CN101401945B - 利用等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法 - Google Patents

利用等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法 Download PDF

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本发明公开了属于等离子体技术处理设备领域的一种等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法。该处理装置恒流泵通过管道连接至溢流器底部的进液口，恒流泵的吸液管插入原液储瓶中，溢流回收槽底部的处理液出口通过回收管和处理液储瓶连通。原液储瓶中的液体经管路通过恒流泵送入溢流器底部进液口，再向上进入扩展区，在恒流泵的动力下，通过溢流口向四周均匀溢出至溢流回收槽中，放置在溢流器上面的等离子体发生装置所产生的等离子体对扩展区上部形成稳定均匀的液流进行辐照处理；然后处理液通过回收管流入处理液储瓶。本发明结构简单、低能耗，方法操作简易，可以利用等离子体对大量液体进行消毒灭菌以及液态微生物悬浮液的诱变育种，有良好的应用前景。

Description

利用等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法
技术领域
本发明属于等离子体技术处理设备领域，特别涉及用于液体消毒或菌悬液诱变育种的一种利用等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法。 
背景技术
    等离子体技术作为新的消毒和诱变育种方法，在医药卫生和工业微生物领域有很好的应用前景。目前，对于应用等离子体技术对固体表面进行处理设备较多，但该技术对液体的穿透能力有限，因而限制了该技术在对大量和流动的液体进行处理技术中的广泛应用。目前随着等离子体技术的应用领域越来越广泛，特别是常压低温等离子体的出现和技术进步，大大克服了常规等离子体需要真空装置的缺点，将大力推动其在消毒、微生物育种、化学反应、材料处理等领域应用发展。这些应用大多需要在液体环境中进行，因此，开发一种适于等离子体照射的大量液体处理装置变得越来越急迫。 
发明内容
本发明的目的是提供一种利用等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法。特别适于常压低温等离子体处理液体样品。 
所述等离子体技术进行液体表面处理装置，其特征在于，该装置包含恒流泵、溢流器，原液储瓶和溢流回收槽；由恒流泵1通过管道连接至溢流器2底部的进液口8，恒流泵1的吸液管10插入原液储瓶3中，溢流回收槽7底部的处理液出口5通过回收管9和处理液储瓶4连通；溢流器2的主体由一个倒圆锥形腔体和呈环形的溢流回收槽7环绕在倒圆锥体形腔体周围构成，腔体截面直径沿液体流动方向增大，为保证表面液体溢流均匀，腔体内死角小，应使倒圆锥体形腔体上沿即扩展区6四周水平，并且扩展区6上沿高于溢流回收槽7上沿，用于回收溢流出的液体；进液口8位于腔体的正下方，且倒圆锥形腔体的深度要小，并且扩展区6上沿高于溢流回收槽7上沿，用于回收溢流出的液体；为保证溢流回收槽中液体无残留，溢流回收槽底部液体出口处应较底部其他部分低，位于椎体下底端的进液口8内径应小于扩展区6上部最大半径的1/4；等离子体发生装置放置在溢流器2的上面。 
所述利用等离子体技术进行液体表面处理装置进行液体表面处理的方法，原液储瓶3中的液体经吸液管10，通过恒流泵1送入溢流器2的底部的进液口8，再经底部向上进入扩展区6，然后从扩展区6上沿溢流口四周均匀溢出至溢流回收槽7中，当溢流器2水平放置时，液体可以在扩展区6上部形成稳定均匀的液流，此时，放置在溢流器2上面的等离子体发生装置所产生的等离子体对扩展区6上部形成的稳定均匀的液流进行辐照处理，等离子体中的活性粒子可以作用于液流中的目标物体或分子，使其发生变化；未被处理目标物的浓度可以通过分光光度计或其他检测仪器进行检测，溢流回收槽7中经辐照的处理液通过底部的回收管9流入处理液储瓶4。 
所述液体经过溢流区的溢流速度通过调节恒流泵1的转动速度进行控制，使处理时液体流速为3mL/min。 
所述等离子体发生装置功率为120W，产生气体为Ar，辐照口与液面之间的距离为3mm。 
本发明的有益效果是提供了一种新型等离子体技术进行液体表面处理装置及处理方法，避免现有装置对静止液体或液滴处理时造成的不均匀，或者不能对大量液体进行连续处理等问题；同时实现对大量液体和流动液体进行均匀的表面处理。本发明装置产生的液体溢流流速均匀稳定，很好的满足了某些设备对大量液体进行薄层处理的要求。其主要优点有： 
（1）液体表面处理装置可以在扩展区表面形成稳定均匀的液流，液流死区小，可以进行连续操作；
（2）可以使用普通的恒流泵，设备成本及运行能耗低；
（3）应用范围广，可以根据需要对装置尺寸和形状进行调整,装置放大容易；
（4）结构简单，对材料和加工工艺没有特殊要求，只需要常规加工，大大节省了装置成本，提高了经济性，操作费用低廉，维修管理方便。
本发明可应用于等离子体技术对液体的消毒处理领域，也可用于对菌体或孢子悬浮液的诱变育种领域。 
附图说明
图1为等离子体技术进行液体表面处理装置的示意图。 
具体实施方式
图1为等离子体技术进行液体表面处理装置的示意图。图中，恒流泵1通过管道连接至溢流器2底部的进液口8，恒流泵1的吸液管10插入原液储瓶3中，溢流回收槽7底部的处理液出口5通过回收管9和处理液储瓶4连通。溢流器2的主体由一个倒圆锥形的腔体和溢流回收槽构成，腔体截面直径沿液体流动方向增大，为保证表面液体溢流均匀，腔体内死角最小，应使倒圆锥形腔体上沿即扩展区6四周水平，进液口8位于腔体的正下方，且倒圆锥形腔体的深度要小。溢流回收槽7呈环形，位于溢流口四周，并且扩展区6上沿高于溢流回收槽7上沿。用于回收溢流出的液体。为保证溢流回收槽中液体无残留，溢流回收槽底部液体出口处应较底部其他部分低。位于椎体下底端的进液口8内径应小于扩展区6上部最大半径的1/4。 
所述利用等离子体技术进行液体表面处理装置进行液体表面处理的方法，原液储瓶3中的液体经吸液管10，通过恒流泵1送入溢流器2的底部的进液口8，再经底部向上进入扩展区6，然后从扩展区6上沿溢流口四周均匀溢出至溢流回收槽7中，当溢流器2水平放置时，液体可以在扩展区6上部形成稳定均匀的液流，此时，放置在溢流器2上面的等离子体发生装置对扩展区6上部形成稳定均匀的液流进行辐照处理，等离子体中的活性粒子可以作用于液流中的目标物体或分子，使其发生变化；未变化的目标物体或分子浓度可以通过分光光度计或其他检测仪器进行检测，溢流回收槽7中经辐照的处理液通过底部的回收管9流入处理液储瓶4。 
所述溢流器正常工作时，在扩展区上部形成稳定的液面，与液面的高度和弧面、扩展区的顶端直径、液体的粘度及表面张力等相关。稳定均匀的液流的流速可以通过调节恒流泵的转动速度进行控制。 
液体由处理液进口进入溢流器底部，通过管路上行至圆锥形溢流区内，随外壁扩大而展开形成薄层液膜。随着底部液体的不断泵入，液膜上层液体溢流扩展区四周外沿溢出。溢出后的液体进入溢流回收槽中，由于溢流回收槽的带有排出孔的一端较低，则液体在槽中会自动汇集到有排出孔的一侧，并随连接到排出孔的管路排出至收集瓶中。 
实施范例1 
溶液采用活性黑溶液。活性黑由天津化学染料二厂（天津北极星化工有限公司）生产。分子式C26H21N5Na4O19S6，分子量991.82，初始浓度为0.3125nmol/L。
恒流泵采用保定兰格恒流泵有限公司生产的BT100-1J型。 
液体表面采用常压低温等离子体进行处理。常压低温等离子体在消毒灭菌、微生物诱变育种等领域有很好的应用，因其对液体穿透能力有限，所以一直很难应用于液体处理领域。等离子体发生装置由清华大学工程物理系等离子体健康科学实验室提供。 
将染料初始溶液在本处理装置中进行溶液循环，液体经过溢流口时，形成薄膜层流， 使用等离子体装置对其进行辐照处理。等离子体中的活性粒子可以作用于溶液中的染料分子，使其发生降解；未降解染料的浓度可以通过分光光度计进行检测，吸收波长597nm。处理时液体流速为3mL/min。等离子体发生装置功率为120W，产生气体为Ar，辐照口与液面之间的距离为3mm。分三次对液体进行处理。结果如表1所示： 
表1 常压低温等离子体对染料活性黑进行处理
处理次数 0 1 2 3
浓度（nmol） 0.3125 0.2412 0.2220 0.1996
由此可见，液体表面处理装置可以很好形成稳定且流动的表层液膜，提高处理效率，从表中可以看出 经过一次处理后，溶液中的染料分子摩尔浓度降低23%，经过二次处理后，溶液中的染料分子摩尔浓度降低28%，经过三次处理后，溶液中的染料分子摩尔浓度降低37%，降解染料分子的效果非常明显。这一发明可以很好的应用于等离子体的对液体的处理领域。

Claims (3)

1.一种等离子体技术进行液体表面处理装置，其特征在于，该装置包含恒流泵、溢流器，原液储瓶和溢流回收槽；由恒流泵（1）通过管道连接至溢流器（2）底部的进液口（8），恒流泵（1）的吸液管（10）插入原液储瓶（3）中，溢流回收槽（7）底部的处理液出口（5）通过回收管（9）和处理液储瓶（4）连通；溢流器（2）的主体由一个倒圆锥形腔体和呈环形的溢流回收槽（7）环绕在倒圆锥体形腔体周围构成，腔体截面直径沿液体流动方向增大，为保证表面液体溢流均匀，腔体内死角小，应使倒圆锥体形腔体上沿即扩展区（6）四周水平，并且扩展区（6）上沿高于溢流回收槽（7）上沿，用于回收溢流出的液体；进液口（8）位于腔体的正下方，且倒圆锥形腔体的深度要小，并且扩展区（6）上沿高于溢流回收槽（7）上沿，用于回收溢流出的液体；为保证溢流回收槽中液体无残留，溢流回收槽底部液体出口处应较底部其他部分低，位于椎体下底端的进液口（8）内径应小于扩展区（6）上部最大半径的1/4；等离子体发生装置放置在溢流器（2）的上面。
2.一种利用权利要求1等离子体技术进行液体表面处理装置进行液体表面处理的方法，其特征在于，原液储瓶（3）中的液体经吸液管（10），通过恒流泵（1）送入溢流器（2）底部的进液口（8），再经底部向上进入扩展区（6），然后从扩展区（6）上沿溢流口四周均匀溢出至溢流回收槽（7）中，当溢流器（2）水平放置时，液体在扩展区（6）上部形成稳定均匀的液流；120W等离子体发生装置放置在溢流器（2）上面，辐照口与液面之间的距离为3mm，产生气体为Ar，此时，等离子体发生装置对扩展区（6）上部形成稳定均匀的液流进行辐照处理，等离子体中的活性粒子作用于液流中的污物分子，使其发生降解；未降解污物分子的浓度通过分光光度计进行检测，分光光度计吸收波长为597nm，溢流回收槽（7）中经辐照处理的处理液通过底部的回收管（9）流入处理液储瓶（4）。
3.根据权利要求2所述利用等离子体技术进行液体表面处理装置进行液体表面处理的方法，其特征在于，所述液体经过溢流口的溢流速度通过调节恒流泵的转动速度进行控制，使处理时液体流速为3mL/min。
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