近日，机械与电子工程学院王冉冉团队在《journal of water process engineering》在线发表了题为“impact and mechanism of bubble discharge plasma on ammonia nitrogen in wastewater”的研究论文。
等离子体是不同于固体、液体和气体的第四种状态。它是一种由电子、离子、中性物质和自由基组成的导电流体，整体上呈现电中性。根据电子和离子的温度，将其分为非热等离子体和热等离子体。热等离子体只有在温度足够高的时候才会出现。与热等离子体相比，非热等离子体（ntp）具有独特的非平衡特性，使得在热力学平衡条件下发生的反应难以在相对温和的条件下实现。到目前为止，等离子体技术在材料加工、能源转化、环境修复、生物医药、航空航天、农业和食品等领域取得了较好的效果。在早期的研究过程中，等离子体已经涉足废气和废水处理领域，如烟气脱硫脱硝、颗粒物和粉尘净化处理等。在水污染治理中，水下排放或水面排放对水中污染物产生物理和化学作用。在空气处理方面，处理后的气体流经排放区，污染物可直接与活性物质发生碰撞。在土壤污染修复中，产生的活性物质从气相扩散到土壤空隙，作用于土壤污染物。
等离子体处理污水的反应机理是在特定反应环境中，通过高压电源向水中或水面注入能量，从而在电极和接地极之间形成放电通道。在此过程中，电流导致系统温度急剧上升，电子获得巨大能量并与水分子发生解离。此外，低温等离子体主要由高能电子、正负离子、强氧化性自由基、激发态分子和原子等组成。在放电处理过程中，通过电化学反应，活性物质能诱导污染物中的不饱和键断裂和开环，逐步将废水中的大分子物质分解为小分子，显著提升了难降解物质的可生化性。同时，等离子体处理污水还可以通过杀灭细菌、病毒等微生物来达到消毒的效果。因此，等离子体处理污水是一种高效、环保的污水处理方法。基于等离子体技术的优势，其在水处理方面的应用得到越来越广泛地研究。本文研究了一种简单的气泡放电等离子体处理氨氮废水的方法，通过模拟废水样品，解析了ph、电压、脉冲频率和反应时间对废水处理的影响。用紫外分光光度法测定氨氮、总氮和副产物的浓度，结果表明，nh3-n更容易被碱性环境中生成的活性物质氧化。
通过水杨酸捕获生成的•oh，结果表明，适当提高电压和放电频率可以促进•oh的生成，从而有利于氧化反应去除nh3-n。通过自由基猝灭实验验证了等离子体的作用，在ph为12、电压为12 kv、脉冲频率为160 hz的条件下，获得了最佳的反应效率。处理50 min后，nh3-n去除率达99.14%；在氨氮污染日益严重的背景下，本研究在污水处理和环境保护方面具有重要意义。
图1. 气液放电装置反应系统图
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山东农业大学为完成该论文的第一单位，山东农业大学机械与电子工程学院王冉冉为论文的第一作者，山东农业大学化学与材料科学学院苗成霞与侯芹为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和的基金资助。
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编 辑：万 千
审 核：贾 波
