3.3　电子束净化有机废气影响参数

对于电子束等离子体而言，注入的电子束能量通过电离、激发、非弹性碰撞的形式损失，有30%～50%的能量被用来电离产生等离子体。研究表明，气体的电离成本和废气去除效率与VOCs废气的浓度、湿度、背景气体、辐照物质吸收能量和形成副产物等参数有关。

3.3.1　初始浓度

在首次提出和研究使用电子束辐照降解氯乙烯的连续流系统中，他们发现3～500mg/L低浓度的氯乙烯在空气、氮气和氩气中通过电子束辐照都能够有效的降解。在此之后，研究低浓度下氯乙烯和氯乙烷在电子束照射下的照射实验，同样得到了较好的降解效果。另一项研究发现，当二氯乙烯（DCE）的初始浓度接近2000mg/L时，去除率不断下降，并且具有1，1-DCE>trans-DCE>cis-DCE的降解率。因此，在低初始浓度下，电子束等离子体降解VOCs废气的效果受浓度的影响较小，随着入口浓度的升高，降解效率逐渐降低；而高浓度的VOCs会导致反应器的处理效率极大降低。

3.3.2　湿度

模拟实验发现在湿空气中，电子束对VOCs的辐照存在五类降解反应：正离子-中性粒子反应、负离子-中性粒子反应、离子重组反应、自由基-自由基反应和自由基-中性粒子反应。为了弄清·OH对Cl—HC的降解，测试了在含有不同水蒸气浓度的空气混合物中连续流三氯乙烯和全氯乙烯的降解情况，发现相较于干空气的环境，两种有机氯化物在湿空气中的降解效率高出不到10%。用电脑模拟了批式系统中1，1-DCE在空气中的降解，发现电离的载气正离子以及的Cl-解离电子吸附反应、快速电荷转移反应在1，1-DCE的初始阶段起主要作用；·Cl在MS辐照后变得更为重要；水簇正离子[O2（H2O）+]、·OH、O和Cl在纳秒辐照后变得活跃，水分子产·OH的反应通道对1，1-DCE的贡献率也不超过10%。然而，当水蒸气浓度增加到2.5%时，气态产物减少。研究水蒸气对甲苯降解影响的实验中发现水蒸气的注入会令甲苯的去除效率增加15%～20%。并且水对甲苯的影响远大于TCE和PCE。说明·OH对芳香族化合物的降解作用比有机氯化物更强。

3.3.3　背景气体

对批式系统中不同背景气体下电子束辐照甲苯的降解情况进行研究，甲苯在不同背景气体下降解效率的顺序为N2>空气>O2>He。研究了初始浓度为50mg/L的1，4-二甲苯在不同背景混合气体中的降解情况，1，4-二甲苯在N2中的降解效率要优于空气。在之后的团队研究中，通过改变1，4-二甲苯的浓度探究了在三种不同背景气体中辐照剂量与去除效率的关系，发现随着辐照剂量的增加，去除率始终保持N2>空气>1%NO-99%N2；当辐照剂量达到60kGy时，三种背景气体下的去除率分别为80%、60%和40%，差别相当大。研究在不同气体混合物中三氯乙烯降解的情况，得到的降解顺序为：O2>空气>H2>He。由此可知不同类型的VOCs受背景气体的影响不同，而考虑到成本和便捷的问题，实际应用中通常以空气为主要背景气体。

3.3.4　辐照剂量

在电子束辐照过程中，用于表示污染物降解所消耗能量的辐照剂量是一个非常重要的参数，单位为kGy，1kGy=1kJ/kg。测试了32mg/L、52.7mg/L、68.5mg/L和90mg/L四种浓度的1，4-二氯苯在空气中随辐照剂量的变化。发现32mg/L和52.7mg/L两种1，4-二氯苯浓度在辐照剂量0～30kGy的增加段中，去除率增加了30%～45%；而在30～60kGy的辐照剂量段中去除率逐渐趋于平缓，污染物浓度稳定在18～20mg/L。68.5mg/L和90mg/L两种1，4-二氯苯随着吸附剂量0～10kGy的增加去除率迅速增加，且效果较前两种浓度更为显著，当辐照剂量从10kGy上升至60kGy时，去除率的增长速度虽然略有减缓，但是仍然保持持续增长的趋势，由此可得出结论：辐照剂量的增加能够增强去除效果，但是存在一个最佳辐照剂量，使得VOCs在接近最优去除率的基础上最大地节约能耗；而这一最佳辐照剂量随着VOCs浓度的升高不断增大。电子束辐照二甲苯的实验显示，当辐照剂量在0～10kGy范围内增加时，二甲苯的浓度从50mg/L降至20.7mg/L；当平均辐照剂量≥10kGy时，二甲苯的浓度保持恒定。然而，当辐照剂量空间分布均匀时，平均辐照剂量≥10kGy的情况下，电子束辐照能够将初始浓度为50mg/L的二甲苯降到几毫克/升。所以当平均辐照剂量达到某一值时，二甲苯浓度难以继续降低的原因可能在于辐照室中空间不均匀的剂量分布。一般来说，在环境空间中的局部剂量沿着辐照方向的中心轴线向两边减小。诱发二甲苯降解的离子、自由基和原子的局部浓度与局部剂量成正比。因此，提高最佳辐照剂量的空间均匀度能够进一步提高去除效果。