CN101538792A - 同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置。多个多排内置管状金属电极的石英管插入导电水溶液电极中，石英管的一端穿过机玻璃水槽底部进入改性室，另一端露出机玻璃水槽外用聚四氟乙烯套密封，管状金属电极穿过聚四氟乙烯套与活性气体源连通，石英管外与惰性气体源连通，石英管端底部开通孔，在改性室内装有与每一排石英管的底部孔垂直对应排数的纤维丝，管状金属电极并联后与高压端连接，低压端与导电水溶液电极连接。本发明导电液体作为外电极，具有冷却放电系统，减少能耗，避免了因反射等离子体导致两电极短路而产生拉弧现象；同时液体电极避免了利用金属电极而与介质的膨胀系数不同而导致介质破裂现象的发生。

Description

同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置
技术领域
本发明涉及一种大气压介质阻等离子体炬阵列发生方法及装置。
背景技术
在传统等离子体研究中，真空条件下产生等离子体一直占据着主导地位。最近，大气压低温辉光等离子体源由于其具有不需要昂贵的真空装置、系统简单、操作方便等优点越来越受到科研工作者的注意。到目前为止，已有许多大气压辉光等离子体源被设计出来，其频率从直流的50Hz到微波的2.45GHz，这些放电源表现出了良好的应用前景，像用于杀菌、发生臭氧、等离子体显示屏、表面改性、废水废气处理等。但这些放电系统的外电极都是金属，且被套在或镀在介质层表面，由于介质层与金属的膨胀系数不同，在放电过程中介质层容易破裂或金属层脱落，另一方面，用该炬对不规则材料进行处理时，如用于管子内表面改性，被反射的等离子体会把两电极短路，产生很热的等离子体弧，从而会烧坏被改性的材料，尤其是有机材料。虽然有的研究者采有套管式自来水做电极，但是等离子体炬的面积太小，很难在工业中有所作为。特别是将大气压辉光等离子体炬用于纤维改性，效率相对较低，且产生的紫外线和臭氧对人和环境都会产生一定的危害。能否设计一种可对纤维大面积表面处理且其副产物被用来处理污水的等离子体发生装置呢？
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体炬阵列发生方法及装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
在机玻璃水槽中盛有导电水溶液电极，多个多排内置管状金属电极的石英管插入导电水溶液电极中，石英管的一端穿过机玻璃水槽底部进入改性室，石英管的另一端露出机玻璃水槽外用聚四氟乙烯套密封，管状金属电极穿过聚四氟乙烯套与活性气体源连通，石英管外与惰性气体源连通，石英管的一端底部为锥形并开通孔，在改性室内装有与每一排石英管的底部孔垂直对应排数的纤维丝，每排纤维丝由各自的传动机带动连续转动，多个多排管状金属电极并联后与高压源的高压端连接，高压源的低压端与导电水溶液电极连接，改性室(13)中的气体经管路、气体分配器从机玻璃水槽接入。
所述的每个石英管均内装有开孔的陶瓷固定套，每个管状金属电极均插入陶瓷固定套中心孔中定位。
本发明将染料污水注入水槽中，用惰性气体将石英管阵列里层内的空气排出，并使惰性气体保持放电要求的稳定流速流入石英管阵列里层，将导电水溶液连接高压电源，则在石英管阵列的出口形成相对大面积辉光等离子体炬阵列，且等离子体炬阵列的数量可根据实际需要增加。在空气和氧气活性气体存在条件下，氧气等离子体就会产生臭氧在转动的纤维表面接枝极性基团，达到表面改性的效果。另一方面，被收集的多余活性气体通过水槽内气体分配器与污水接触，且等离子体产生的紫外线通过石英管辐射污水，在两者共同作用下，可大大加快污水降解的速度。
本发明具有的有益效果是：
本发明是采用水溶液或污水为外电极的新型大气压介质阻挡放电装置，采用柔性水溶液做电极，避免了因反射等离子体导致两电极短路而产生的拉弧现象，同时水溶液还能对系统进行冷却，吸收放电产生的热量，提高了污水的温度，加快了染料的降解速度。而且，液体电极避免了受热金属电极因与介质的膨胀系数不同而导致介质破裂的发生，从而延长了工作寿命，为实现商业化运作创造了条件。另一方面，水溶液外电极被有机玻璃槽保护起来，可对任何形状的材料表面进行表面改性，不必担心反射的等离子体把内外电极短路；而且，本发明可有效降低真空等离子体需要昂贵真空系统所带来的成本，并能同时对大批量的纤维和污水同时连续处理，进一步降低了生产成本。
用中心管状电极代替电极棒后，由于有机组分和活性气体通过管状内电极到达辉光等离子体区中，故不会影响辉光等离子体的形成，而且化学键会快速被高能电子打断在改性材料表面上形成聚合物和极性基团，从而实现了大气压辉光等离子体炬阵列改性纤维材料的目的。有机单体或活性气体在等离子体的中心，不会受其它气体的影响，达到了与真空等离子体聚合相似的反应条件。
附图说明
附图是本发明装置的结构示意图。
图中：1、活性气体源，2、惰性气体源，3、石英管，4、有机玻璃水槽，5、陶瓷固定套，6、气体分配器，7、传动机，8、纤维丝，9、高压电源，10、管状金属电极，11、聚四氟乙烯套，12、导电水溶液电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如附图所示，本发明在机玻璃水槽4中盛有导电水溶液电极12，多个多排内置管状金属电极10的石英管3插入导电水溶液电极12中，石英管3的一端穿过机玻璃水槽4底部进入改性室13，石英管3的另一端露出机玻璃水槽4外用聚四氟乙烯套11密封，管状金属电极10穿过聚四氟乙烯套11与活性气体源1连通，石英管3外与惰性气体源2连通，石英管3的一端底部为锥形并开通孔，在改性室13内装有与每一排石英管3的底部孔垂直对应排数的纤维丝8，每排纤维丝8由各自的传动机7带动连续转动，多个多排管状金属电极10并联后与高压源9的高压端连接，高压源9的低压端与导电水溶液电极12连接，改性室13中的气体经管路、气体分配器6进入机玻璃水槽4，达到与污水充分的接触。
所述的每个石英管3均内装有开孔的陶瓷固定套5，每个管状金属电极3均插入陶瓷固定套5中心孔中定位。
如附图所示，导电水溶液电极12、惰性气体源2、活性气体源1，导电水溶液电极12设置于石英管3的外层有机玻璃水槽4中，惰性气体源2与石英管3的里层之间连接有导管，为确定惰性气体和活性气体的流量，在惰性气体源2和活性气体源1的出口处设有流量计，该流量计采用浮子流量计；所述石英管3的里层设有管状金属电极10，该管状金属电极10可选用任何导电金属，该管状金属电极10与高压电源9的高压端相连，高压电源9低压端与导电水溶液电极12构成回路。
把导电水溶液电极12注入有机玻璃水槽4中，并保留一段空隙或使其上出口处于开通状态，这样可使导电水溶液在有机玻璃水槽4内自由膨胀，先用惰性气体将管状金属电极10及石英管3中的空气排出，然后通过流量计调节惰性气体流量使其达到放电要求的流速，通常保持在0.2-0.8m3/小时，并把高压电源9调节到一定电压，通常在五、六千伏以上，就会在石英管3阵列的出口形成2-4cm的辉光等离子体炬阵列。通过浮子或质量流量计控制从管状金属电极10进入等离子体炬阵列中的活性气体(空气或氧气)，活性气体被等离子体炬活化后就可启动传动机7对连续运转的纤维丝8进行表面改性。另一方面多余的活化气体通过底端收集后通过气体分配器6与污水接触。石英放电管阵列产生的紫外线和活化气体共同作用就可大大提高污水的处理效率。
进一步，如果用有机单体对纤维进行改性，就在石英管3阵列外的水槽中加入相应可对单体吸收的导电水溶液电极12充当一放电电极。其它改性过程与上述过程相同。

Claims (2)

1、一种同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置，其特征在于：在机玻璃水槽(4)中盛有导电水溶液电极(12)，多个多排内置管状金属电极(10)的石英管(3)插入导电水溶液电极(12)中，石英管(3)的一端穿过机玻璃水槽(4)底部进入改性室(13)，石英管(3)的另一端露出机玻璃水槽(4)外用聚四氟乙烯套(11)密封，管状金属电极(10)穿过聚四氟乙烯套(11)与活性气体源(1)连通，石英管(3)外与惰性气体源(2)连通，石英管(3)的一端底部为锥形并开通孔，在改性室(13)内装有与每一排石英管(3)的底部孔垂直对应排数的纤维丝(8)，每排纤维丝(8)由各自的传动机(7)带动连续转动，多个多排管状金属电极(10)并联后与高压源(9)的高压端连接，高压源(9)的低压端与导电水溶液电极(12)连接，改性室(13)中的气体经管路、气体分配器(6)从机玻璃水槽(4)接入。
2、根据权利要求1所述的一种同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置，其特征在于：所述的每个石英管(3)均内装有开孔的陶瓷固定套(5)，每个石英管(3)均插入陶瓷固定套(5)中心孔中定位。
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