非热电弧等离子体技术与应用PDF电子书下载

第1章 电弧等离子体的产生 1

1.1 电弧放电等离子体的发展 1

1.1.1 等离子体的定义 1

1.1.2 等离子体的分类 2

1.1.3 电弧放电的发展及应用 5

1.2 电弧放电的特征 5

1.2.1 电弧放电的分类 5

1.2.2 电弧放电的伏安特性 8

1.3 电弧放电的基础理论 11

1.3.1 阴极电子发射机制 11

1.3.2 电弧放电中的阴极和阳极层 12

1.4 电弧放电的电源 12

1.5 电弧放电的基本结构 13

1.5.1 自由线性电弧 13

1.5.2 转移电弧 13

1.5.3 非转移电弧和等离子体炬 14

1.5.4 非热电弧放电 15

参考文献 17

第2章 非热电弧等离子体物理特征及反应器 18

2.1 尖端电弧放电 18

2.2 滑动电弧放电 19

2.2.1 刀形电极 19

2.2.2 棒式电极 21

2.2.3 水膜电极 22

2.2.4 水电极 22

2.2.5 多电极 23

2.3 旋转电弧放电 24

2.3.1 机械驱动电极旋转电弧 25

2.3.2 切向进气驱动旋转电弧 25

2.3.3 磁驱动旋转电弧 25

2.4 龙旋风电弧放电 27

2.5 缩放电极电弧放电 28

2.5.1 电压电流变化 29

2.5.2 电压电流与电弧变化间的关联 29

2.6 气液混相非热电弧放电 31

2.6.1 电压电流特征 32

2.6.2 电弧特征 33

2.7 非热电弧等离子体炬 34

2.7.1 用于点火和火焰控制的非热电弧等离子体炬 35

2.7.2 用于重整制氢和制备纳米炭黑的非热电弧等离子体炬 35

2.7.3 记忆合金电极非热电弧等离子体发生器 36

2.7.4 逆涡流非热电弧等离子体炬 36

2.7.5 金属喷嘴电极滑弧等离子体炬 37

2.7.6 非热电弧等离子体射流炬 39

2.7.7 旋转电弧放电发生器 39

2.7.8 射频非热电弧等离子体炬 40

2.7.9 旋风非热电弧等离子体发生器 40

2.7.10 三级反应区非热电弧放电等离子体反应器 41

2.7.11 交流非热电弧放电等离子体炬 41

2.7.12 三相交流滑动弧等离子体发生器 41

2.7.13 磁驱动非热电弧等离子体发生器 42

2.7.14 微型非热电弧等离子体炬 43

参考文献 43

第3章 非热电弧等离子体物理模型 46

3.1 电弧放电的弧柱通道模型 46

3.1.1 电弧放电中的Elenbaas-Heller方程 46

3.1.2 电弧放电弧柱的Engel-Steenbeck通道模型 47

3.2 二维非热电弧等离子体通道物理模型 48

参考文献 52

第4章 非热电弧等离子体化学过程 54

4.1 等离子体中的基元反应 54

4.1.1 激发 54

4.1.2 电离 54

4.1.3 离解 55

4.1.4 复合 55

4.2 非热电弧等离子体中的活性物种 55

4.2.1 HO自由基和NO自由基 55

4.2.2 O3 58

4.2.3 H2O2 59

4.2.4 H3O＋ 59

4.3 湿空气非热等离子体化学反应动力学模型 59

4.3.1 湿空气成分的特性 59

4.3.2 湿空气低温等离子体化学反应动力学模型 63

4.4 气液混相非热电弧放电等离子体反应动力学模型 67

4.5 等离子体氧化反应机理 68

4.5.1 HO·和O的反应特性 68

4.5.2 臭氧氧化 70

4.5.3 单线态氧O2（1△g） 71

参考文献 72

第5章 非热电弧等离子体表面处理 74

5.1 等离子体表面改性的原理 74

5.2 等离子体改性材料的测试和表征 76

5.2.1 接触角测试 76

5.2.2 扫描电子显微镜测试 76

5.2.3 X射线光电子能谱分析 76

5.2.4 红外光谱分析 76

5.2.5 电子自旋共振光谱分析 77

5.2.6 X射线衍射分析 77

5.2.7 原子力显微镜测试 77

5.3 非热电弧等离子体处理不锈钢表面 77

5.3.1 304L和316L不锈钢处理 77

5.3.2 船体不锈钢处理 77

5.4 非热电弧等离子体处理纺织物表面 78

5.4.1 棉纱和坯布的改性 78

5.4.2 羊毛的改性 78

5.5 非热电弧等离子体处理聚合物表面 79

5.5.1 玻纤增强聚酯的处理 79

5.5.2 有机基板的处理 79

5.6 非热电弧等离子体改性碳基材料 80

5.6.1 颗粒活性炭的改性与应用 80

5.6.2 活性炭纤维的改性与应用 83

参考文献 86

第6章 非热电弧等离子体制备材料 87

6.1 等离子体制备材料装置 87

6.2 电解介质对纳米氧化亚铜形貌的影响 88

6.3 磁力搅拌对纳米氧化亚铜形貌的影响 90

6.4 电流密度对纳米氧化亚铜形貌的影响 91

6.5 反应温度对纳米氧化亚铜形貌的影响 92

6.6 微等离子体制备纳米氧化亚铜机理分析 92

参考文献 94

第7章 非热电弧等离子体处理气体污染物 95

7.1 非热电弧等离子体处理无机气体污染物 95

7.1.1 N2O转化 95

7.1.2 H2S的净化 95

7.1.3 SO2的脱除 95

7.2 非热电弧等离子体处理挥发性有机污染物 96

7.2.1 施加电压对等离子体净化效果的影响 96

7.2.2 浓度对等离子体净化效果的影响 97

7.2.3 水汽含量对离子体净化效果的影响 98

7.2.4 等离子体降解机理 99

7.3 非热电弧等离子体降解持久性有机污染物 101

7.3.1 脱除烟气中多环芳烃和炭黑颗粒系统 101

7.3.2 PE焚烧烟气等离子体净化效果 102

7.3.3 PVC焚烧烟气等离子体净化效果 103

7.3.4 多环芳烃和炭黑降解机理 104

7.4 活性炭吸附和脱附-等离子体氧化净化有机废气 106

7.4.1 工艺流程及净化原理 107

7.4.2 喷漆有机废气净化工程应用 108

参考文献 111

第8章 非热电弧等离子体处理液体污染物 113

8.1 非热电弧等离子体降解有机废液 113

8.1.1 磷酸三丁酯的降解 113

8.1.2 废甘油的转化 113

8.2 非热电弧等离子体处理有机废水 113

8.2.1 等离子体—芬顿反应降解酸性橙Ⅱ 114

8.2.2 等离子体—光催化降解酸性橙Ⅱ 118

8.3 非热电弧等离子体处理无机废水 122

8.3.1 初始pH值对Cr（Ⅵ）还原的影响 122

8.3.2 Cr（Ⅵ）初始浓度对Cr（Ⅵ）还原的影响 125

8.3.3 输入功率对Cr（Ⅵ）还原的影响 125

8.3.4 沉淀产物分析 125

8.4 非热电弧等离子体氧化—生物净化组合工艺 127

参考文献 128

第9章 非热电弧等离子体杀菌 129

9.1 低温等离子体杀菌机理 129

9.1.1 电场 129

9.1.2 热效应 129

9.1.3 紫外辐射 129

9.1.4 机械力 130

9.1.5 带电粒子 130

9.1.6 羟基自由基 130

9.1.7 过氧化氢（H2O2） 130

9.1.8 过氧基（ROO·）和烷基自由基（RO·） 131

9.2 非热电弧等离子体表面杀菌 132

9.2.1 等离子体杀菌效果的确定 132

9.2.2 等离子体杀菌装置 132

9.2.3 不同气体流量对等离子体表面杀菌的影响 134

9.2.4 接触距离对滑动弧表面杀菌的影响 135

9.2.5 细菌数量对表面杀菌的影响 136

9.3 非热电弧等离子体水体杀菌 137

9.3.1 液体循环流量对滑动弧液体杀菌的影响 137

9.3.2 不同气体类型对滑动弧液体杀菌的影响 139

9.3.3 等离子体处理过程中细菌细胞形态的变化 140

9.3.4 杀菌机理的探讨 140

9.4 非热电弧等离子体制备消毒剂 142

参考文献 143

第10章 非热电弧等离子体转化燃料和制氢 144

10.1 等离子体转化燃料的主要反应 144

10.2 等离子体重整燃料的评价方法 144

10.2.1 O/C比 145

10.2.2 S/C比 145

10.2.3 燃料转化率 145

10.2.4 氢气产率 145

10.2.5 氢气选择性 145

10.2.6 单位能耗需求（SER） 145

10.2.7 单位能量消耗（SED 146

10.2.8 能量效率 146

10.3 非热电弧等离子体重整甲烷 146

10.3.1 重整甲烷 146

10.3.2 甲烷与二氧化碳混合物的转化 147

10.4 非热电弧等离子体重整液体燃料 147

10.4.1 等离子体重整乙醇制合成气系统 147

10.4.2 O/C比对转化率的影响 148

10.4.3 O/C比对产物氢气和CO的影响 150

10.4.4 O/C比对单位能耗和能量效率的影响 151

10.4.5 S/C比对转化率的影响 152

10.4.6 S/C比对产物H2和CO的影响 154

10.4.7 S/C比对单位能耗的影响 156

10.4.8 乙醇流量比对转化率的影响 157

10.4.9 乙醇流量比对单位能耗、能量效率及氢气产率的影响 158

10.4.10 乙醇流量比对产物H2和CO的影响 159

10.4.11 等离子体重整乙醇的机理 160

10.4.12 等离子体—乙醇能量循环 161

参考文献 163

第11章 非热电弧等离子体热解生物质 164

11.1 非热电弧等离子体热解生物质系统 164

11.1.1 非热电弧等离子体反应器 164

11.1.2 非热等离子体热解生物质的工艺流程 165

11.2 等离子体热解生物质的评估指标 166

11.2.1 生物质转化率 166

11.2.2 各组分的体积分数 166

11.2.3 H2/CO比 166

11.3 载气种类对等离子体热解生物质的影响 167

11.3.1 气体产物随时间的变化情况 167

11.3.2 载气种类对生物质转化的影响 168

11.3.3 载气种类对气体组分的影响 169

11.3.4 载气种类对合成气生产的影响 169

11.4 放电功率对等离子体热解生物质的影响 170

11.4.1 气体产物随时间的变化情况 170

11.4.2 放电功率对生物质转化率的影响 171

11.4.3 放电功率对气体组分的影响 173

11.4.4 放电功率对合成气生产的影响 173

11.5 热解固体产物表面结构分析 174

参考文献 175