目前，我國的工業正在高速發展的時期，VOCs的使用量與日俱增。現在我國對VOCs排放量并沒有官方的統計，估計我國VOCs的年排放量2000萬t左右。其排放控制的處理設備將是一個巨大市場。如若我國不掌握有效的污染控制新技術，要么這個巨大的市場將拱手讓給外國公司，要么我國的大氣環境中VOCs的污染將持續的惡劣下去。而低溫等離子體法處理VOCs的技術，能夠有效彌補傳統技術所具有的缺陷。因此，本書將針對該技術在工業源VOCs治理方面展開討論，并希望其能夠早日實現市場化發展。
隨著我國社會經濟的快速發展，有越來越多的環境問題出現。其中，大氣污染問題以其污染程度深、影響范圍廣、治理難度大等特點尤其受到人們的關注。而揮發性污染物VOCs是大氣污染重要組成部分，已引起社會廣泛的關注。如何有效地控制及消除揮發性污染物的排放已成為治理目前大氣污染的重點，開發出高效、經濟、環境友好的揮發性物控制技術顯得尤為重要。
為了盡快實現該技術的商業化應用，作者所在課題組從2005年起，在低溫等離子體技術應用研究領域已開展了將近十年的研究，并承擔了相關的國家自然科學基金項目和企業橫向項目，因此，作者將主要研究成果著成此書，希望能夠為建設資源節約型、環境友好型及生態文明型社會，推動節能、減排、降耗，發展循環經濟，實現可持續發展，改善環境質量提供一份力量。
竹濤(1979—)，男，山西臨猗人, 中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院，博士、副教授、博士生導師，研究方向為大氣污染控制，新世紀人才，北京市人才，在國內外期刊發表SCI、EI等論文100余篇；申請專利18項；出版著作7部：主編《礦山固體廢物綜合利用技術》、《大氣顆粒物控制》、《物理性污染控制》3部；作為及時作者參與撰寫專著《CHEMISTRY, EMISSIONCONTROL, RADIOACTIVE POLLUTION AND INDOOR AIR QUALITY》1部；第二作者編著《我國典型行業非二氧化碳類溫室氣體減排技術及對策》；參與編寫《環境化學》、馬廣大主編的《大氣污染控制技術手冊》。負責并承擔國家自然科學基金項目1項、國家環保公益項目2項、部委項目5項、企業橫向項目10項、校內項目6項，外專項目3項；參與國家重大項目4項，國家863項目2項；主持完成15項工程、設計及工程管理項目；獲省部級獎勵2項。
及時章 緒論... 6
1.1 揮發性有機物(VOCs)的概念、來源及危害... 6
1.1.1 VOCs概念... 6
1.1.2 VOCs工業來源... 7
1.1.3 VOCs危害... 8
1.2 我國VOCs污染現狀及對策... 9
1.3 VOCs治理技術... 10
1.3.1 吸附法... 10
1.3.2 吸收法... 11
1.3.3 冷凝法... 12
1.3.4 膜分離法... 12
1.3.5 燃燒法... 12
1.3.6 生物法... 14
1.3.7 光催化法... 16
1.3.8 低溫等離子體法... 17
1.3.9 幾種VOCs處理方法的性能比較... 17
1.4 結語... 19
參考文獻... 19
第二章 低溫等離子體... 21
2.1 等離子體概念... 21
2.2 等離子體的分類... 21
2.2.1 按存在分類... 21
2.2.2 按電離度分類... 21
2.2.3 按粒子密度分類... 21
2.2.4 按熱力學平衡分類... 21
2.3 等離子體特征... 21
2.3.1 等離子體整體特性... 21
2.3.2 等離子體準電中性... 21
2.3.3 等離子體鞘層... 21
2.3.4 等離子體擴散過程... 21
2.3.5 等離子體輻射... 21
2.4 等離子體特征參數與判據... 21
2.4.1 等離子體密度和電離度... 21
2.4.2 等離子體溫度... 21
2.4.3 沙哈方程... 21
2.4.4 德拜屏蔽與德拜長度... 22
2.4.5 等離子體頻率... 22
2.4.6 等離子體導電性和介電性... 22
2.4.7 等離子體判據... 22
第三章 等離子體產生方式... 23
3.1 電子束照射... 23
3.2 介質阻擋放電... 23
3.3 沿面放電... 23
3.4 電暈放電... 23
3.5 輝光放電... 23
3.6 弧光放電... 23
3.7 微波放電... 23
第四章 氣相等離子體光譜特性... 24
4.1 電暈放電光譜特性... 24
4.1.1 流光放電... 24
4.1.2 輝光放電... 24
4.2 火花放電光譜特性... 24
4.3 電弧放電光譜特性... 24
4.3.1 紫外光強度... 24
4.3.2 紫外光能量... 24
第五章 等離子體技術處理VOCs的機理... 25
5.1 電暈放電... 25
5.1.1 正電暈... 26
5.1.2 負電暈... 27
5.1.3 交變電場電暈放電... 29
5.1.4 電暈放電起暈電場的計算... 30
5.2 流注理論... 30
5.2.1 空間電荷對電場的畸變... 30
5.2.2 正流注的形成... 32
5.2.3 負流注的形成... 33
5.3 介質阻擋放電... 33
5.3.1 介質阻擋放電的發生過程... 34
5.3.2 介質阻擋放電的能量和電場的計算... 36
5.5 電子、離子、自由基和臭氧的形成... 36
5.5.1 放電等離子體的重要基元反應過程... 36
5.5.2 電子所得的能量和羥基與臭氧的形成... 37
5.6 VOCs分子降解過程... 40
5.7 結語... 43
參考文獻... 43
第六章 低溫等離子體物理及反應器類型... 45
第七章 低溫等離子體反應系統優化... 46
7.1 實驗裝置... 46
7.2 等離子體反應器... 46
7.3 實驗電源及電路... 48
7.4 反應器結構研究... 51
7.4.1 反應器直徑對降解率的影響... 51
7.4.2 放電極直徑對降解率的影響... 51
7.4.3 放電極材料對降解率的影響... 54
5.4.4 反應器材質對降解率的影響... 55
7.4.5 反應區長度對降解率的影響... 57
7.5 高頻電源下的反應器發熱研究... 58
7.5.1 研究方法... 59
7.5.2 實驗結果... 60
7.5.3 實驗現象分析... 62
7.5.4 模型建立... 62
7.6 電源比較實驗研究... 64
7.6.1 直流與交流電的比較實驗... 64
7.6.2 交流電源電氣參數對降解率的影響... 66
7.7 結語... 72
參考文獻... 73
第八章 低溫等離子體技術工況參數的研究... 75
8.1 反應器空塔實驗... 75
8.1.1 電壓對降解效果的影響... 75
8.1.2 入口濃度對去除效果的影響... 76
8.1.3 氣體流速對去除效果的影響... 77
8.1.4 功率對去除效果的影響... 77
8.2 反應器內有填料的相關實驗... 79
8.2.1 電場強度對降解率的影響... 79
8.2.2 氣體流速對降解率的影響... 80
8.2.3 入口濃度對降解率的影響... 81
8.2.4 填料對降解率的影響... 82
8.3 工況參數與臭氧濃度關系... 84
8.3.1 電場強度對臭氧濃度的影響... 84
8.3.2 氣體流速對臭氧濃度的影響... 85
8.3.3 入口濃度對臭氧濃度的影響... 85
8.3.4 填料對臭氧濃度的影響... 86
8.4 填料對氣體放電性能的影響... 87
8.4.1 填料對氣體放電強度的影響... 87
8.4.2 填料與能量分配之間的關系... 89
8.5 結語... 90
參考文獻... 91
第九章 低溫等離子體協同技術研究... 93
9.1 低溫等離子體協同技術研究現狀與分析... 93
9.1.1 等離子體-吸附劑聯合技術... 93
9.1.2 等離子體-催化劑聯合技術... 94
9.1.3 等離子體-鐵電性物質聯合技術... 95
9.1.4 聯合裝置... 96
9.1.5 機理研究... 96
9.1.6 國內外研究現狀分析... 97
9.2 協同效應下降解效果的評價標準... 97
9.3 吸附增效等離子體降解實驗... 99
9.3.1 吸/脫附降解實驗... 99
9.3.2 吸附增效機理研究... 101
9.4 催化協同等離子體降解實驗... 106
9.4.1 納米TiO2/γ-Al2O3催化協同等離子體降解實驗... 106
9.4.2 MnO2/γ- Al2O3催化協同等離子體降解實驗... 115
9.4.3 納米TiO2/γ-Al2O3與MnO2/γ-Al2O3催化劑對比試驗... 120
9.5 鐵電體協同等離子體降解實驗... 122
9.5.1 典型鐵電體協同等離子體降解實驗... 122
9.5.2 改性鐵電體協同等離子體降解實驗... 132
9.6 吸附-鐵電體-納米催化協同降解實驗... 138
9.6.1 復合催化劑對降解率的影響... 138
9.6.2 復合催化劑對臭氧濃度的影響... 139
9.6.3 復合催化劑對等離子體能量效率的影響... 139
9.7 結語... 140
參考文獻... 141
第十章 反應機理和反應動力學分析... 147
10.1 檢測分析方法... 147
10.1.1 凈化尾氣監測方法... 147
10.1.2 產物臭氧測定方法... 147
10.1.3 表面結焦產物測定方法... 148
10.2 反應產物分析... 148
10.2.1 色譜檢測結果分析... 148
10.2.2 質譜檢測結果分析... 149
10.2.3 尾氣的紅外吸收圖譜分析... 150
10.3 結焦產物分析... 151
10.4 反應機理分析... 153
10.5 等離子體反應動力學分析... 158
10.5.1 高能電子撞擊反應速率常數... 158
10.5.2 吸附/脫附反應速率... 160
10.6 結語... 161
參考文獻... 162
第十一章 低溫等離子體技術的其他應用... 163
11.1 污水處理廠低溫等離子體除臭技術... 163
11.1.1 實驗裝置... 163
11.1.2 實驗方法及評價指標... 164
11.1.3 低溫等離子體除臭機理... 165
11.1.4 電場強度E與惡臭氣體凈化效率η之間的關系... 166
11.1.5 等離子體反應過程的放電參量研究... 167
11.1.6 功率P與惡臭氣體凈化效率η之間的關系... 169
11.1.7 結語... 170
11.2卷煙廠低溫等離子體除臭技術... 171
11.2.1 實驗系統及條件... 171
11.2.2 凈化原理... 172
11.2.3低溫等離子體技術除臭效率測定[23] 173
11.2.4 氣體流量變化對異味氣體處理效率的影響... 174
11.2.5 等離子體設備電源功率變化對異味氣體處理效率的影響... 174
11.2.6 結語... 175
11.3 等離子體技術脫附再生活性炭纖維... 175
11.3.1 實驗材料和方法... 176
11.3.2 頻率f與脫附率η和損失率ζ的關系... 177
11.3.3 電場強度E與脫附率η和損失率ζ的關系... 177
11.3.4 功率P與脫附率η和損失率ζ的關系... 178
11.3.5 脫附時間t與脫附率η和損失率ζ的關系... 178
11.3.6 機理分析... 179
11.3.7 結語... 180
參考文獻
隨著工業經濟的發展，石油、油漆、印刷和涂料等行業產生的揮發性有機廢氣(VOCs)也日漸增多，科學、高效地處理VOCs顯得日益迫切。目前國內外對有機廢氣治理采用的處理方法主要有吸收、吸附、催化燃燒等，這些方法都面臨所用設備多、實驗復雜、能耗大等問題。因此，經濟、高效地治理低濃度、大流量的有機廢氣，除改進傳統技術外，開發替代產品，尋求控制技術已成為解決VOCs污染的必由之路。
VOCs處理低溫等離子體法作為一種新的處理技術，具有其自身的特點，在揮發性有機物控制工程領域將具有很大的應用前景。
