高能離子體中的化學(xué)反應(yīng)主要是通過(guò)氣體放電產(chǎn)生的快電子激發(fā)來(lái)完成的。這些快電子與氣體分子碰撞，使氣體分子激發(fā)到更高的能級(jí)。被激發(fā)到高能級(jí)的分子，由于其內(nèi)能的增加，既可發(fā)生鍵的斷裂也可以與其它物種發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而由于碰撞失去部分能量的電子在電場(chǎng)的作用下仍可得到補(bǔ)償。典型的反應(yīng)類(lèi)型如下：
電子/分子反應(yīng)
激發(fā) e + a2 → a2+ + 2e
離解 e + a2 → 2a + e
附著 e + a2 → a2-
離解附著 e + a2 → a- + a
電離 e + a2 → a2+ + 2e
復(fù)合 e + a2- → a2
離脫 e + a2- → a2 + 2e
分子/原子反應(yīng)
潘寧離解 m* + a2 → 2a + m
潘寧電離 m* + a2 → a2+ + m + e
電荷轉(zhuǎn)移 a+ + b → b+ + a
離子復(fù)合 a+ + b- → ab
中性復(fù)合 a + b + m → ab + m
分解反應(yīng)
電子的 e + ab → a + b + e
原子的 a* + b2 → ab + b
合成反應(yīng)
電子的 e + a → a* + e
a* + b → ab
原子的 a + b → ab
可以看出，低溫非平衡態(tài)高能離子體是使分子活化的有效方法，它能使幾乎所有的分子激發(fā)、電離和自由基化，產(chǎn)生大量的活性基團(tuán)，如 o2-、o、oh、o3 和高能量的自由電子。這些活性物種使得在通常條件下難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)可以很容易地在高能離子體系統(tǒng)中完成。尤其對(duì)空氣中污染物的脫除，可以在很短的時(shí)間內(nèi)使其分解甚至*分解。研究表明，等離子體分解空氣污染物可通過(guò)兩種途徑完成：(1)在產(chǎn)生等離子體的過(guò)程中產(chǎn)生的瞬間高能量，打開(kāi)某些有害分子的化學(xué)鍵，使其分解成單質(zhì)原子或無(wú)害分子。(2)高能離子體中包含了大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子(其能量范圍如表 1)和具有強(qiáng)氧化活性的自由基，這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞，打開(kāi)氣體分子的化學(xué)鍵，同時(shí)產(chǎn)生的大量•oh、ho2• 、o•等自由基和氧化性*的 o3 跟有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無(wú)害產(chǎn)物。
表 1 高能離子體中各種粒子能量和幾種氣體分子鍵能
高能離子體空氣凈化的作用機(jī)理如下：
o2 →2o
n2 → n2*(a) → • h + •oh
nox → n2+o2
sox → s+o2
o2(+m) + o→ o3(+m)
• oh+h2s → hs• +h2o
o+h2s→ hs •+ •oh
hs •+ •oh→s+h2o
•oh+nh3 → nh2+h2o
•oh+nh2 → n2+h2o
•oh+co → co2 +•h
此外，高能離子體還有去除空氣中的煙塵顆粒、細(xì)菌、花粉、病毒、孢子等污染物的作用。去除顆粒污染物放電產(chǎn)生的等離子體中包含有大量的電子和正負(fù)離子，它們?cè)陔妶?chǎng)梯度的作用下，與空氣中的顆粒污染物發(fā)生非彈性碰撞，從而附著在上面，使之成為荷電離子，若外加電場(chǎng)，可被集塵極收集。這一過(guò)程對(duì)懸浮于空氣中直徑小于100 微米的顆粒和直徑小于 10 微米的可吸入顆粒有較高的清除效果。去除細(xì)菌、花粉、病毒、孢子放電產(chǎn)生的負(fù)離子同空氣中的有毒化學(xué)物質(zhì)以及病菌懸浮顆粒物相碰撞使其帶負(fù)電。這些帶負(fù)電的顆粒物會(huì)吸引其周?chē)鷰д姷念w粒物(通?？諝庵械募?xì)菌、病毒、孢子等是帶正電)。這種聚集過(guò)程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止。除了聚集過(guò)程外，在有限的空間里空氣中帶負(fù)電的顆粒物還被吸附到帶正電的表面(通常情況下，房間里面大多數(shù)物體的表面，包括墻壁、地面、家具、電器等都是帶正電的)。
表 2 高能離子體氣體凈化處理設(shè)備的參數(shù)