非热等离子体技术去除冷却剂污染物的效率与介电特性研究

《Heliyon》：Utilizing non-thermal plasma technology for coolant contaminant removal: An efficiency and dielectric properties investigation

本研究针对工业冷却剂污染水体处理难题，创新性地采用非热等离子体(NTP)技术，系统评估了其对乙二醇(CH2OHCH2OH)等污染物的降解效能及介电特性变化规律。研究发现，经NTP处理后的污染水介电常数由57.69±0.33恢复至77.46±0.27(200 MHz)，介电损耗因子由0.82±0.32提升至2.07±0.26，证实该技术能有效分解污染物并显著改善水质指标，为工业废水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

在工业制造领域，冷却剂泄漏导致的水体污染已成为严峻的环境挑战。乙二醇(CH₂OHCH₂OH)作为冷却剂主要成分，其高毒性和生物难降解性对生态系统构成长期威胁。传统处理方法如反渗透(RO)和化学氧化虽有效但存在能耗高、二次污染等局限，亟需开发绿色高效的新型处理技术。

为突破技术瓶颈，泰国苏拉那里理工大学电子工程学院的研究团队在《Heliyon》发表论文，系统探讨了非热等离子体(NTP)技术处理冷却剂污染水的效能机制。研究通过构建针尖电极等离子体反应系统，在10 kV电压、2 kHz频率条件下，分别以1-3 L/min流速处理污染水样30-60分钟，并采用矢量网络分析仪(VNA)监测介电参数变化，结合红外热成像技术分析温度效应。

在介电特性研究方面，团队发现未污染RO水在200 MHz频率下介电常数达78.86±0.61，而冷却剂污染水降至57.69±0.33，证实污染物显著影响水分子极化能力。经NTP处理60分钟后，介电常数恢复至77.46±0.27(1 L/min流速)，介电损耗因子从0.82±0.32升至2.07±0.26，表明等离子体生成的羟基自由基(·OH)和臭氧(O₃)有效破坏了污染物分子结构。流速实验显示1 L/min条件下处理效果最优，因其延长了等离子体-水体接触时间，使氧化反应更充分。

温度监测数据揭示重要现象：60分钟处理期间，1-3 L/min流速分别使水温升至41.27-43.43°C。这种温和升温既促进了自由基反应速率，又避免了热等离子体的高能耗缺陷，印证了NTP技术的低温特性。视觉观察进一步佐证处理效果，污染水从深绿色渐变为淡黄色，直观展示污染物降解过程。

研究通过反应机理分析阐明，NTP技术通过多重氧化路径分解乙二醇：羟基自由基攻击C-H键生成甲醛(CH₂O)，臭氧分子断裂C-C键产生甲酸(HCOOH)，最终矿化为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。这种链式反应确保污染物彻底分解，避免有毒中间体积累。

该研究创新性地将介电特性作为水质评价指标，证实NTP技术可使污染水介电参数恢复至接近RO水的水平。相较于传统工艺，该技术具有无需添加化学品、能耗低、无二次污染等优势，为工业废水资源化利用提供了新思路。未来研究可进一步优化反应器设计，拓展至染料废水、重金属废水等复杂体系处理，推动等离子体技术在水处理领域的规模化应用。