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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 O358

4.2.3 H2O259

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Ⅱ114

8.2.2 等离子体—光催化降解酸性橙Ⅱ118

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（SED146

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