3576901475

2. Metody plazmowe usuwania zanieczyszczeń gazowych

Istnieją dwa podstawowe podejścia do usuwania szkodliwych składników gazowych: (1) fizyczne usunięcie z mieszaniny gazowej niepożądanych składników poprzez ich absorpcję lub adsorpcję, (2) konwersja niepożądanych składników na produkty neutralne (np. poprzez ich rozkład na składniki normalnie występujące w powietrzu takie jak O2, N2, H2O, a także CO2) albo produkty dające się łatwo usunąć z gazu.

Pewne nadzieje wiązane są z możliwością wykorzystania niskotemperaturowej plazmy w procesie konwersji gazów odlotowych. W plazmie niskotemperaturowej w wyniku zderzeń wolnych elektronów z molekułami gazu produkowane są wolne rodniki, które umożliwiają przeprowadzenie selektywnych reakcji chemicznych w gazie o temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej. Plazma niskotemperaturowa charakteryzuje się energią elektronów, rzędu kT_e=l .. 20 eV oraz niską energią jonów kTj<0.1eV.

Stosuje się dwie podstawowe metody generacji wolnych elektronów: przy użyciu akceleratorów elektronowych oraz za pomocą wyładowania elektrycznego w gazie.

W metodzie wiązki elektronowej [1-5], elektrony przyspieszane są za pomocą wysokiego napięcia do energii od kilkuset keV do kilku MeV w akceleratorze, w którym panuje wysoka próżnia (rys. 1). Następnie elektrony wprowadzane są do komory reaktora poprzez specjalne okienko tytanowe. W reaktorze, w wyniku zderzeń elektronów z molekułami gazu, następuje tworzenie wolnych rodników, które następnie reagują z określonymi składnikami mieszaniny gazowej.

Rys. 1. Reaktor z wiązką elektronową    Rys.2. Reaktor z wyładowaniem powierzchniowym

W metodzie wykorzystującej wyładowanie elektryczne, wolne elektrony generowane są bezpośrednio w objętości reaktora pomiędzy elektrodami. Stosuje się różne typy wyładowań elektrycznych: wyładowanie koronowe prądu stałego, zmiennego lub impulsowe, wyładowanie w złożu ferroelektrycznym, wyładowanie barierowe, wyładowanie powierzchniowe, zwykłe lub ślizgające się wyładowanie łukowe, wyładowanie mikrofalowe, oraz wyładowanie wsteczne (typu back-corona).

W reaktorze wykorzystującym wyładowanie powierzchniowe (rys.2) [1,6-8], wyładowanie generowane jest na powierzchni uziemionych elektrod paskowych nałożonych na dielektryk ceramiczny. Elektroda indukująca zasilana wysokim napięciem przemiennym o częstotliwości kilku kHz zatopiona jest w dielektryku. Grubość warstwy dielektryka między elektrodą indukującą a elektrodami paskowymi wynosi 0.5mm. Reaktory tego typu były wykorzystywane między innymi do usuwania węglowodorów, toluenu, trójchloroetylenu, acetonu, fluoropochodnych węglowodorów, tlenków azotu, tlenków siarki [6-8],

W reaktorze z wyładowaniem barierowym (rys.3) [9-11] jedna lub obie elektrody, najczęściej w układzie płaskorównoległym lub cylindrycznym, pokryte są warstwą dielektryka tworząc tzw. barierą dielektryczną. Elektrody zasilane są napięciem przemiennym. Jonizacja następuje w całym obszarze międzyelektrodowym na skutek rozwoju licznych strimerów. Wyładowanie jest wygaszane w momencie, gdy ładunek zgromadzony na warstwie dielektrycznej zmniejsza natężenie pola w obszarze międzyelektrodowym. Zmiana polaryzacji elektrod powoduje usunięcie ładunku z powierzchni dielektryka i nową jonizację