CN104437300A - 一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法，包括步骤：将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在1-2MHz的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.1-1μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为1％-20％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度400Td-600Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物体表面。

Description

一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法
技术领域
本发明涉及一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法。
背景技术
对于表面的消毒灭菌方法有如下几类：
1、传统热杀菌技术
传统的加热杀菌是一种有效的杀菌方法，它能够杀死各种微生物，而且杀菌程度可以准确控制。热杀菌方法虽然应用广泛，但该方法所需的高温容易导致热敏性成分分解和挥发性成分散失，而且能耗也较高，很容易损伤精密医疗仪器。
2、非热杀菌技术
(1)紫外线：可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，具有广谱性。其杀菌原理是通过紫外线对细菌、病毒等微生物的照射，以破坏其机体内DNA(去氧核糖核酸)的结构，使其立即死亡或丧失繁殖能力。DNA对波长254nm的紫吸收最强。紫外线光衰较大，寿命不长；紫外线的杀菌效果与其照射强度和总的照射量有关。紫外线只能沿直线传播，辐射能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物，由于紫外线辐射对人体有伤害，因此绝对不允许有泄漏。
(2)环氧乙烷：广谱灭菌剂，灭菌机理主要是其与细菌中分子相结合破坏菌体的细胞代谢。具有无死角、穿透力较强的优点。但是易燃易爆、有毒、有残留。
(3)臭氧：臭氧是一种广谱杀菌剂，臭氧在空间扩散时，能迅速渗透到杂菌菌体和微生物的细胞壁，使其蛋白变性，破坏酶系统，使代谢过程终止而被杀灭。目前，臭氧在各行各业中应用最为广泛。消毒环境温度越高、湿度越小，臭氧越容易还原成氧气，消毒效果越差；精密的小型医疗器械不能用臭氧消毒，极易腐蚀；臭氧的穿透力弱，对物体纵深处细菌杀灭能力低。
(4)过氧化氢：作用于微生物的机理与臭氧类似。一是氧化性使分子或原子电离，从而破坏细胞壁上脂链改变细胞壁通透性引起细胞死亡，二是过氧化氢进入菌体可与核酸中金属离子反应，产生毒性羟基，作用于DNA的磷酸二酯键使其断裂，并对DNA的四种碱基成分有破坏作用。温度、湿度、有机物对过氧化氢的消毒都有影响。
(5)低温等离子体灭菌技术：是近年来消毒灭菌领域的一种新的物理灭菌技术。低温等离子特别适用于非耐热和对湿热敏感的灭菌。但是，低温等离子也有其局限性，例如以下物品不宜使用低温等离子灭菌器的材料：①一次性使用器械和物品；②液体或粉剂；③木质器械；④棉织物；⑤纱布；⑥不完全干燥的物品。
随着大气污染、装修污染、传染疾病日日加剧，人们已越来越重视生活、居住、工作的环境质量。但目前调节空气质量的净化产品，一是效果较差，二是灭菌、加湿、净化的分离产品较多，其采用技术多是过滤、活性碳、臭氧等简单技术，缺乏实用效果，因而目前还缺少一种行之有效的灭菌、调湿、净化的综合技术的产品，净化空气质量。
环境是人类生存和发展的物质基础。随着全球工业化的快速发展，环境污染日趋严重，直接影响了人类社会的可持续发展。近年来，先进氧化技术因其独特的优势和巨大潜在的应用前景，引起了学术界的重视，并进行了大量研究工作。先进氧化技术主张从根本上解决环境污染问题，实现零环境污染、零废物排放，且具有高效性、普适性和氧化降解的彻底性等优点。其研究内容是羟基自由基(·OH)的产生及其诱发一系列的链反应，降解有机物、微生物等为CO2、H2O和微量无机盐的化学反应过程。该技术是在不断提高·OH产生效率和应用效率的基础上发展起来的。
·OH是一种能净化污染物的强氧化剂，是进攻性最强的化学物质之一，与氟的氧化能力相当，几乎能与所有的生物大分子、有机物和无机物发生不同类型的化学反应；·OH的化学反应属于游离基反应，速度极快，反应后不存在有毒有害的残留物，剩余的·OH最终分解成无公害的H2O和O2。·OH的这些先进氧化特性使它能够广泛应用在污水深度处理等方面，是污染治理的绿色药剂。解决先进氧化技术工程化的关键问题是如何制取高浓度、大产量的羟基自由基。产生羟基自由基传统的方法有：过氧化氢法、电子辐射法、光催化法、水激励法等。而常规产生羟基自由基方法存在的问题是：加工羟基自由基时需外加大量的催化剂、氧化剂等，存在二次污染、安全和增加成本等问题；受各种因素制约，多数工艺尚未实现高效、规模化生成高浓度羟基自由基，难以应用到实际污染物处理工程上。目前尚没有采用超声波雾化与强电离放电技术联合生成羟基自由基的相关研究。
中国申请200810156932X公开了一种利用氧和雾化水进行羟基自由基的方法；该方法中使用了氧气或者空气中的氧作为反应物之一，但是实际应用中，气态的氧气要参与到雾化的水中需要混合均匀，在混合的过程中大量的水雾会附着在容器的壁上，使进入等离子反应器中的含水量下降，降低了效率；而本申请采用过氧化氢，它溶于水中，直接和水一起雾化，直接进入等离子体反应器，中间经过程序少，雾化的水没有机会在此沉降下来。
发明内容
本发明的目的在于提出一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法，包括步骤：将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在1-2MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.1-1μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为1％-20％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度400Td-600Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物体表面。
本发明的有益效果：
1.能产生浓度为高达20％～40％的羟基自由基；
2.加工羟基自由基的流程简单、操作方便；
3.采用H2O、过氧化氢原料，反应效率高；过氧化氢在环境中容易分解不造成毒害；
4.不使用外加催化剂及氧化剂等辅助药剂，避免这些药剂使用所带来的二次污染等问题。
具体实施方式
实施例1
将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在2MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径1μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为20％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度600Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物表表面。
实施例2
将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在2MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.1μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为10％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度500Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物表表面。
实施例3
一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法，其特征在于包括步骤：将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在1.5MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.5μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为12％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度500Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物表表面。
实施例4
一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法，其特征在于包括步骤：将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在2MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.8μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为20％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度400Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物表表面。

Claims (1)

1.一种超声雾化辅助电离放电生成氢氧自由基的方法，其特征在于包括步骤：将过氧化氢水溶液淹没高频压电陶瓷片制成的超声波转换器，该转换器将电能转变成机械振，施加谐振电信号使得转换器产生范围在1-2MHZ的超声波震动，超声波将过氧化氢溶液雾化成直径0.1-1μm的气溶胶；所述气溶胶进入电离放电等离子体反应器，在高频高压的作用下生成羟基自由基；所述过氧化氢浓度为1％-20％；等离子体反应器中的放电为窄间隙强电离气体放电，放电折合电场强度400Td-600Td；在等离子体反应器出口处设有风扇，启动风扇后获得的带有氢氧自由基的气体流被输送到需要进行灭菌的物体表面。
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