高能離子體中的化學(xué)反應(yīng)主要是通過氣體放電產(chǎn)生的快電子激發(fā)來完成的。這些快電子與氣體分子碰撞，使氣體分子激發(fā)到更高的能級。被激發(fā)到高能級的分子，由于其內(nèi)能的增加，既可發(fā)生鍵的斷裂也可以與其它物種發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而由于碰撞失去部分能量的電子在電場的作用下仍可得到補(bǔ)償。典型的反應(yīng)類型如下：
電子/分子反應(yīng)
激發(fā) e + A2 → A2+ + 2e
離解 e + A2 → 2A + e
附著 e + A2 → A2-
離解附著 e + A2 → A- + A
電離 e + A2 → A2+ + 2e
復(fù)合 e + A2- → A2
離脫 e + A2- → A2 + 2e
分子/原子反應(yīng)
潘寧離解 M* + A2 → 2A + M
潘寧電離 M* + A2 → A2+ + M + e
電荷轉(zhuǎn)移 A+ + B → B+ + A
離子復(fù)合 A+ + B- → AB
中性復(fù)合 A + B + M → AB + M
分解反應(yīng)
電子的 e + AB → A + B + e
原子的 A* + B2 → AB + B
合成反應(yīng)
電子的 e + A → A* + e
A* + B → AB
原子的 A + B → AB
可以看出，低溫非平衡態(tài)高能離子體是使分子活化的有效方法，它能使幾乎所有的分子激發(fā)、電離和自由基化，產(chǎn)生大量的活性基團(tuán)，如 O2-、O、OH、O3 和高能量的自由電子。這些活性物種使得在通常條件下難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)可以很容易地在高能離子體系統(tǒng)中完成。尤其對空氣中污染物的脫除，可以在很短的時間內(nèi)使其分解甚至*分解。研究表明，等離子體分解空氣污染物可通過兩種途徑完成：(1)在產(chǎn)生等離子體的過程中產(chǎn)生的瞬間高能量，打開某些有害分子的化學(xué)鍵，使其分解成單質(zhì)原子或無害分子。(2)高能離子體中包含了大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子(其能量范圍如表 1)和具有強(qiáng)氧化活性的自由基，這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞，打開氣體分子的化學(xué)鍵，同時產(chǎn)生的大量•OH、HO2• 、O•等自由基和氧化性*的 O3 跟有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無害產(chǎn)物。
表 1 高能離子體中各種粒子能量和幾種氣體分子鍵能
高能離子體空氣凈化的作用機(jī)理如下：
O2 →2O
N2 → N2*(A) → • H + •OH
NOx → N2+O2
SOx → S+O2
O2(+M) + O→ O3(+M)
• OH+H2S → HS• +H2O
O+H2S→ HS •+ •OH
HS •+ •OH→S+H2O
•OH+NH3 → NH2+H2O
•OH+NH2 → N2+H2O
•OH+CO → CO2 +•H
此外，高能離子體還有去除空氣中的煙塵顆粒、細(xì)菌、花粉、病毒、孢子等污染物的作用。去除顆粒污染物放電產(chǎn)生的等離子體中包含有大量的電子和正負(fù)離子，它們在電場梯度的作用下，與空氣中的顆粒污染物發(fā)生非彈性碰撞，從而附著在上面，使之成為荷電離子，若外加電場，可被集塵極收集。這一過程對懸浮于空氣中直徑小于100 微米的顆粒和直徑小于 10 微米的可吸入顆粒有較高的清除效果。去除細(xì)菌、花粉、病毒、孢子放電產(chǎn)生的負(fù)離子同空氣中的有毒化學(xué)物質(zhì)以及病菌懸浮顆粒物相碰撞使其帶負(fù)電。這些帶負(fù)電的顆粒物會吸引其周圍帶正電的顆粒物(通常空氣中的細(xì)菌、病毒、孢子等是帶正電)。這種聚集過程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止。除了聚集過程外，在有限的空間里空氣中帶負(fù)電的顆粒物還被吸附到帶正電的表面(通常情況下，房間里面大多數(shù)物體的表面，包括墻壁、地面、家具、電器等都是帶正電的)。
表 2 高能離子體氣體凈化處理設(shè)備的參數(shù)
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