CN104379513A - 液体处理装置以及液体处理方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供效率良好地产生等离子体、能在短时间内进行液体的处理的液体处理装置以及液体处理方法。本公开的液体处理装置具备：第1电极；配置在液体中的第2电极；被设置成隔着空间包围第1电极，并在与该液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和对第1电极与第2电极间施加交流电压或脉冲电压的电源。本公开的液体处理装置通过电源对第1电极与所述第2电极间施加电压来将空间内的液体气化，从而产生气体，在气体从开口部放出到液体中时进行放电，由此产生等离子体。

Description

液体处理装置以及液体处理方法

技术领域

本公开涉及通过在液中生成等离子体来进行液体的处理、特别是处理水的等离子体装置以及液体处理方法。

背景技术

作为现有的液体处理装置，有使用高电压脉冲放电的装置(例如参考专利文献1)。以下用图10来说明现有的液体处理装置(杀菌装置)。图10所示的杀菌装置1由使直径0.05～0.5mm的棒状的高电压电极2和板状的接地电极3成对的放电电极6构成。高电压电极2除了前端部2a的端面以外都被绝缘体4被覆，从而形成高电压电极部5。另外，高电压电极2的前端部2a和接地电极3设置给定的电极间隔，在处理槽7内以浸渍在被处理水8中的状态对置配置。进而，高电压电极2和接地电极3与产生高电压脉冲的电源9连接。在两者的电极间施加2～50kV、100Hz～20kHz的负极性的高电压脉冲，进行放电。由于其能量引起的水的蒸发、以及伴随冲击波的气化，产生由水蒸气构成的气泡10。另外，通过在高电压电极2附近生成的等离子体使OH、H、O、O₂ ^-、O^-、H₂O₂产生，对微生物和细菌进行杀菌。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009-255027号公报

发明的概要

发明要解决的课题

但是，在上述的现有的构成的装置中，有等离子体的产生效率低、液体的处理花费较长时间这样的问题。

发明内容

因此，本公开解决所述现有的课题，目的在于，提供效率良好地产生等离子体、能在短时间内进行液体的处理的液体处理装置以及液体处理方法。

用于解决课题的手段

本公开的一个方式的液体处理装置具备：第1电极；配置在液体中的第2电极；被设置成隔着空间包围所述第1电极，并在与所述液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和对所述第1电极与所述第2电极间施加交流电压或脉冲电压的电源。

本公开的一个方式的液体处理装置具备：第1电极；配置在液体中的第2电极；被设置成隔着空间包围所述第1电极，并在与所述液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和对所述第1电极与所述第2电极间施加电压的电源，通过所述电源对所述第1电极与所述第2电极间施加电压，将所述空间内的液体气化来产生气体，在所述气体从所述开口部放出到液体中时进行放电，来产生等离子体。

本公开的一个方式的液体处理方法，对第1电极与配置在液体中的第2电极间施加电压，将形成在所述第1电极与绝缘体间的空间内的液体气化来生成气体，在所述气体从设于所述绝缘体的开口部放出到液体中时在所述气体内进行放电，来在所述气体内产生等离子体，其中，所述绝缘体被设置成包围所述第1电极，与所述液体接触地具备开口部。

本公开的一个方式的等离子体处理水，通过对液体通电而生成的液体中的OH自由基在通电停止后也还存在1.0μM～2.4μM。

上述的概括性且特定的方式能通过液体处理装置、液体处理方法还有液体处理装置以及液体处理方法的任意的组合实现。

发明的效果

根据本公开所涉及的液体处理装置以及液体处理方法，能效率良好地产生等离子体，能在短时间内进行液体的处理。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置的整体构成的示意图。

图2是表示本公开的实施方式1中的第1金属电极的周边的电极构成的截面图。

图3是比较本公开的实施方式1和比较例中的相对于处理时间的靛胭脂水溶液的分解量的图。

图4是表示本公开的实施方式1中的绝缘体的开口部的直径和靛胭脂水溶液的标准化分解速度的关系的图。

图5是表示用本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置进行处理的液体中的OH自由基浓度的测定结果的图。

图6是表示过氧化氢浓度和OH自由基浓度的关系的图。

图7是表示图5的A的时间点下的液体中的DMPO-OH的信号的图。

图8是表示图5的B的时间点下的液体中的DMPO-OH的信号的图。

图9是表示图5的C的时间点下的液体中的DMPO-OH的信号的图。

图10是表示使用现有的高电压脉冲放电的杀菌装置的整体构成的示意图。

具体实施方式

本公开的第1方式所涉及的液体处理装置具备：第1电极；配置在液体中的第2电极；隔着空间包围所述第1电极而设，在与所述液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和对所述第1电极与所述第2电极间施加交流电压或脉冲电压的电源。

通过这样的构成，由于与现有的装置相比，能效率良好地生成等离子体并生成长寿命的OH自由基，因此能在短时间内进行液体的处理。另外，由于对第1电极与第2电极间的距离没有限制，因此能将第2电极配置在液体中的任意的位置。进而，与现有的装置中的电极相比，由于能使第1电极的直径较大，因此能提升电极的耐久性。

在本公开的第2方式所涉及的液体处理装置中，具备：第1电极；配置在液体中的第2电极；绝缘体，其隔着空间包围所述第1电极而设，在与所述液体接触的位置具有开口部；和电源，其对所述第1电极与所述第2电极间施加电压，由所述电源对所述第1电极与所述第2电极间施加电压来使所述空间内的液体气化，从而产生气体，通过在使所述气体从所述开口部放出到液体中时进行放电，来产生等离子体。

如此，通过使形成在第1电极与绝缘体间的空间内的液体气化来从所述绝缘体的所述开口部生成气体，并在该气体内产生等离子体，由此能生成更纯粹的OH自由基。其结果，能在短时间内处理液体。

在本公开的第3方式所涉及的液体处理装置中，所述第1或第2方式中的所述开口部的直径为0.3mm～2mm的范围。

通过这样的构成，通过在开口部附近使电场集中，能效率良好地进行放电。其结果，能从开口部附近效率良好地产生等离子体。

在本公开的第4方式所涉及的液体处理装置中，所述第1～3中任一者的方式中的所述开口部被设置为开口方向相对于所述绝缘体的侧面成为垂直向上方向。

通过这样的构成，由于能在开口部附近防止气泡的气泡充塞，因此能效率良好地产生等离子体。

在本公开的第5方式所涉及的液体处理装置中，所述第1～4中的任一者的方式中的所述开口部在所述绝缘体设置多个。

通过这样的构成，由于能从多个开口部产生等离子体，因此能进一步效率良好地产生等离子体。

在本公开的第6方式所涉及的液体处理装置中，所述第1～5中的任一者的方式中的所述第1电极和所述绝缘体的各自的一个端部具有密封结构。

通过这样的构成，能在第1电极和绝缘体的连接端部防止液体泄漏，仅从绝缘体的开口部放出气体的气团。其结果，能效率良好地产生等离子体。

在本公开的第7方式所涉及的液体处理装置中，所述第6方式中的所述密封结构是螺纹紧固结构。

通过这样的构成，在第1电极和绝缘体的连接端部，能确实地防止液体泄漏。

在本公开的第8方式所涉及的液体处理装置中，所述第1～7中的任一者的方式中的所述电源提供电流值为3A以下的电流。

通过这样的构成，能仅使形成在第1电极与绝缘体间的空间内的液体气化，能在低功耗下有效率地产生等离子体。

在本公开的第9方式所涉及的液体处理装置中，还具备反应槽，其配置所述第1～8中的任一者的方式中的所述第1电极和所述第2电极。

通过这样的构成，能提供更容易使用的液体处理装置。

在本公开的第10方式所涉及的液体处理装置中，还具备：所述第9方式中的所述反应槽、和以循环泵以及配管连接的处理槽。

通过这样的构成，能使能在液体处理装置处理的液体的容量进一步增大。

在本公开的第11方式所涉及的液体处理装置中，所述第10方式中的所述处理槽接地。

通过这样的构成，能防止触电。

在本公开的第12方式所涉及的液体处理装置中，所述第10或第11方式中的所述处理槽是从水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器、水耕栽培用水/培养液循环装置的群中选出的一者。

通过这样的构成，能提供各种电气产品等，这些电气产品提供用本公开的液体处理装置处理过的液体。

在本公开的第13方式所涉及的液体处理装置中，包含多个所述第1～8的任一者的方式的液体处理装置而构成。

如此，提供构成为使用多个液体处理装置来进行液体的处理，能在短时间内进行大容量的液体的处理。

在本公开的第14方式所涉及的液体处理装置中，还具备：分别配置所述第13方式中的所述各第1电极和所述各第2电极的多个反应槽。

通过这样的构成，由于能同时处理多个反应槽内的液体，因此能提供能在短时间内进行液体的处理、并且容易使用的液体处理装置。

在本公开的第15方式所涉及的液体处理装置中，还具备：所述第14方式中的所述多个反应槽、和以多个循环泵以及多个配管连接的处理槽。

通过这样的构成，由于能将多个液体处理装置与大容量的处理槽连接来处理液体，因此能在短时间内处理更加大容量的液体。

在本公开的第16方式所涉及的液体处理装置中，所述第15方式中的所述处理槽接地。

通过这样的构成，能防止触电。

在本公开的第17方式所涉及的液体处理装置中，所述第15或16方式中的所述处理槽是从水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器、水耕栽培用水/培养液循环装置的群中选出的一者。

通过这样的构成，能提供各种电气产品等，这些电气产品提供使用多个本公开的液体处理装置处理过的液体。

本公开的第18方式所涉及的液体处理方法对第1电极与配置在液体中的第2电极间施加交流电压或脉冲电压，使形成在所述第1电极与绝缘体间的空间内的液体气化来生成气体，通过在所述气体从设置在所述绝缘体的开口部放出到液体中时在所述气体内放电来在所述气体内产生等离子体，其中，所述绝缘部包围所述第1电极而设，按照与所述液体接触的方式具备开口部。

如此，通过使由第1电极和绝缘体形成的空间内的液体气化来生成气体，在该气体从绝缘体的开口部放出时在气体内部放电，由此能效率良好地产生等离子体。另外，由于将液体气化来生成气体，因此能生成更纯粹的OH自由基。其结果，能在短时间内进行液体的处理。

在本公开的第19方式所涉及的等离子体处理水中，在通过对液体通电生成的液体中的OH自由基在通电停止后仍存在1.0μM～2.4μM。

如此，本公开的等离子体处理水在通电停止后也能效率良好地分解被分解物。

在本公开的第20方式所涉及的等离子体处理水中，所述第19方式中的所述液体包含过氧化氢，所述过氧化氢的浓度为0.2×10^-7～0.6×10^-5 M。

如此，本公开的等离子体处理水通过包含过氧化氢水、过氧化氢的浓度为0.2×10^-7～0.6×10^-5M，能效率良好地生成OH自由基。

在本公开的第21方式所涉及的等离子体处理水中，通过使所述第19或20方式中的所述通电来在液体中产生等离子体。

如此，本公开的等离子体处理水通过在液体中产生等离子体，能效率良好地生成OH自由基。

(得到本公开所涉及的一个形态的过程)

如前述“背景技术”一栏说明的那样，在图10所示的专利文献1的杀菌装置中，有等离子体的产生效率较低、液体的处理需要花费长时间这样的课题。另外，有若不将以绝缘体4覆膜的高电压电极2和接地电极3靠近到1～50mm的给定的距离来配置，就不能将液体，不能产生等离子体这样的课题。进而，在专利文献1的装置中，由于为了产生等离子体而不得不使电极的直径细到0.05～0.5mm，因此有电极的耐久性较低这样的课题。

另外，有具备为了产生等离子体而向液体内提供气体的气体提供装置的液体处理装置。该液体处理装置通过用气体提供装置提供气体(空气等)来在液体中生成气泡，通过在该气泡内放电来产生等离子体。但是，在该装置中，有因气体而生成氮氧化物等、难以生成更纯粹的OH自由基这样的课题。

为此，本发明者发现如下构成而做出本公开：在第1电极与绝缘体间设置充满液体的空间，使空间内的液体气化来生成气体，通过在从设置在绝缘体的开口部放出气体时进行放电来产生等离子体。

以下，参考附图来说明本公开的实施方式。另外，在以下全部附图中，对相同或相当部分标注相同标号，省略重复的说明。

(实施方式1)

[整体构成]

说明本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的整体构成。

图1是表示本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的整体构成的示意图。如图1所示那样，实施方式1所涉及的液体处理装置100具备：第1金属电极101、第2金属电极103、绝缘体102、和电源106。实施方式1所涉及的液体处理装置100也可以还具备反应槽107和处理槽109。在以下的实施方式1中，具备反应槽107和处理槽109，对反应槽107和处理槽109以循环泵110和配管111连接的液体处理装置100进行说明。

如图1所示那样，反应槽107和处理槽109被要处理的液体108充满，以循环泵110和配管111连接。在反应槽107的1个壁配置贯通该壁的第2金属电极103、以及安装在保持构件105的第1金属电极101。第1金属电极101和第2金属电极103各自的一部分位于反应槽107内。在第1金属电极101的周围，按照形成空间114的方式配置具有开口部113的绝缘体102。在第1金属电极101与第2金属电极103间配置电源106。

[电极构成]

接下来，说明实施方式1所涉及的液体处理装置100中的电极构成。实施方式1中的电极由第1金属电极101、绝缘体102、第2金属电极103、保持构件105构成。

图2是实施方式1中的第1金属电极101的周边的电极构成的截面图。如图2所示那样，在第1金属电极101的周围，按照形成空间114的方式配置绝缘体102。绝缘体102具有至少1个开口部113，以使得将反应槽107内部和空间114连通。成为反应槽107内的液体108从该开口部113浸入，以液体108充满空间114的构成。第1金属电极101和绝缘体102的各自的一个端部固定在保持构件105。第2金属电极103配置在反应槽107的哪个位置均可，配置的位置不受限制。

接下来说明实施方式1中的各构成部品。

<第1金属电极>

第1金属电极101至少一部分配置在被液体108充满的反应槽107内。另外，第1金属电极101的一端固定在保持构件105。图1以及图2所示的实施方式1中的第1金属电极101具有直径2mm的圆柱形状。这是作为第1金属电极101的一例的直径以及形状，第1金属电极101的直径也可以大于2mm。另外，第1金属电极101的形状并不限定于圆柱形状，例如也可以是长方体或面状的形状等的任意形状。第1金属电极101例如可以由铁、钨、铜、铝、铂、或包含从这些金属选出的1种或多种金属的合金等的材料形成。

<第2金属电极>

第2金属电极103也是至少一部分配置在被液体108充满的反应槽107内。第2金属电极103并不限制在前述那样配置的位置，配置在反应槽107的哪个位置均可。第2金属电极103由导电性的金属材料形成即可。例如，也可以与第1金属电极101一样，由铁、钨、铜、铝、铂、或包含从这些金属选出的1种或多种金属的合金等材料形成。另外，在实施方式1中，第2金属电极103是配置在反应槽107的构成，但并不限定于此。第2金属电极103只要配置在液体108中即可。

<绝缘体>

在第1金属电极101的周围按照形成空间114的方式配置绝缘体102。另外，在绝缘体102设置连通反应槽107内部和空间114的开口部113。即，绝缘体102隔着空间114包围第1金属电极101而设，在与液体108接触的位置具有开口部113。与液体108接触的位置例如是配置(浸渍)在液体108中的绝缘体102的部分即可。图1以及图2所示的实施方式1中的绝缘体102具有内径3mm、外径5mm的圆筒形状，设有1个直径0.7mm的开口部113。绝缘体102并不限定于上述的大小或形状，只要能在第1金属电极101的周围形成空间114，就可以是任意的大小或形状。例如，将实施方式1中的开口部113的直径设为0.7mm，但并不限定于此，可以是2mm以下的任意的大小。另外，开口部113也可以是多个。开口部113的位置并没提特别的限制，例如能设置在相对于绝缘体102的侧面垂直向上方向(图示上侧)上。如此，通过使开口部113的开口方向朝上，能在开口部113防止气泡112的气泡充塞。绝缘体102例如可以由氧化铝、氧化镁、氧化钇、绝缘性的塑料、玻璃、以及石英等的材料形成。

<保持构件>

保持构件105与第1金属电极101和绝缘体102的各自的一个端部连接。保持构件105也可以在与第1金属电极101以及绝缘体102的连接部分具有密封的结构，以使得液体108不泄漏。例如可以设为将第1金属电极101和绝缘体102螺纹紧固在保持构件105的结构。密封结构并不限定于此，可以设为任意的结构。

<电源>

电源106配置在第1金属电极101与第2金属电极103间。电源106对第1金属电极101与第2金属电极103间施加频率1～100kHz的4kV～10kV的高电压。电源106能施加脉冲电压或交流电压，例如电压波形可以是脉冲状、正弦半波形、或正弦波状的任一者。电流值虽然越大越好，但若过大，则电力不仅用在加热空间114内的液体108，还用在加热反应槽107内整体的液体108，这反而会降低等离子体生成的效率。根据上述理由，在实施方式1将电流值设为3A以下。另外，若电流值小于1mA，则由于将空间114内的液体108气化需要时间，因此优选电流值为1mA～3A的范围。

<处理槽>

处理槽109例如经由循环泵110和配管111，与反应槽107连接。处理槽109例如能用在水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器或水耕栽培用水/培养液罐等中。处理槽109也可以为了防止触电而接地。

<反应槽>

反应槽107和处理槽109的容积合计为约600毫升。使反应槽107内的液体108如前述那样通过循环泵110的配管111而循环。根据等离子体104所引起的被分解物的分解速度和反应槽107的容积将液体108的循环速度设定为合适的值。

在上述的实施方式1的液体处理装置100的构成中，在第1金属电极101与绝缘体102间有空间114这一点、和设置在绝缘体102的侧面的开口部113的直径在效率良好地产生等离子体、在短时间内处理液体上是有益的。

另外，成为在第1金属电极101和绝缘体102的各自的一个端部不泄漏液体108地进行密封的结构这一点，也在使气体的气团仅从绝缘体102的开口部113放出上是有益的。

另外，在实施方式1中，第1金属电极101和第2金属电极103使用由金属材料构成的电极，但并不限定于此。也可以使用由金属材料以外的材料、例如碳等构成的第1电极以及第2电极。

<液体处理方法>

说明使用了实施方式1所涉及的液体处理装置100的液体处理方法。

在开始液体处理前，形成在第1金属电极101与绝缘体102间的空间114是被液体108充满的状态。从该状态起，用电源106对第1金属电极101与第2金属电极103间施加电压来加热空间114内的液体108。

空间114内的液体108通过从第1金属电极101投入的电力而温度上升。通过该温度上升，空间114内的液体108气化，产生气体。该气体在空间114内聚集的同时成为气团。然后，该气体的气团因空间114内部的压力与反应槽107的压力的压力差而从设置在绝缘体102的开口部113被放出到反应槽107内的液体108中。

在该气体的气团通过开口部113时，由气体的气团将开口部分的液体置换为气体，将通过液体而导通的第1金属电极101和第2金属电极103绝缘。此时，存在于开口部113的气体的气团被施加来自电源106的高电压，通过电场集中由此产生放电。其结果，在气体的气团内产生等离子体104。一旦产生等离子体104，就会持续且连续地生成等离子体104，内含等离子体104的气体的气团被从绝缘体102的开口部113向反应槽107内的液体108放出。该等离子体104成为从绝缘体10开口部113向反应槽107的液体108中伸出的状态。

进而，一部分从内含伸出的等离子体104的气体的气团分离，形成多个气泡112，该气泡112扩散到反应槽107内的液体108中。多个气泡112包含微米以下的直径的气泡，本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100还具有产生微气泡的功能。该气泡112与通常的微气泡不同，在气泡112内部包含通过等离子体104而生成的电子、离子、或自由基。本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100通过这些气泡112对液体108除菌，以及/或者将包含在液体108中的化学物质分解。

[效果(关于气泡)]

说明在本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100中，气泡112的效果。由实施方式1所涉及的液体处理装置100形成的气泡112如前述包含微米以下的直径的气泡。该气泡112与通常的微气泡不同，在气泡112内部包含通过等离子体104而生成的电子、离子、或自由基等的活性种。由此，具有比通常的微气泡更加提高了除菌能力或分解化学物质的能力的效果。因此，根据本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100，能将在通常的微气泡时难以分解的例如氨或醋酸等的难分解性物质分解。

[效果(关于第1金属电极与绝缘体间的空间)]

接下来说明形成在第1金属电极101与绝缘体102间的空间114的效果。空间114具有将液体108气化来生成气体的功能。在实施方式1的液体处理装置100中，通过从第1金属电极101流过的电流加热空间114内的液体108从而在空间114内将液体108气化，由此生成气体。

说明图10所示的现有的装置的构成、即第1金属电极101和绝缘体102接触而配置的构成(没有空间114的构成)。这种情况下，第1金属电极101经由绝缘体102的开口部113直接与反应槽107内的液体108接触。其结果，即使由电源106对第1金属电极101与第2金属电极103间施加电压，也是从第1金属电极101向反应槽107内的液体108直接流过电流而发散，不能将液体108气化。在这样的没有空间114的构成下，若要在第1金属电极101近旁形成局部的气化状态，就需要使第1金属电极101与第2金属电极103的电极间的距离成为给定的距离(数mm)地配置第2金属电极103。另外，为了产生等离子体104而需要使电场强度较高，需要使第1金属电极101的直径较小。通过这样的构成，在图10所示的现有的装置中，能将第1金属电极101近旁的液体108气化，能产生等离子体104。但在该构成下，有第2金属电极103的位置受到限制的缺点。另外，电流流向反应槽107内整体、即液体108整体而发散。为此，为了使第1金属电极101近旁的液体108气化来生成气泡，在该气泡内产生等离子体104，需要250W以上的高电力。根据发明者的见解，若使施加电力较大，则存在与注入到等离子体的能量相比，能量更多消耗在加热液体上的倾向，效率有变低的倾向。因此，在图10所示的现有的构成(没有空间114的构成)中，有不能效率良好地产生等离子体104这样的缺点。

根据方式1的液体处理装置100，通过构成为在第1金属电极101与绝缘体102间有空间114，能将空间114内的液体108气化来生成气体，在低功耗下效率良好地产生等离子体104。例如，在将绝缘体102的长度假定为5cm时，在1分钟内将水从20℃上升到100℃所需要的电力为约0.1W。另外，在1秒钟内上升的情况下也约为7W，与前述的图10所示的现有的装置的构成(没有空间114的构成)所需要的电力(250W以上)相比，能以格外少的电力生成等离子体104。

另外，根据实施方式1，由于第1金属电极101与第2金属电极103间的距离没有限制，因此能将第2金属电极103配置在任意的位置。

进而，根据实施方式1，与现有的装置中的电极相比，由于能通过开口部的直径控制对到达开口部的气体部分施加的电场强度，因此有第1金属电极101的几何尺寸与等离子体的生成效率无关的大的优点。因此，由于能使第1金属电极101的直径较大，因此能提升第1金属电极101的耐久性。

[效果(分解速度)]

说明本公开的实施方式1的液体处理装置100中的效果(分解速度)。为了测定实施方式1所涉及的液体处理装置100的分解速度，作为被处理液体的模型而使用浓度10mg/L的靛胭脂(亚甲蓝)水溶液。靛胭脂是水溶性的有机物，较多地用作污水处理模型。

在实施方式1所涉及的液体处理装置100中，通过使内含等离子体104的气泡112扩散到液体108中而生成OH自由基。OH自由基作用于靛胭脂，通过切断分子内的耦合来分解靛胭脂分子。OH自由基的氧化电位如一般所知那样为2.81eV，大于臭氧、过氧化氢以及氯的氧化电位。因而，OH自由基能分解的并不限于靛胭脂，还能分解大量的有机物。

能根据水溶液中的吸光度来评价靛胭脂分子的分解速度。一般知道，在分解靛胭脂分子时，靛胭脂水溶液的蓝色消色，在完全分解时成为透明。这是因为，基于存在于靛胭脂分子中的碳的双键(C＝C)的吸收波长为608.2nm，通过靛胭脂分子分解而C＝C的耦合开裂，变得不再吸收608.2nm的光。因而，能通过使用紫外可见光分光光度计测定608.2nm的波长的光的吸光度来评价靛胭脂分子的分解速度。另外，作为实施例而使用实施方式1所涉及的液体处理装置100、作为比较例使用记载在专利文献1的现有的装置来进行测定。

对实施例进行说明。实施例是实施方式1所涉及的液体处理装置100。第1金属电极101是直径2mm的圆柱形状。绝缘体102是内径3mm、外径5mm的圆筒形状。设置在绝缘体102的开口部113的直径为0.7mm。电源106施加峰值电压5kV、脉冲幅1μs、频率30kHz的脉冲电压。反应槽107和处理槽109的容量合计为600毫升。

图3是比较实施例和比较例中的相对于处理时间的靛胭脂水溶液的分解浓度的图。图3所示的黑圆是实施例，白圆是比较例。如图3所示，根据实施例，直到将约10mg/L的靛胭脂完全分解为止的时间为约32分钟左右。另一方面，根据比较例，直到将约10mg/L的靛胭脂完全分解为止的时间为约401分钟左右。因此，在本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100中，与现有的装置相比，具有快10倍以上的分解速度。由此，根据实施方式1所涉及的液体处理装置100，能效率良好地产生等离子体104，能大幅缩短液体108的处理时间。

[效果(开口部的直径)]

说明本公开的实施方式1中的绝缘体102的开口部113的直径与靛胭脂水溶液的分解速度的关系。

图4是表示本公开的实施方式1中的相对于绝缘体102的开口部113的分解速度的图。分解速度的测定使用前述的靛胭脂水溶液来进行。图4所示的黑菱形表示实施方式1中的相对于开口部113直径的分解速度的测定结果。如图4所示那样，在开口部113的直径为0.3～2mm的范围内，靛胭脂水溶液的分解速度变快，在0.5mm～0.7mm的范围内有分解速度成为最大的区域。这是因为，由于电场强度与开口部113的直径的平方成反比地变大，因此开口部113的直径越小，则电场强度越大。即，使开口部113的直径越小，则越易于放电，越能效率良好地产生等离子体104。其结果，靛胭脂的分解速度变快。另一方面，若以分解速度的最大值(0.5mm～0.7mm的范围)为边界进一步缩小开口部113的直径，分解速度机会变慢。这是因为，等离子体体积成为决定分解速度的因素。即，若开口部113的直径变小，则伸出到反应槽107内的等离子体104的体积机会变小，在等离子体104中生成的自由基的数密度就会变小。由此认为靛胭脂的分解速度会变慢。等离子体104的体积与开口部113的直径的立方成正比。即，由于若开口部113的直径变小，则等离子体104的体积也变小，因此呈现出以最大值为边界靛胭脂的分解速度陡峭地变慢的样子。

因此，绝缘体102的开口部113的直径优选为0.3～2mm的范围，更优选为0.5mm～0.7mm的范围。在本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100中，只要开口部113的直径在上述范围内，就能效率良好地产生等离子体104。

[效果(OH自由基产生)]

说明本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的效果(OH自由基产生)。

OH自由基的寿命一般被认为是数μs～数ms。据此，即使生成OH自由基也是立刻消灭，通常难以测定OH自由基。

在本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100中，使用ESR(Electron Spin Resonance)法来测定OH自由基。在通过ESR法测定OH自由基的情况下，有使OH自由基与被称作DMPO的自旋捕获剂耦合来测定OH自由基的方法。根据方法，能定量地测定OH自由基。

在添加DMPO的测定方法中有2种方法。一种是，在被处理水中预先添加DMPO，在OH自由基生成后立即由DMPO捕获OH，来测定OH自由基的信号的方法。该方法由于使DMPO预先包含在被处理水中，因此有若生成某一定量OH自由基，即使OH自由基的寿命短也能测定OH自由基的大的有利点。但是，在实施方式1的那样的情况下，有DMPO自身被等离子体分解而不能测定正确的OH自由基量、和若增加液体的量则不得不对应于此也增加DMPO的添加量这样的缺点。

另一种是如下方法：在由液体处理装置对被处理水处理一定时间后停止等离子体的产生，以停止等离子体的时间为原点，每隔一定时间去除一定量的被处理水，并在添加DMPO后进行测定。在该方法中，在OH自由基的寿命短的情况下，有只要没有准备特别的采样装置就不能测定OH自由基这样致命的缺点。但是，优点是关于DMPO自身的分解和添加量的问题，不需要担心。

在本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100中，用上述中的后者的方法进行OH自由基的测定。

图5是表示用本公开的实施方式1的液体处理装置100处理过的液体108中的OH自由基的测定结果的图。如图5所示那样，即使停止(0min)等离子体104也产生OH，若经过10min左右，就会达到最大的OH自由基浓度。之后确认到OH自由基反复产生和消灭，并且直到至少300min左右为止在液体108中都还存在OH自由基。图中的实线是以速率方程式拟合的结果。在下述示出速率方程式。

[数式1]

$\frac{{\&PartialD;N}_{\mathrm{OH}}}{\&PartialD;t}=G-\frac{N_{\mathrm{OH}}}{\mathrm{\&tau;}}$

[数式2]

$N_{\mathrm{OH}}=\mathrm{G\&tau;}(1-\exp (-\frac{t}{\mathrm{\&tau;}}))$

在此，NOH是OH自由基浓度(μM)，G是每1min生成的OH自由基的量(μM/min)，τ是OH自由基单体的寿命(min)。另外，G是0.2μM/min。

根据上述公式，能计算出OH自由基的单体的寿命τ为约5min。

如前述那样，虽然OH自由基的寿命一般较短(数μs～数ms)，但根据本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100，能实现现有的装置不能达成的OH自由基的长寿命化。其结果，能飞跃性地提升靛胭脂水溶液的分解速度。

如此，用本公开所涉及的液体处理装置100处理过的液体(以下称作等离子体处理水)，能使因对液体通电(放电)而生成的液体中的OH自由基在通电停止后也继续存在。以下说明其理由。

若用本公开所涉及的液体处理装置100处理液体，则与OH自由基一起生成过氧化氢。由此，在通电停止后，等离子体处理水中的OH自由基也会分解过氧化氢来新生成OH原子。其结果，本公开的等离子体处理水构成为在通电停止后OH自由基也能继续存在于液体中。以下详细说明本公开的等离子体处理水的构成。

本发明的发明者们通过滴定法测定等离子体处理水中的过氧化氢浓度的结果，可知等离子体处理水中的过氧化氢浓度为10^-7～10^-5M。另外，用现有的液体处理装置处理过的液体的过氧化氢浓度高于本公开的等离子体处理水的过氧化氢浓度(至少高于10^-5M)。

接下来说明过氧化氢浓度与OH自由基的生成量的关系。

图6表示用ESR对过氧化氢浓度与OH自由基浓度的关系进行了调查的结果。图中的白三角是对溶液照射了UV灯的情况，黑圆是不照射UV灯的情况。

如图6所示，在过氧化氢浓度为10^-7～10^-5M的范围、特别为0.2×10^-7～0.6×10^-5M的范围内，不管有无UV灯的照射，都有OH自由基浓度成为最大的区域(OH自由基浓度为1.0μM～2.4μM的范围)。另一方面，在过氧化氢浓度高于10^-5M时，在不照射UV灯的情况下，OH自由基浓度较低(不足0.4μM～1.0μM的范围)。另外，在照射了UV灯的情况下，与不照射UV灯的情况相比，能看到OH自由基浓度变高。但是，在照射UV灯的情况下，在过氧化氢浓度为10^-5M以上，随着时间的经过而出现OH自由基的再耦合，液体中的OH自由基不断减少。为此，在过氧化氢浓度为10^-5M以上，照射了UV灯的情况的OH自由基浓度最终降低到与不照射UV灯的情况相同程度的OH自由基浓度(不足0.4μM～1.0μM的范围)。

在此说明OH自由基的再耦合。

基本上，在通过UV灯的照射来分解过氧化氢的情况下，从1个过氧化氢最大能生成2个OH自由基。之后，由于产生和通过UV灯的照射进行的过氧化氢的分解一起生成的OH自由基的再耦合，OH自由基变得少于2个。如此，在通过UV灯的照射来分解过氧化氢的情况下，由于OH自由基的再耦合而液体中的OH自由基随时间不断减少。

如上述那样，在过氧化氢浓度为10^-7～10^-5M的范围内，即使比较不照射UV灯的情况和照射UV灯的情况，OH自由基浓度也不发生变化。即，在过氧化氢浓度为10^-7～10^-5M的范围内，即使不照射UV灯也能生成OH自由基，且也能防止OH自由基的再耦合所引起的OH自由基的减少。另一方面，在过氧化氢浓度高于10^-5M时，若不照射UV灯，就不能效率良好地生成OH自由基。但是，在照射了UV灯的情况下，也由于随着时间的经过而通过OH自由基的再耦合使OH自由基减少，所以结果OH自由基浓度变低。

根据以上可知，若过氧化氢浓度在10^-7～10^-5M的范围、特别在0.2×10^-7～0.6×10^-5M的范围内，即使不照射UV灯，也能在OH自由基浓度为1.0～2.4μM的范围内效率良好地生成OH自由基。

本公开的等离子体处理水如上述那样，是包含过氧化氢浓度为10^{- 7}～10^-5M的范围的过氧化氢的构成。即，本公开的等离子体处理水是特别只要过氧化氢浓度为0.2×10^-7～0.6×10^-5M的范围，则即使不照射UV灯也能在OH自由基浓度为1.0～2.4μM的范围内效率良好地生成OH自由基的构成。通过这样的构成，本公开的等离子体处理水即使在通电停止后也由OH自由基分解过氧化氢而能持续生成OH自由基。其结果，由于在等离子体处理液中存在长寿命的OH自由基，能具有长时间处理液体的能力，因此能效率良好地分解被分解物。

接下来使用图6～8说明等离子体104(放电)停止后的图5的A～C的时间点的具体的DMPO-OH的信号。图7是表示图5的A的时间点的液体108中的DMPO-OH的信号的图。图8是表示图5的B的时间点的液体108中的DMPO-OH的信号的图。图9是图5的C的时间点的液体108中的DMPO-OH的信号的图。另外，A是放电刚停止后，B是从放电停止120min后，C是从放电停止310min后。如图7～9所示那样，在A～C的全部时间点，表示通过超微细结构而分开的分裂幅度的超精细耦合常数a(N)和a(H)都是1.49mT，观测到1：2：2：1这4根ESR谱。所谓超精细耦合常数，是能用ESR法测定的参数之一，能从测定到的ESR谱和超精细耦合常数获知自由基的存在。即，能从观测到的ESR谱获知DMPO和OH自由基进行自旋捕获反应而生成的物质即DMPO-OH加合物的存在。

如图7所示那样，从放电刚停止后观测DMPO-OH加合物。另外，如图8所示那样，在放电停止后120min，比起放电刚停止后，DMPO-OH加合物的信号强度变得更大。进而，如图9所示那样，在放电停止后310min也能确认到DMPO-OH加合物的信号。如此，根据本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100，能长时间确认到DMPO-OH加合物的信号。即，可知在液体108中生成长寿命的OH自由基。

因此，根据本公开的实施方式1的液体处理装置100，由于能在液体108中生成长寿命的OH自由基，因此与现有的装置相比，能在短时间内进行液体108的处理。

如以上那样，根据本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100，由于与现有的装置相比，能效率良好地生成等离子体104，并能生成长寿命的OH自由基，因此能在短时间内进行液体108的处理。进而，由于与此同时OH自由基的寿命以及存在时间较长，因此能得到在通电(放电)停止后具有长时间处理液体的能力的活性的等离子体处理水。该事实是由发明者首先发现的现象，在此之前并不被人所知。并且，这并不需要附加性的能量，只要在生成等离子体处理水的阶段的能量即可，从液体处理的观点出发，相当于提升处理效率的效果。另外，由于第1金属电极101与第2金属电极103间的距离没有限制，因此能将第2金属电极103配置在反应槽107内的任意的位置。进而，由于与现有的装置中的电极相比，能使第1金属电极101的直径较大，因此能提升电极的耐久性。

根据实施方式1所涉及的液体处理装置100，通过将液体108气化来生成气体，并在该气体内产生等离子体104，能生成更纯粹的OH自由基。其结果，能在短期间内处理液体。

通过将实施方式1中的设于绝缘体102的开口部113的直径设为0.3mm～2mm的范围，而在开口部113附近使电场集中，由此能效率良好地进行放电。另外，通过将开口部113的开口方向设为相对于绝缘体102的侧面垂直向上方向，能在开口部113附近防止气体的气泡充塞。进而，还能在绝缘体102设置多个开口部113。其结果，能从开口部113附近效率良好地产生等离子体104。

通过实施方式1中的第1金属电极101和绝缘体102的一个端部具有密封结构、例如螺纹紧固结构，由此能在第1金属电极101和绝缘体102的连接端部防止液体108泄漏。由此，仅从绝缘体102的开口部113放出气体的气团，能效率良好地产生等离子体104。

通过实施方式1中的电源106供给电流值3A以下的电流，能仅气化形成在第1金属电极101与绝缘体102间的空间114内的液体108，能在低功耗下有效率地产生等离子体104。

根据实施方式1所涉及的液体处理装置100，通过以循环泵110和配管111将反应槽107和处理槽109连接，能处理大的容量的液体108。另外，通过将处理槽109接地，能防止触电。

通过将实施方式1中的处理槽109用在水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器或水耕栽培用水/培养液罐等中，能用在各种电气制品等中。

还能做出使用多个实施方式1中的液体处理装置100的序列产品。能如此并排多个液体处理装置100，来处理更加大容量的液体108。只要是这样的装置构成，就能将处理槽109作为水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器或水耕栽培用水/培养液罐等。

另外，实施方式1所涉及的液体处理装置100能以任意的实施方式实施。例如有液体处理方法。该液体处理方法用电源106对第1金属电极101与第2金属电极103间施加电压来使由第1金属电极101和绝缘体102形成的空间114内的液体108气化，从而生成气体。然后，通过在该气体内进行放电，能效率良好地产生等离子体。另外，由于将液体108气化来生成气体，因此能生成更纯粹的OH自由基。其结果，能在短时间内进行液体108的处理。

使用本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100处理过的液体即等离子体处理水包含过氧化氢。等离子体处理水中的过氧化氢的浓度优选为10^-7～10^-5M的范围，特别优选为0.2×10^-7～0.6×10^-5M的范围。通过这样的构成，本公开的等离子体处理水在停止等离子体后(电力断开后)也存在长寿命的OH自由基，能具有长时间处理液体的能力。

产业上的利用可能性

本公开所涉及的液体处理装置由于能稳定、高效率地生成长寿命的OH自由基，因此作为污水处理等的水净化装置等有用。

标号的说明

100  液体处理装置

101  第1金属电极

102  绝缘体

103  第2金属电极

104  等离子体

105  保持构件

106  电源

107  反应槽

108  液体

109  处理槽

110  循环泵

111  配管

112  气泡

113  开口部

114  空间

Claims (21)

1.一种液体处理装置，具备：

第1电极；

配置在液体中的第2电极；

被设置成隔着空间包围所述第1电极，并在与所述液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和

对所述第1电极与所述第2电极间施加交流电压或脉冲电压的电源。

2.一种液体处理装置，具备：

第1电极；

配置在液体中的第2电极；

被设置成隔着空间包围所述第1电极，并在与所述液体接触的位置具有开口部的绝缘体；和

对所述第1电极与所述第2电极间施加电压的电源，

通过所述电源对所述第1电极与所述第2电极间施加电压，将所述空间内的液体气化来产生气体，在所述气体从所述开口部放出到液体中时进行放电，来产生等离子体。

3.根据权利要求1或2所述的液体处理装置，其中，

所述开口部的直径为0.3mm～2mm的范围。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的液体处理装置，其中，

所述开口部被设置成开口方向相对于所述绝缘体的侧面成为垂直向上方向。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的液体处理装置，其中，

在所述绝缘体设置多个所述开口部。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的液体处理装置，其中，

所述第1电极和所述绝缘体各自的一个端部具有密封结构。

7.根据权利要求6所述的液体处理装置，其中，

所述密封结构是螺纹紧固结构。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的液体处理装置，其中，

所述电源提供电流值3A以下的电流。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的液体处理装置，其中，

所述液体处理装置还具备：

配置所述第1电极和所述第2电极的反应槽。

10.根据权利要求9所述的液体处理装置，其中，

所述液体处理装置还具备：

通过循环泵以及配管与所述反应槽连接的处理槽。

11.根据权利要求10所述的液体处理装置，其中，

所述处理槽被接地。

12.根据权利要求10或11所述的液体处理装置，其中，

所述处理槽是从水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器、水耕栽培用水/培养液循环装置的群中选出的一者。

13.一种液体处理装置，包含多个权利要求1～8中任一项所述的液体处理装置而构成。

14.根据权利要求13所述的液体处理装置，其中，

所述液体处理装置还具备：

分别配置各所述第1电极和各所述第2电极的多个反应槽。

15.根据权利要求14所述的液体处理装置，其中，

所述液体处理装置还具备：

通过多个循环泵以及多个配管与所述多个反应槽连接的处理槽。

16.根据权利要求15所述的液体处理装置，其中，

所述处理槽被接地。

17.根据权利要求15或16所述的液体处理装置，其中，

所述处理槽是从水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、餐具清洗器、便器、水耕栽培用水/培养液循环装置的群中选出的一者。

18.一种液体处理方法，

对第1电极与配置在液体中的第2电极间施加电压，使形成在所述第1电极与绝缘体间的空间内的液体气化，来生成气体，其中所述绝缘体被设置成包围所述第1电极，以与所述液体接触的方式具备开口部，

通过在所述气体从设于所述绝缘体的开口部放出到液体中时在所述气体内进行放电，从而在所述气体内产生等离子体。

19.一种等离子体处理水，通过对液体通电而生成的液体中的OH自由基在通电停止后也还存在1.0μM～2.4μM。

20.根据权利要求19所述的等离子体处理水，其中，

所述液体包含过氧化氢，

所述过氧化氢的浓度为0.2×10^-7～0.6×10^-5M。

21.根据权利要求19或20所述的等离子体处理水，其中，

通过所述通电在液体中产生等离子体。