多针板直流放电降解SF6的性能优化与反应机理研究

针对SF6（全球变暖潜能值达CO2的23,900倍）的减排难题，研究人员开发了多针板直流放电技术，探究了SF6/N2混合气体中放电特性与降解效能。研究发现，O2添加比例1:1时能通过抑制SFx重组显著提升降解率（能量效率达最优），为工业废气处理提供了新方案。

　　

作为电力系统中高压设备的绝缘“黄金标准”，六氟化硫（SF₆）却因其惊人的温室效应成为气候治理的棘手难题——其全球增温潜能值（GWP）是二氧化碳的23,900倍，且能在大气中稳定存在长达3200年。尽管《京都议定书》将其列为受控气体，但现有替代品如C₄F₇N因热稳定性不足难以完全取代。更严峻的是，镁冶炼等工业排放的SF₆废气浓度常达数百ppm级别，传统处理方法效率低下。

针对这一挑战，中国研究人员通过多针板直流放电反应器开辟了新路径。该设计巧妙复现了气体绝缘开关设备（GIS）中常见的电晕放电场景，在低于5W的功耗下实现了SF₆高效分解。研究发现，放电产生的氧活性物质能与低氟化物（SF_x, x≤5）反应，阻断SF₆重组路径。当O₂/SF₆比例为1:1时，降解率和能量效率达到峰值，而过量O₂会与SF₆竞争电子导致效率下降。这项发表于《Vacuum》的研究为工业废气处理提供了兼具经济性和实用性的解决方案。

关键技术方法
研究采用七针板反应器构建非热等离子体（NTP）系统，结合直流高压电源（TRC2025）和质谱检测技术，在40-120 mL/min流量范围内测试不同SF₆浓度（0-200ppm）下的放电特性。通过密度泛函理论（DFT）计算解析反应路径，并利用高速摄影记录放电形态演变。

主要研究结果

1. SF₆初始浓度影响：200ppm SF₆使起晕电压从10kV升至15kV，气体流量增加会抑制放电但提升能量效率。
2. 氧气添加效应：O₂/SF₆=1:1时形成最佳协同，过量O₂会通过电子俘获抑制电离碰撞。
3. 降解机制：放电产生的·O自由基优先攻击SF₄中间体，阻断SF₆再生循环。

结论与意义
该研究首次明确了多针板反应器中SF₆降解的“抑制-优化”双阈值规律，为工业废气处理设备设计提供了关键参数。相较于传统射频等离子体技术，该方案能耗降低80%且更易集成到现有GIS系统中。未来通过反应器阵列放大和催化剂耦合，有望实现万吨级SF₆减排，对实现“双碳”目标具有重要实践价值。