǎn)生的爐渣經(jīng)過高溫熔融處理形成的玻璃化物質(zhì)，沉積到氣化爐底部的渣池中，實現(xiàn)了爐渣的無毒無害化處理。

3、國內(nèi)外等離子體垃圾處理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

隨著等離子體技術(shù)的不斷發(fā)展，等離子體設(shè)備不斷創(chuàng)新，成本也隨之降低，許多學(xué)者做了大量的科學(xué)研究和建模實驗，為等離子體垃圾處理系統(tǒng)的商業(yè)化運行打下了良好的基礎(chǔ)。

國外研究現(xiàn)狀：

國外對垃圾處理的等離子體技術(shù)主要以直接等離子體氣化和常規(guī)氣化與等離子體整合技術(shù)結(jié)合為主。

美國西屋等離子體公司采用的方法就是直接等離子體氣化，直接將垃圾放在等離子體中，由幾個較為*的子系統(tǒng)組成，分別為垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、等離子體氣化系統(tǒng)、合成氣系統(tǒng)和產(chǎn)品處理系統(tǒng)。但是這種方法耗電量大，合成氣以CO和H2為主。

加拿大普拉斯科能源公司主要采用的方法就是常規(guī)氣化與等離子體整合技術(shù)結(jié)合在一起的技術(shù)，垃圾在反應(yīng)器里先形成精度比較小的合成氣，此合成氣經(jīng)過等離子體電弧重整后轉(zhuǎn)變?yōu)榫容^高的合成氣。

目前瑞典、美國、德國、日本等國正逐漸關(guān)閉焚化爐轉(zhuǎn)向等離子體廢物處理系統(tǒng)，建立了一定規(guī)模的城市固體廢物的等離子體處理廠。

中科院力學(xué)研究所對等離子體垃圾處理進行了多方面的研究，包括等離子體反應(yīng)器內(nèi)流動特性、玻璃體物理和化學(xué)穩(wěn)定性，并在實驗室簡歷了3t/d處理醫(yī)療廢物的生產(chǎn)線，并且與企業(yè)合作完成2條工業(yè)規(guī)模處理危險廢物的生產(chǎn)線