机构性描述

SQU 是指共振量子协同技术，其核心原理是"基 于低功率光诱发的分子快速反应"（Low Dencity Light Induce fast Molecular Reaction）。该技术由三个基本单元组成，每个单元本身已经具有相当的除臭与氧化能力，同时，当三个单元以某种方式耦合，且耦合方式符合共振条件时，会发生协同作用，使得性能效果得到极大提高，实验证明一般可得到几万倍到几十万倍的效果。

第一单元——增压器技术单元：基于高能电子激发原 理（简称 A 技术）

该技术是由本公司专用的"三交面放电"电子激发器，与其他"DBD"不同，本技术具有效率极高，目标物产率大，受温湿度影响小等特点。通过高能电子激发器，产生大量活性基团，与污染物进行复杂的物理化学反应，产生高浓度的引发剂、氧化剂、萃灭剂。在到达下一工艺之前，可以消除部分污染物。通过扩散过程，达到均匀相，进入下一工艺。由于该技术的过程过分复杂，例如仅 SO2、NH3 的反应方程就有 78 个之多，在一篇文章中无法尽述，故略解释其基本过程如下：

基于臭氧的氧化技术已经是成熟的技术，但是由于臭氧的分解速率较低，时间常数较大，一般可以达到 5 个小时，所以在气体处理中，无法进行有效地动力学设计，要达到 90% 的污染物去除效率，需要极大的功率。同时，也需要反应器有极大的体积，以保证反应时间，这就是普通的等离子体反应器极其昂贵的原因。

本技术并非以臭氧的简单氧化，或者以臭氧分解产物 - 羟基做单一氧化剂的所谓"高级氧化技术"，臭氧及其他产物，仅仅是反应过程的一个参与者，需要进一步的过程才会发挥作用。虽然会有部分氧化作用，理论计算表明，对污染物的去除率在本过程中不会超过 30%。

第二单元——量子激发器技术（简称 B 技术）

现代科学研究表明，气味在由于物质的两个特性所决定，一为物质的分子量，例如碳环随碳数目的增加，其气味逐渐减弱，达到 18 个碳时，就没有气味了。二为特定的分子团，称为发臭团，例如羟基等。某些物质例如 H  2S 本身就是发臭团。基于此，如果能够将发臭团分解或者断开与基座的链接，则物质失去气味。即我们不需要分解整个分子，只需要分解发臭团。

又根据物理学的基本常识，能量差别过大的粒子之间不会进行能量传递，也就是不吸收，所以针对不同污染物，需要不同的波长。通过调控光子能量，即可高效的除去污染分子。例如针对 CS 2 需要 183nm，SO2需要 207nm，NH3 需要 175nm 等。对于发臭团，也有一个最优波段，我们通过调校紫外光源，使得对发臭团具有选择性吸收，就可以将发臭物质"激发"。

处于激发态的物质，具有极大的化学活性，现代 科学表明，一方面，激发态物质的电子轨道处于高 n 态，

其原子半径很大（例如，氢原子的最高 n 值可达 630，其半径已经超过气体分子的间距），所以碰撞概率提高很大，另外，分子构型也会发生变化，提高碰撞概率。对于氧化物质和被氧化物质同时施加激发，则发生所谓的"协同"效应。个别情况下，有可能达到 106 倍。按照我们的方案，反推算得到的倍数为 80000 倍。由于气体对于该波段的吸收是选择性的，所以具有极其安全的特性，即只产生我们所需要的效果，没有副产品和副作用，是真正"绿色"技术。该过程在合适的参与物比例下，通过合适功率激发，即可达到 99% 的污染物去除效率。

反应步骤：

其基本过程为链反应，该过程中化学反应仍然极 其复杂。

大致包括三类反应，即链引发反应、自由基传递 反应和链终止反应。

例如：

第三单元——光反应器技术：光化学原理（简称C技术）

该单元对于未反应物质，进行二次激发，可以将处理效果达到 99.9%。

如果前一单元是高能激发，则该单元属于低能激发，主要是针对不同物质的波段选择，目前技术下无法用一种元件来实现。

本单元的另一目的，就是尾气分解。由于臭氧是高能氧化剂，对于近地面大气是有害物质，会引发多种连锁反应，同时对周围腐蚀性极强，对人体也是有害的，所以，需要将其分解，使得排气孔附近臭氧含量达到卫生标准。

另一个还处于保密阶段的技术原理就是电磁搅拌作用，经仔细设计的表面波反应器投射出特定的电磁波。对发臭团及臭氧进行电磁搅拌，极其有利于提高化学反应速度。

动力学描述

以上分步描述设备个部分的功能，下面从反应动力学解释其工作过程。

第三单元——光反应器技术：光化学原理（简称C技术）

该单元对于未反应物质，进行二次激发，可以将处理效果达到 99.9%。

如果前一单元是高能激发，则该单元属于低能激发，主要是针对不同物质的波段选择，目前技术下无法用一种元件来实现。

本单元的另一目的，就是尾气分解。由于臭氧是高能氧化剂，对于近地面大气是有害物质，会引发多种连锁反应，同时对周围腐蚀性极强，对人体也是有害的，所以，需要将其分解，使得排气孔附近臭氧含量达到卫生标准。

另一个还处于保密阶段的技术原理就是电磁搅拌作用，经仔细设计的表面波反应器投射出特定的电磁波。对发臭团及臭氧进行电磁搅拌，极其有利于提高化学反应速度。

定义：臭氧及其产物与污染物进行化学反应，其反应速率为 v1。当使用某种紫外线辐照污染物时，其反应速率为 v2。如果将两个工艺加到同一个反应器则反应速率 >(v1+v2)，该现象叫做"协同效应"。协同效应虽然增加了反应速率，但增加倍数有限。当我们控制多个紫外线的频率及其功率，使之满足某个比例，同时控制臭氧的浓度，则在其他因素参与下，会与某种分子结构例如"发臭团"产生大倍数的协同效果。 我们称满足这种比例的多种紫外线符合"共振条件"。由于多种紫外线包括了远紫外与真空紫外在内的十几个波段，所以统称为"光量子"。应用以上原理开发的废气处理技术被称为"共振光量子与臭氧及产物协同效应"技术，简称"共振量子协同"技术。

其基本原理在于光化学技术中的共振激发、链反应、臭氧氧化及高级氧化等。以下分叙之：

首先是臭氧氧化，已有 100 年的应用历史了，但是最近由于臭氧发生器技术的突破性进展才得到广泛应用，其原理也已经得到阐述。其后续产物例如羟基的氧化性也得到充分研究，被称为高级氧化技术。由于其仅次于氟的氧化电位，所以广泛应用于水的处理和废气的处理中。

光量子的作用目前研究的并不充分，对"协同效应"的机理研究也无重大进展。除利用 185nm 波段产生低浓度臭氧外，似乎无其他应用，特别是低强度的紫外光，很少单独用于化学反应，这与紫外激光的情形恰好相反，绝大多数的研究成果都是"唯像"的。

"共振量子协同"技术的机理研究与此类似，但以下几点是已经被证实了的。

1.激发态原子的反应截面增加。例如，处于里伯德态的类氢原子，其轨道半径与 n2 成正比。同时处于里伯德态的电子几乎没有穿透作用，与自由电子类似，所以其碰撞截面极大，化学反应活性极高。

2.被激发的分子，其构型会发生变化，增加了反应截面。

3.臭氧吸收某种紫外（254nm）后会分解，但其分解速率又与另一种紫外线有关。实验发现有一个最优值存在。在此最优状态下，臭氧具有最大化学活性和最高动力学常数。

4.污染物的某些结构对应一个最优吸收条件，称为共振吸收。例如：针对 CS2 需要 183nm，SO2 需要 207nm，NH3 需要 175nm 等。控制光量子的能力就可以使得污染物被最大激发。

5.  链反应需要引发、萃灭、过桥等多种辅助剂型，合理控制辅助剂型显然可以增加反应速率。

6.   以上几种情况下，每一种的增益常数设为 Ai，则综合增益为 A=∏Ai。

显然，乘法性质的增益，具有很大的数值。一般简单的控制就能获得近千倍的增益，高效的控制会得到几十万倍的增益。一般臭氧的半衰期为 16 小时，10 万倍的增益意味着秒级时间，这就是可以在秒级时间内处理污染物的动力学原理。

从分子碰撞截面的构成来看，若定义 S 为碰撞截面，则：

S=k×r×n1×n2/l

其中：

k：动力学系数，对于固定的反应，为常数

r：分子几何截面，取决于最外层价电子的主量子数，以及分子的构型。

n：反应分子密度。

l：自由程，取决于气体压力、温度、密度等条件。

从本工艺的作用来看，第一单元增加了 n1 的值；第二单元增加了 r 的值，减少了 l 的值。由于公式中完全是乘法关系，所以其碰撞截面是以乘法的指标增加，特别是 l，近于零时截面无限增大，即无需碰撞，直接接触。

学反应速率设为 J，则 :J=S×P/t

p：碰撞反应概率，取决于价电子的化学电位和激发程度。

t：氧化剂的半衰期，例如臭氧分子分解的速率。

第二和第三单元都增加了 P 的值，减少了 t 的值，所以可以显著提高反应速率。

反应速率的增加，实际上对于反应动力学而言，可以减小系统体积，降低系统阻力，显然就能降低能耗，提高处理效率。

我们知道，不同的电磁波段对于分子而言，具有不用的作用。例如红外对于分子具有振动作用，微波段对于分子具有转动作用，高速转动的极性分子其碰撞截面和反应速率都会有很大的提高，所以通过激发器的多波段特征，可以有效的增加反应截面和反应速率。

工程应用

一般化学反应分为气 - 气反应，气 - 液反应，气 - 固反应。

显然，反应速度当属气 - 气反应最快，气 - 液反应次之，而气 - 固反应最慢。原因在于气 - 气反应是直接取决于碰撞截面，是正比关系。而气 - 液反应需要传质，但液体内部则是高碰撞的，所以虽然小于气 - 气反应，但大于气 - 固反应。气 - 固反应局限于固体 表面，因此反应速度最慢。

基于此，本技术的所有氧化剂都是气态，因此较之吸附法、吸收法、生物法等，其反应速度显然不在一个数量级。

首先是风机功耗，由于无需传质，所以阻力极小。

其次无须添加药剂，所以运行成本仅为电费。

最后由于反应速率极高，因此装置体积较小，造价较低。

关于选择性问题：

实验表明，共振量子协同技术对于"发臭团"似乎具有特殊的亲和性，其反应速率与臭氧与污染物的反应顺序似乎并不吻合。理论上，臭氧应该按照"链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃"的顺序发生反应，但是在共振量子协同技术中，化学反应顺序是按照"官能团"被激发的难易程度反应的。这可能是由于臭氧反应首先会采取亲电反应的方式，所以首先与"官能团—例如发臭团"发生反应，而很少与苯等发生加成反应。已经发现如下事实：共振量子协同技术处理气味分子更加有效，比处理其他废气有更快的速度。

关于氧化深度问题：

最简单的"发臭团"靶向氧化需要较小的功率，但对于有毒有害"基团"的氧化需要较大的功率。如果需要对整个有机分子完全氧化成二氧化碳和水，是不经济的。较大的功率不仅无助于"更洁净"的效果，而且由于将大分子攻击成碎片，会引发一系列不可控的中间体。特别的，对于苯系物，一般的氧化产物是苯甲酸，而不是二氧化碳和水。重要的是，对于痕量物质的氧化，其化学反应动力学常数肯定很小，如果要求完全氧化，则需要极其庞大的反应器，这在工程上难以实现。