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土豆切丝机周远翔:；程子霞:；严萍<；梁曦东:；关志成:
=:>清华大学电机工程与应用电子技术系；北京:???@A B<>中国科学院电工所；北京:???@?C
摘要对低温等离子体处理粉尘中的二恶英初步研究的
结果显示；正脉冲放电对粉尘中二恶英的处理效果较负脉冲 彩硒鼓放电的处理效果好D对不同毒性当量因子的二恶英同分异构
体进行试验后发现脉冲放电对二恶英同分异构体的处理效
率不同D一般来说；二恶英毒性越高=毒性当量因子越大C的
同分异构体；用脉冲放电处理的效果越好；毒性当量因子最
大的<;E;F;@/2
A G66分解效率最高；可达到@:HD
I J K L M N O L P-0+#)Q%Q(";-,-/0+("$%1-%-,)(*,-7Q1%)$% +%)R((-%Q Q1#(70,7(0,3#*%0(7#,3#-S*,-0%#-(751&%)+T2+( (3Q("#$(-0%1"()U10))+,V0+%0%Q,)#0#4(Q U1)(7#)*+%"W( Q",4#7()+#W+("7()0"U*0#,-(55(*0,-0+(*,-0%#-(7*,$S Q,U-7)0+%-0+%07,()%-(W%0#4(,-(T P0V%)5,U-70+%07#5S 5("(-0#),$("*,$Q,U-7)+,V)7#55("(-00,3#*"($,4%1(55(*0 %-70+(+#W+("0+(0,3#*#0&,50+(*,$Q,U-7)#);0+(+#W+(" 0+(7()0"U*0#,-(55#*#(-*&#)T2+(<;E;F;@/2A G66*,$S Q,U-7V+#*++%)0+(+#W+()00,3#*#0&)+,V)0+(+#W+()07(S )0"U*0#,-(55#*#(-*&U Q0,@:HT
关键词二恶英粉尘等离子体
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中图分类号^_:E文献标识码9
电流器‘引言
城市垃圾焚烧排出的废气和静电除尘器的粉尘中已发现a:b多氯联苯/Q/二恶英=!G66)C和二苯并呋喃=!G68)C等高毒性有机物；二恶英类化合物对土壤c海洋和淡水生态系统非常有害；当它们通过水c陆食物链累计到一定量时；危害会更加严重D 低温等离子体放电技术可降解和转化有害物质a<d F b；它
在室温下处理挥发性有机化合物的转化甚至可以达到e?HD但应用低温放电技术处理含有二恶英等固体废弃物的报道较少D本文研究了利用脉冲放电技术处理静电除尘器中粉尘颗粒的化学转化D进一步证明了低温等离子体处理有害物质的效率；讨论比较了不同极性的脉冲电压对二恶英降解过程的作用；描述了脉冲放电中化学物质的转化及二恶英的转化效率与其毒性的关系D
f试验
:T：样品
实验采用<；种含二恶英的粉尘=见表:C D
:T<；试验电路
图：为实验系统的回路示意图D用快速数字示波器采集脉冲信号；用旋转气隙快速脉冲发生器控制快速上升沿脉冲D调节回路的充电电容c电感和阻抗可得到-)级的脉冲上升时间D
表f试品参数:?/e
试品g:g<g E
h=!G66)C i@?A:?:??
等效毒性2j k:?i>A:>:
:>高压直流电源B<>旋转火花隙开关B E>电感B
图：试验电路示意图
:>脉冲电源B<>放电排B E>针电极B A>塑料腔_>控制电极B i>控制电极的孔;l m<@$$B F>试品B@>板电极
图<；针/板电极系统示意图
实验采用的针/板电极系统见图<D脉冲电压通过安装在塑料腔中的放电棒施加给针电极D粉状试品重i W；按长c宽c高<??$$nF@$$n<>A$$的尺寸均匀涂抹在接地板电极上；距针尖距离:F $$D为比较放电前后试品表面状况；针板电极之间距针尖A>_$$处设置了带孔的铝板辅助接地电极作为控制电极；针尖依次排列在辅助电极孔中心的延长线上D等离子体流注受到铝板辅助电极的控制；使铝板电极孔的垂直投影部分的试品承受流注冲击而其它部分不受影响D
室温下不同极性和不同上升时间o脉宽=F?o <??;E??o@??；和_@?o:_??-)C的放电脉冲分别施加在每个试品上；放电时间为<$#-；脉冲电压峰值为<?p q；电压重复频率为<??r s D
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<??<；年:<；月高电压技术第<@卷总:<?期
!"#观察与分析
放电后$试品表面状态可用肉眼观察$粉尘颗粒的表面状态则用扫描电子显微镜%&’()仔细观察*放电前后粉尘试品中+%,-../)及生成物由气象谱分析仪%0-)和质谱分析仪%(&)测量分析*
1结果和讨论
2"!放电对粉尘的破坏机理
外加脉冲电压在针3板电极系统产生不连续的非破坏性放电*辐射电极%针尖)附近的高场强电离空气使离子流向低场强电极引起流注放电*放电过程中$电场中的电子发生弹性和非弹性碰撞*强场中的自由电
子被加速得到足够的能量并转移其动能到与之非弹性碰撞的微粒或分子上$激活它们并使之离子化4分离*在这个二恶英分子离子化的过程中$其分子有效破坏所需要的能量决定于电子所获得的能量$或按5678#9的假设$也决定于由电子碰撞而激活的高能电离气体*
质谱分析表明$正4负极性电晕产生的离子类型不同*一般空气中正极性电晕产生的离子为水合离
子$通式为%:
25);:<$%:25);=5<；和%:
25);
%=52)<$式中；为随相对湿度的增加而增大整数*负极性电晕形成的最重要的离子是-53
#
表面电晕处理机或%:25);-53#离子*空气中化合物离子可非常接近高场强的针尖电场区$高能电场的作用使化合物的转化非常有效*试验的二恶英化合物同分异构体结构和成份毒性见图#和表2*
图#二恶英的化学结构
除了上述非弹性碰撞的影响$试验中促进二恶英反应的还有离子化4分解4光电效应激活等*前述的电晕放电如忽略紫外的影响$仅考虑化合物中的-3->键转变成-3：键$最终导致二恶英分子转变成无氯苯环结构*电晕放电中电4光电效应同时存在*在足够高的能量下$试验中形成的无氯苯环结构将继续分解形成自由基$再与空气中的氧反应$生成-52或-5*最终$二恶英分子被彻底分解%见图?)* 2"2放电后粉尘表面变化
图@是典型的粉尘表面经过放电处理后的物理
表11类二恶英的毒性当量因子A’B
二英的类型A’B
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图?紫外线<；电晕放电共同作用分解二恶英分子
图@放电处理后粉尘的表面物理变化
变化*图中有放电区和非放电区$试品表面可见C个与控制电极孔相对应的圆圈$其直径与控制电极的
K
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F
孔径一致!可见控制电极孔正下方的试品表面被脉冲放电破坏"证明了流注放电冲击粉尘表面并使之产生物理性变化!
粉尘颗粒表面的物理变化证明了电子或离子流注达到了颗粒表面!脉冲流注能量达到一定程度时会穿透粉尘表面破坏粉尘颗粒!图#$%&’$(&为典型的粉尘颗粒照片"分别为放电前’后颗粒的表面状况!可石笼护坡
见放电后颗粒的明显破坏"证明放电流注
穿透粉尘颗粒并使其脆化!
图#放电处理前$%&后$(&粉尘的)*+照片
,-.放电对二恶英的降解作用
图/$%&’$(&分别是试品01"0,"0.放电后的二恶英去除率$23&随脉冲上升沿4的变化结果!显示出正’负极性脉冲均可使试品产生化学变化"分解二恶英!正极性脉冲随上升沿的增加"二恶英的分解增强5而不同上升沿负极性脉冲的二恶英分解几乎无变化"即正极性脉冲对二恶英的分解更有效!
理论上"正脉冲放电易于产生更广泛的流注"上升时间快时流注发展较长!而负极性脉冲放电区域较小且集中在针尖附近!这与上述试验结果相吻合!
图/二恶英去除率随脉冲上升沿的变化
,-6降解效率与毒性的关系
图7和8分别为正脉冲放电对不同毒性当量因子的二恶英同分异构体及呋喃同分异构体的分解效率9!图中曲线:;<；的脉冲上升时间与脉宽比分别为/=>,==".==>7?="?7=>1?==@A!分解效率随同分异构体B*C值的增加而增加"二恶英同分异构体最高的分解效率是71D"对应B*C为1的,"."/"7 E B6F225呋喃同分异构体最高的分解效率是/,D"对应呋喃化合物的B*C为=G1!
H结论
%G低温等离子体可有效分解粉尘中的二恶英!图7二恶英的9E B*C关系图8呋喃的9E B*C关系(G不同毒性当量因子的二恶英和呋喃同分异构体在脉冲放电中分解的效率不同"毒性当量因子最大的,"."/"7E B
6F22
分解效率最高"可达到71D!
I G脉冲放电流注可有效冲击粉尘表面并引起表面的物理变化"还可破坏粉尘颗粒并穿透颗粒使粉尘颗粒脆性化!
J G正极性比负极性脉冲放电能更有效地降解粉尘中的有害物质!
参考文献
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周远翔18##年生"博士"副教授"从事高电压与绝缘技术的研究!
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