等离子体及其在环境中的应用
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介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge, DBD)、射频放电(Radio
frequency discharge和微波放电(Microwave discharge)。
辉光放电
• 一般在低气压条件下进行，放电电压通常较低，产生的电子的能 量也较低。
电晕放电
• 是气体介质在不均匀的电场中产生的局部自持放电，是一种常见
液通入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物
质数量，从而处理难降解有机废水和水体消毒灭菌。
等离子体处理过程中大肠杆菌的透射电镜照片
等离子体医疗及食品处理
• 牙科消毒和销齿治疗 • 血液凝固 • 皮肤的消毒、细胞的分化和伤口的愈合 • 肿瘤和癌症 • 微生物引起的皮肤病 • 美容保健 • 食品消毒和防腐 • 粮食储藏
（如•OH 和•O）等进一步与 VOCs分子及其初步分解产物反应，
最终将VOCs完全降解为无害的CO2和H2O等。
Influent gas NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas NTP Effluent gas Catalyst
高压放电水处理
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶
离子体（电子温度与重粒子温度近似相等）和非局部热平衡等离子体
（电子温度远高于重粒子温度）。
三、低温等离子体（非平衡等离子体）的 发生形式
• 低温等离子体通常是由气体放电的方式产生。气体的放电方式一般
有如下几种：辉光放电(Glow discharge)、电晕放电(Corona discharge)、
污染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机废气处理，可以用于
水和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。
烟气脱硫脱硝
• 在气相中，通过高能电子激发，高压放电能够引发复杂的化学反 应，包括自由基反应、离子−分子反应、受激粒子反应和自发化 学反应等。借助上述反应过程，高压放电能够改变二氧化硫和氮 氧化物的价态，进而实现脱硫脱硝。
的放电形式。产生机理是在曲率半径很小的尖端电极附近，由于
局部电场强度超过气体的电离场强，从而使气体发生电离和激励。
发生电晕时可在电极周围看到微弱的光亮，同时伴有“咝咝”声。
正、负电晕放电随电压变化的图像
5 mm
5 mm
介质阻挡放电（ DBD)
• 也叫无声放电。结合了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气
等离子体及其在环境中的 应用
主要内容
• 等离子体简介 • 等离子体的基本性质
• 低温等离子体（非平衡等离子体）的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
一、等离子体简介
• 等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、
电子、以及一些中性粒子和基团组成，其电离程度可处在从100%
（完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比
压条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子
的密度均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接
击穿形成火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
空气中不同气压下的放电图像
不同气体介质下的放电图像
四、等离子体在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气
为氧，不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧的
主要生产方法有紫外照射法、电解法、放射化学法和介质阻挡放
电(DBD)法。目前DBD法是大规模生产臭氧的主要方法。
有机气体处理
• 高压放电法是一种十分有前景的 VOCs 处理技术。VOCs 分子等 与放电产生的高能粒子碰撞，被分解为小分子，同时活性自由基
电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子使得粒子荷电，并使荷
电粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离
出来的装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
空气净化
臭氧发生器
• 臭氧是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工
存储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧易分解
例范围内。
• 等离子体通ห้องสมุดไป่ตู้被称作物质的第四态，宇宙中绝大部分的可见物质
均处在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是
（或部分是）不同种类的等离子体。
二、等离子体的基本性质
• 等离子体在宏观上近似呈电中性；
• 含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是
一种特殊的导电流体； • 表现出一定的金属导电性、导热性和化学活泼性。
• 对气体加以足够强的电场或电磁波、光辐射，或使其加热到足够高的
温度等，均能使气体发生电离产生等离子体。
• 等离子体主要分为两类：一类是高温等离子体或叫做聚变等离子体，
另一类是低温等离子体或气体放电等离子体。
• 另一方面，根据等离子体是否处在局部热平衡状态，即重粒子（原子、
离子等）与电子发生充分热交换而温度相等，又可分为局部热平衡等
frequency discharge和微波放电(Microwave discharge)。
辉光放电
• 一般在低气压条件下进行，放电电压通常较低，产生的电子的能 量也较低。
电晕放电
• 是气体介质在不均匀的电场中产生的局部自持放电，是一种常见
液通入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物
质数量，从而处理难降解有机废水和水体消毒灭菌。
等离子体处理过程中大肠杆菌的透射电镜照片
等离子体医疗及食品处理
• 牙科消毒和销齿治疗 • 血液凝固 • 皮肤的消毒、细胞的分化和伤口的愈合 • 肿瘤和癌症 • 微生物引起的皮肤病 • 美容保健 • 食品消毒和防腐 • 粮食储藏
（如•OH 和•O）等进一步与 VOCs分子及其初步分解产物反应，
最终将VOCs完全降解为无害的CO2和H2O等。
Influent gas NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas NTP Effluent gas Catalyst
高压放电水处理
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶
离子体（电子温度与重粒子温度近似相等）和非局部热平衡等离子体
（电子温度远高于重粒子温度）。
三、低温等离子体（非平衡等离子体）的 发生形式
• 低温等离子体通常是由气体放电的方式产生。气体的放电方式一般
有如下几种：辉光放电(Glow discharge)、电晕放电(Corona discharge)、
污染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机废气处理，可以用于
水和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。
烟气脱硫脱硝
• 在气相中，通过高能电子激发，高压放电能够引发复杂的化学反 应，包括自由基反应、离子−分子反应、受激粒子反应和自发化 学反应等。借助上述反应过程，高压放电能够改变二氧化硫和氮 氧化物的价态，进而实现脱硫脱硝。
的放电形式。产生机理是在曲率半径很小的尖端电极附近，由于
局部电场强度超过气体的电离场强，从而使气体发生电离和激励。
发生电晕时可在电极周围看到微弱的光亮，同时伴有“咝咝”声。
正、负电晕放电随电压变化的图像
5 mm
5 mm
介质阻挡放电（ DBD)
• 也叫无声放电。结合了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气
等离子体及其在环境中的 应用
主要内容
• 等离子体简介 • 等离子体的基本性质
• 低温等离子体（非平衡等离子体）的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
一、等离子体简介
• 等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、
电子、以及一些中性粒子和基团组成，其电离程度可处在从100%
（完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比
压条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子
的密度均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接
击穿形成火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
空气中不同气压下的放电图像
不同气体介质下的放电图像
四、等离子体在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气
为氧，不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧的
主要生产方法有紫外照射法、电解法、放射化学法和介质阻挡放
电(DBD)法。目前DBD法是大规模生产臭氧的主要方法。
有机气体处理
• 高压放电法是一种十分有前景的 VOCs 处理技术。VOCs 分子等 与放电产生的高能粒子碰撞，被分解为小分子，同时活性自由基
电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子使得粒子荷电，并使荷
电粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离
出来的装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
空气净化
臭氧发生器
• 臭氧是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工
存储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧易分解
例范围内。
• 等离子体通ห้องสมุดไป่ตู้被称作物质的第四态，宇宙中绝大部分的可见物质
均处在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是
（或部分是）不同种类的等离子体。
二、等离子体的基本性质
• 等离子体在宏观上近似呈电中性；
• 含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是
一种特殊的导电流体； • 表现出一定的金属导电性、导热性和化学活泼性。
• 对气体加以足够强的电场或电磁波、光辐射，或使其加热到足够高的
温度等，均能使气体发生电离产生等离子体。
• 等离子体主要分为两类：一类是高温等离子体或叫做聚变等离子体，
另一类是低温等离子体或气体放电等离子体。
• 另一方面，根据等离子体是否处在局部热平衡状态，即重粒子（原子、
离子等）与电子发生充分热交换而温度相等，又可分为局部热平衡等