本发明涉及等离子技术领域，尤其涉及一种等离子体处理气体中污染物的方法。
背景技术：
随着我国工业化程度的日益提高，所产生的气体污染也日益严重，尤其是在挥发性有机物(vocs，volatileorganiccompounds)方面。与之前以火力发电厂集中、大量的含硫含硝的污染物气体不同，挥发性有机物污染气体有排放分散无序、污染物成分复杂、整体浓度较低等技术特点，造成了企业治理和政府管理上很大的困难。
现有的处理气体中vocs的方法主要集中在蓄热式热力焚化法和蓄热式催化燃烧法两种方式上。蓄热式热力焚化法(regenerativethermaloxidization，rto)，其原理是加热有机废气到760摄氏度以上，使废气中的vocs氧化分解，所产生的高温气体流经并加热陶瓷蓄热体而蓄热，可用于预热后续进入的有机废气以节省燃料消耗，常见于中低浓度vocs的分解。蓄热式催化燃烧法(regenerativecatalyticoxidation，rco)，具有rto高效回收热能的特点和催化反应的低温工作的优点，将催化剂置于蓄热材料上方，在200多摄氏度的低温下即可氧化废气，应用于废气浓度高的场合比较多。
然而，上述现有气体处理技术主要面向量产的化工生产单位，且主要处理较高浓度的vocs废气，工程造价、维护成本较高，不适用于大量存在的小排气量、低浓度的vocs废气处理场合。等离子体处理气体中污染物，尤其是低浓度的vocs，原理方面有其技术优势，等离子体中的带电粒子在电场下与气体分子发生物理、化学作用，直接将污染物气体分子降解；工程应用方面，也有较大优势如耗材少、维护方便，以及对待处理的气体无选择性，即可同时处理多种污染物气体。然而，传统的等离子体发生器结构多采用平行的平板或同轴圆柱、圆筒等架构，很难保持或控制等离子体在放电空间的产生与输运，易减弱污染物气体处理的效率。
因此，为解决公众所面临的日益严峻的气体污染环境，针对等离子体处理气体中vocs污染物的技术需求，有必要对相关等离子体处理方法进行改进。
技术实现要素：
本发明提出了一种等离子体处理气体中污染物的方法，以更有效地对气体中的污染物进行处理。
为了解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理气体中污染物的方法，包括：
s1：利用一等离子体设备对气体中的污染物进行等离子体处理；其中，该等离子体设备包括处理腔以及若干电极，所述若干电极分布式地固定于所述处理腔的内壁上；步骤s1具体包括：
s101：对设置在处理腔的气流入口端的部分电极加载外部传感驱动信号，使这些电极用作气体传感器，对处理腔内的气体的浓度信息进行初始采集；
s102：对处理腔内的所有电极独立地加载外部电压驱动信号，在处理腔内形成等离子体，对处理腔内的气体进行等离子体处理；
s103：对设置在处理腔的气流出口端的部分电极加载外部传感驱动信号，使这些电极用作气体传感器，对处理腔内的气体的浓度信息进行再次采集；
s104：根据再次采集到的气体的浓度信息优化加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数；
s105：重复以上步骤s103－s104，使得加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数得到持续优化。
在本发明的一个实施例中，所述外部传感驱动信号通过外部传感驱动电路进行加载。
在本发明的一个实施例中，所述外部电压驱动信号通过外部电压驱动电路进行加载。
在本发明的一个实施例中，在步骤s101与步骤s102之间还包括s1011：停止对设置在处理腔的气流入口端的部分电极的外部传感驱动信号的加载。
在本发明的一个实施例中，在步骤s103与步骤s104之间还包括s1031：将再次采集到的气体的浓度信息发送给外部控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述步骤s104具体为：外部控制电路根据接收到的再次采集到的气体的浓度信息调整加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数。
在本发明的一个实施例中，所述步骤104中的外部电压驱动信号的参数包括驱动电压的幅值、驱动电压的持续加载时间。
在本发明的一个实施例中，在步骤s103与步骤s104之间还包括s1031：停止对设置在处理腔的气流出口端的部分电极的外部传感驱动信号的加载。
在本发明的一个实施例中，在所述步骤s1之前还包括s0：对气体进行水洗或滤芯过滤。
在本发明的一个实施例中，在所述步骤s1之后还包括s2：对等离子体处理后的气体进行臭氧处理。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，存在以下的优点和积极效果：
1)本发明提供的等离子体处理气体中污染物的方法，通过对处理腔内分布式设置的电极独立地进行控制驱动，同时利用部分电极作为气体传感器，采集气体的浓度信息，根据采集到的气体浓度信息调整加载在电极上的驱动电压的参数，使得处理腔内形成的等离子体的处理效率得到持续优化，从而实现等离子体状态与被处理气体中污染物含量的匹配，达到了高效、节能的技术效果；提高了气体中污染物处理的精细化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的处理气体中污染物的等离子体设备的立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的处理气体中污染物的等离子体设备的左视图；
图3是本发明实施例提供的处理气体中污染物的等离子体设备中的各个电极的分布示意图；
图4是本发明实施例的处理气体中污染物的等离子体设备中的电极的立体结构示意图。
图中：1－处理腔，2－电极，21－基底，22－柱状结构，23－针状结构，a1－第一电极，a2－第三电极，a3－第四电极，b1－第二电极，b2－第五电极，b3－第六电极，c1－第七电极，c2－第八电极，c3－第九电极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的等离子体处理气体中污染物的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在提出本本发明之前，本申请的发明人对目前可能的等离子体处理气体中污染物的方法进行了充分的研究，具体研究如下：
1)已报道的等离子体处理气体中污染物的方法，其采用的离子体设备的电极通常采用平行的平板形状或者同轴心的平行圆筒形状，希望达到与电极范围相匹配的等离子体空间分布；为了进一步降低气体放电产生等离子体的起始电压，传统的电极表面亦设计出宏观尺度的尖端形状，或设置微观尺度的微米纳米针状材料/结构。然而，由于极板间的放电优先在表面凸起尖端或微观尺度针尖处发生放电，同时抑制同电极上等电势的其他位置的放电产生，导致预期的与电极范围相匹配的等离子体空间分布的技术效果难以实现，进而降低气体中污染物的去除效率。
2)已报道的等离子体处理气体中污染物的方法，其采用的等离子体设备通常都采用一对电极，即两个相对电极的体系，因此通过驱动电路信号变化来控制电极产生等离子体的技术手段、可控参量种类和控制数值范围都十分有限。比如，假定贯穿整个处理腔的平行电极板，改变驱动电压仅能将入口端至出口端的等离子体密度分布整体地上升和下降，然而由于入口端位置产生的大量中间态和带电粒子随流场迁移至出口端方向，将有助于出口端附近更有效的等离子体生成效率，即造成了等离子体轴向分布的不平衡，不利于气体中污染物的去除。
3)已报道的等离子体处理气体中污染物的方法，其采用的等离子体设备的电极结构仅仅设置用于产生等离子体与需处理的污染物分子发生物理化学反应，对电极上的电压、电流信号的监控主要用于防止过载、打火等安全相关的考虑。研究结果表明，等离子体发生器电极的电学信号与电极间的气体组分特征有很大的相关性，可以作为气体传感器件。然而，目前的用于处理气体中污染物的等离子体发生器，电极为一个整体结构只达到处理气体的作用，对处理腔局部位置的气体成分监控既不准确也不现实，常常需要配套的气体传感器提供反馈，增加了系统的成本、体积和复杂度。
申请人通过对等离子体发生器微结构、空间分布和驱动方式的设计研究，以及气体放电物理实验，发现将传统的一体式等离子体发生电极化整为零，利用分立式的小型气体放电电极，以及各个电极独立驱动，可以控制等离子体提供了更多手段；利用部分电极组成监控气体成分的传感系统，采集气体成分的变化作为调节等离子体状态的依据，进一步优化等离子体处理气体中污染物的效率和技术效果。
基于上述研究，本申请的发明人创造性地设计了一种等离子体处理气体中污染物的方法，包括s1：利用一等离子体设备对气体中的污染物进行等离子体处理；其中，请参考图1－图3，该等离子体设备包括处理腔1以及若干电极2，所述若干电极2分布式地固定于所述处理腔1的内壁上；步骤s1具体包括：
s101：对设置在处理腔1的气流入口端的部分电极加载外部传感驱动信号，使这些电极用作气体传感器，对处理腔内的气体的浓度信息进行初始采集；
具体地，如图3所示，对设置在处理腔的气流入口端的部分电极加载外部传感驱动信号，例如对第一电极a1加载外部传感驱动信号、第二电极b1接地，形成气体放电产生等离子体所需的电场，使得第一电极a1与第二电极b1用作气体传感器；外部传感驱动信号例如为从0v到10kv逐渐升高的扫描式直流电压，当加载电压超过放电阈值电压时，电路回路中产生电流信号，采集放电起始电压、放电电流等电学信号并发送给外部控制电路；
s102：对处理腔内的所有电极独立地加载外部电压驱动信号，在处理腔内形成等离子体，对处理腔内的气体进行等离子体处理；
具体地，外部控制电路控制外部驱动电路驱动整段处理腔的电极，对流经处理腔的气流进行等离子体处理，其中各个电极上所加载的驱动信号独立控制，比如第一电极a1、第三电极a2和第四电极a3加载10kv级的正高电压，第二电极b1、第五电极b2和第六电极b3接地，第七电极c1、第八电极c2和第九电极c3加载与第一电极a1、第三电极a2和第四电极a3所加载电压大小相等但极性相反的10kv级负高电压，对于其中任意一个电极，比如接地的第五电极b2，将与周围的第八c2、第四电极a3、第六电极b3、第三电极a2之间均构成强电场；
s103：对设置在处理腔的气流出口端的部分电极加载外部传感驱动信号，使这些电极用作气体传感器，对处理腔内的气体的浓度信息进行再次采集；
具体地，对设置在处理腔的气流出口端的部分电极加载外部传感驱动信号，例如对第四电极a3加载外部传感驱动信号、第六电极b3接地，形成气体放电产生等离子体所需的电场，使得第四电极a3与第六电极b3用作气体传感器；外部传感驱动信号例如为从0v到10kv逐渐升高的扫描式直流电压，当加载电压超过放电阈值电压时，电路回路中产生电流信号，采集放电起始电压、放电电流等电学信号并发送给外部控制电路；
s104：根据再次采集到的气体的浓度信息优化加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数；
具体地，外部控制电路根据再次采集到的气体浓度信息调整外部驱动电路的驱动参数，比如提高气流入口端附近第一电极a1、第七电极c1所加载电压的幅值、缩短中间段第三电极a2、第八电极c2所加载驱动电压的持续时间、降低气流出口端附近第四电极a3、第九电极c3所加载电压的幅值。
s105：重复以上步骤s103－s104，使得加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数得到持续优化。其中外部电压驱动信号的参数得到持续优化的判断标准为：用作气体传感器的电极的放电电流维持在较低水平。这是因为气体在电场中放电的电学特性与气体本身的种类、浓度相关，当处理效果较优化时，被处理气体的浓度较低，电学信号上将表现为在高于放电起始电压的条件下，放电电流低于起始的放电电流；从而气体传感器得到的放电电流也维持在较低水平。
其中，所述外部传感驱动信号通过外部传感驱动电路进行加载。外部电压驱动信号通过外部电压驱动电路进行加载。
具体地，在步骤s101与步骤s102之间还包括s1011：停止对设置在处理腔的气流入口端的部分电极的外部传感驱动信号的加载。
在步骤s103与步骤s104之间还包括s1031：将再次采集到的气体的浓度信息发送给外部控制电路。
作为一优选实施方式，所述步骤s104具体为：外部控制电路根据接收到的再次采集到的气体的浓度信息调整加载在各个电极上的外部电压驱动信号的参数。
具体地，所述步骤104中的外部电压驱动信号的参数包括驱动电压的幅值、驱动电压的持续加载时间。
在步骤s103与步骤s104之间还包括s1031：停止对设置在处理腔的气流出口端的部分电极的外部传感驱动信号的加载。
作为一优选实施方式，在所述步骤s1之前还包括s0：对气体进行水洗或滤芯过滤。前置水洗或滤芯可初步去除部分颗粒物，有助于保护等离子体电极。并且通过在等离子处理之前先对气体进行水洗，从而可使部分有机气体分子亲水，形成气体－微液滴混合体；因而在等离子体处理过程中可通过使气体－微液滴混合体被离化而降解。通过先对待处理的气体进行水洗，再对水洗后的气体进行等离子体处理以降解气体中的污染物，从而解决了传统的处理气体中污染物的方法仅在等离子体处理前对气体进行前置过滤因而无法有效促进挥发性有机物气体离化的缺点。
作为一优选实施方式，在所述步骤s1之后还包括s2：对等离子体处理后的气体进行臭氧处理；可去除电极2在工作过程中所不可避免产生的臭氧。
对于本发明使用的处理气体中污染物的等离子体设备，请参考图1及图2，如图1及图2所示，本实施例提供的处理气体中污染物的等离子体设备包括处理腔1和若干电极2，处理腔1具有气流入口端及气流出口端，待处理的气体从气流入口端进入，从气流出口端流出。若干电极2分布式地固定于处理腔1的内壁上，该若干电极2用于产生等离子体以对流经处理腔1的待处理的气体进行等离子体处理以降解气体中的污染物。
其中，如图4所示，每个电极2均包括基底21、柱状结构阵列以及针状结构阵列，柱状结构阵列形成在基底21上，柱状结构阵列包括若干柱状结构22；针状结构阵列形成在若干柱状结构22外的基底21上以及若干柱状结构22的底部，针状结构阵列包括若干针状结构23。该电极充分利用了柱状结构和针状结构跨尺度的配合，其中针状结构在几何上的尖端效应(即高长径比的结构顶端能产生局部增强电场)，集聚局部电场促进气体向等离子体状态的直接转化；而柱状结构的侧壁含有大量的表面态，可进一步促进等离子体在空间中的扩散中的增殖和维持，从而能够实现在较低电压驱动的条件下高效率地形成较大范围的高密度等离子体分布。
作为一优选实施例，每个电极2独立地接入外部驱动电路，以独立地由外部电路控制产生等离子体。分布式的电极架构保证了等离子体可以出现在处理腔内电极附近的各个位置，而独立接入所述电极的驱动电路，可进一步调整电极附近等离子体的参数，如生成或停止、密度大小、电子温度和扩散范围等。具体地，所述外部驱动电路产生一驱动电压给对应的电极，该驱动电压例如可为直流、交流或脉冲高电压，配合电极的空间位置分布，结合加载的电压能进一步优化等离子体的产生效率和控制能力。
作为一优选实施例，该设备还包括气体传感器，设置在所述处理腔1内，用于实时采集所述处理腔1内的气体的浓度信息，并将采集到的气体的浓度信息反馈给外部控制电路；外部控制电路根据接收到的气体的浓度信息调整外部驱动电路的驱动参数。从而可进一步优化等离子体的产生效率和控制能力。
作为进一步优选实施例，处理腔1的气流入口端以及气流出口端均设置有气体传感器。
为了使得该设备结构更紧凑，申请人巧妙地利用了部分电极来用作气体传感器，具体地，通过使部分电极额外接入外部传感驱动信号，以实现气体传感器的作用，用于实时采集这些电极附近的处理腔1内的气体的浓度信息。处理腔所工作的环境中，所处理的气体种类一般相对固定，而浓度则可能有一定的波动；就处理腔本身而言，其去除气体中污染物的效率会随着电极、电源等部件的老化而发生一定的衰减，表现为同样的处理工艺参数下，处理后气体的浓度会有一定的变化。气体在强电场下电离将产生放电电流，该放电过程的起始电压与气体种类相关，电流的大小将与气体的浓度相对应，因此，我们只需要实时监测放电电极上流经的电压电流信号，作为反馈即可相应地调整处理段各等离子体发生器电极上的驱动信号，从而更精细地、高效地调控处理段。由于本质上利用的仍然是气体放电的原理，因此本身用于气体处理的电极同样可以用于气体传感，使得整体集成度更高、成本更低。
作为一优选实施例，所述若干电极2在所述处理腔的轴向等间距分布，在处理腔的径向截平面上等圆心角分布。也就是说，以处理腔1的中心轴为线坐标，处理腔1的内表面上的电极2的位置将在坐标上呈周期性分布，以处理腔的径向截面上电极数为3的举例说明，如图1中所示，电极2在轴线上的坐标将集中在3个点上，且相邻两个点的间距一样；同时，在轴线坐标相同的电极处在同一径向截平面上，从左视方向看这些电极相对于轴心均匀分布，如图1中的等离子体处理气体中污染物的设备，电极2在任一径向截平面上有3个电极，相邻电极组成的圆心角相等，为120度。
作为一优选实施例，在轴向位置相同的平面上的电极2的数量不少于2个即同一径向截平面上至少有一对电极对，可以通过电压驱动控制，实现所述电极在该轴向位置生成分布特性符合气体中污染物处理需要的等离子体。
作为一优选实施例，所述电极的轴向位置不少于2种，即所述处理腔1内壁上的电极在轴线上坐标不少于2个，也就是说含有所述电极的径向截平面不少于2个，以保证在气流方向上等离子体可以被分段调控。
作为进一步优选实施方式，不同径向截平面上的电极在同一径向截平面上的投影重合或者呈角度差排列。如图2所示，在左视图，轴线方向上的中间位置的径向平面上的电极整体上与其他径向平面的电极有60度的圆心角差值。这样的设计有利于形成特定的等离子体引导流场。
作为进一步优选实施例，在处理腔1的气流入口端还设置有水洗或滤芯前置处理段，前置水洗或滤芯可初步去除部分颗粒物，有助于保护等离子体电极。
作为进一步优选实施例，在处理腔1的气流出口端还设置有臭氧处理段，可去除电极2在工作过程中所不可避免产生的臭氧。
其中，作为一种实施方式，处理腔1的内径不大于300毫米，电极2的尺寸不大于3厘米。电极2与处理腔1的该尺寸配比，可保证处理腔1内产生的等离子体的浓度，确保流经处理腔1内的气体得到有效净化。
在实际应用中，处理腔1的数量可设置为多个，多个处理腔串行连接或者并行连接。具体地，串行连接以应对更严格的气体中污染物的处理要求，并行连接适用于较大的待处理气体通量。
结合图4，关于本发明中的电极2，作为一优选实施例，其若干柱状结构22的顶端和/或侧壁上也形成有针状结构，该针状结构例如可以为碳纳米管、氧化锌纳米线、碳化硅纳米线、硅纳米、砷化镓纳米线、氮化镓纳米线等。通过在柱状结构22的顶端和/或侧壁上设置针状结构，从而提供了与等离子体更大的接触面积和机会，该结构对等离子体移动中的维持和增殖有积极的促进作用。
作为进一步优选实施方式，针状结构23的顶端与金属颗粒形成异质结结构，从而能在尖端效应上叠加由金属颗粒提供的表面态效应，进一步促进等离子体生成。
其中，所述基底21为硅片，为了保证驱动信号的有效传输，优选电阻率较低的高导硅片，其中，高导硅片指的是电阻率在几十欧姆.厘米级别以下的硅片。当然，本发明并不以此为限，还可以选择其它的材料作为基底。柱状结构阵列由基底通过刻蚀形成，单个柱状结构22的长径比(宽深比)不小于2，高度不小于100微米。优选地，柱状结构阵列中相邻柱状结构22之间的间距不小于所述柱状结构22的直径，以保证在等离子体增殖和运动过程中有足够的几何效应和提供足够的表面态。其中，刻蚀采用图形化的催化剂薄膜作为催化剂。具体地，图形化的催化剂薄膜包括下层薄膜，所述下层薄膜与基底21接触，所述下层薄膜的材料为贵金属，用于催化所述基底的刻蚀，以形成柱状结构。所述图形化的催化剂薄膜还包括上层薄膜，所述上层薄膜位于所述下层薄膜上，所述上层薄膜的材料为铁、金、银、钛、钯、镍、镓、锌及其合金和/或氧化物中的任一种或其结合，用于催化所述针状结构的生长。
此外，单个针状结构23的长径比不小于10，直径不大于10微米，以保证针状结构23在等离子体产生过程中的尖端效应。
本发明提供的等离子体处理气体中污染物的方法，通过对处理腔内分布式设置的电极独立地进行控制驱动，同时利用部分电极作为气体传感器，采集气体的浓度信息，根据采集到的气体浓度信息调整加载在电极上的驱动电压的参数，使得处理腔内形成的等离子体的处理效率得到持续优化，从而实现等离子体状态与被处理气体中污染物含量的匹配，达到了高效、节能的技术效果；提高了气体中污染物处理的精细化。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。