Định nghĩa :
Plasma là một trạng thái vật chất trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân.
Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma lạnh. Thí dụ như đối với hiện tượng phóng điện trong chất khí, các electron bắn từ catod ra làm ion hóa một số phân tử trung hòa. Các electron mới bị tách ra chuyển động nhanh trong điện trường và tiếp tục làm ion hóa các phân tử khác. Do hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền này, số đông các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma. Trong thành phần cấu tạo loại plasma này có các ion dương, ion âm, electron và các phân tử trung hòa.. [19].
Hình 2.30 - Khử NOx có sự hỗ trợ của Plasma
Plasma lạnh (plasma froid : NTP, non-thermal plasma) : các điện tử có động năng cao hơn nhiều so với năng lượng của các phân tử khí trung hòa. Ưu điểm của NTP trong việc thúc đẩy các phản ứng là độ chọn lọc năng lượng, hầu hết điện năng trong quá trình phóng điện sẽ tạo ra các điện tử có năng lượng cao thay vì gia nhiệt dòng khí thải. Các điện tử này sẽ va chạm, phân ly và ion hóa các phần tử có trong dòng khí, tạo thành chất khơi mào cho các phản ứng khác.
Nguyên lý hoạt động của Plasma đối với quá trình deNOx với hỗn hợp nghèo
Trong điều kiện hỗn hợp nghèo, chức năng hoạt động chính của plasma là: chuyển hóa NO thành NO2 theo sơ đồ đơn giản sau:
O2 + e → O + O +e NO + O → NO2
tạo ra các hợp chất tham gia vào phản ứng deNOx : rượu, anđêhit, nitrat Cơ chế này cho phép tăng hiệu quả của phản ứng khử NOx bằng xúc tác khử chọn lọc (SCR). Tuy nhiên, nó cũng bị cạnh tranh giữa:
Các phản của O2 / NO2, H2O dẫn đến sự tạo thành NO hoặc H2O
Hoạt động của các gốc tự do oxi trên hydrocarbon có mặt trong khí, do đó sẽ xảy ra quá trình chuyển hóa NO thành NO2. Cơ chế như sau :
HC + O → HCO + HO2 HO2 + NO → NO2
Đặc điểm của hệ thống
Tác dụng chính của công nghệ này là xúc tác deNOx với sự trợ giúp của plasma. Hệ thống này được đi đôi cùng một hệ thống xúc tác deNOx bởi tác nhân khử HC. Vì vậy hệ thống bao gồm xúc tác và thiết bị phản ứng với plasma.
thiết bị phản ứng với “plasma lạnh” sử dụng với xúc tác deNOx HC cho phép khử NOx khoảng 50 – 60 %.
Chúng tác dụng yếu với SO2 vì vậy hạn chế sự tạo thành sunfat.
Các xúc tác được sử dụng : zeolite (Cu-ZSM-5), kim loại quí (Pt/Al2O3), oxit kim loại chuyển tiếp (MxOy/Al2O3)
Để vận hành hiệu quả cần năng lượng khoảng 15 J và nồng độ HC lớn (HC/NOx = 5).
Chúng có tác động ở 100 oC
Hiệu suất chuyển hóa NOx
Thông thường hiệu suất chuyển hoá của xúc tác giảm nhanh khi nhiệt độ giảm xuống dưới 200 oC. Tuy nhiên, khi được kết hợp với plasma thì hiệu suất khử có thể đạt 60 % ở 100 oC so với chỉ xử lí bằng plasma đạt 25 %. Khi kết hợp chuyển hóa bằng plasma và xúc tác thì hiệu suất đạt được lớn hơn so với tổng hiệu suất chuyển hóa đạt được khi xử lí riêng lẽ từng phương pháp.
Hình 2.31 - Hiệu suất chuyển hóa của xúc tác khi kết hợp với Plasma
Sự kết hợp giữa plasma và xúc tác có thể cải tiến hiệu năng của xúc tác, nhất là đối với xúc tác MeO/Al2O3.
Hình 2.32 - Hiệu suất khử NOx thành N2 khi kết hợp plasma và xúc tác SCR
Vậy khi kết hợp plasma với xúc tác khử chọn lọc NOx, sự oxy hóa NO thành NO2 được xem như một thuận lợi vì như đã biết ở nhiệt độ thấp thì khả năng khử NOx bởi xúc tác SCR phụ thuộc vào nồng độ của NO2 trong khí. Quá trình oxy hóa pre-traitement khí bằng plasma phi nhiệt, trước tiên tăng cường hiệu suất của SCR ở nhiệt độ thấp hơn 500K.