CN105810552A

CN105810552A - 一种短波紫外光产生方法及其装置

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Publication number: CN105810552A
Application number: CN201510089401.3A
Authority: CN
Inventors: 张仁熙; 袁圆; 殷建峰
Original assignee: CHANGZHOU DAHENG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU DAHENG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-07-27

Abstract

本发明涉及一种短波紫外光产生方法及其装置,通过在电源正电极和负电极间充入不同分压的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物，通电激发产生准分子（RgX^*）,在激发态准分子退激/跃迁过程，辐射出不同波长的紫外光；该装置包括若干发光管和脉冲电源，通过电源引线连接；所述发光管包括外电极、内电极、外介质石英管、内介质石英管、惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物。本发明短波长紫外光产生简单方便，波长选择范围广，光子能量强，装置结构紧凑，安装方便，功率大，污染物分解效率高，杀菌消毒功能更彻底、迅速。

Description

一种短波紫外光产生方法及其装置

技术领域

本发明涉及紫外光净化空气、杀菌消毒领域，具体公开一种短波紫外光产生的方法及其装置。

背景技术

短波紫外光（200-280nm）因其光子能量强，且能被大多数物质吸收，因而在空气污染物分解净化、异味消除、室内空气净化等气体净化领域得到广泛应用，尤其是该波段的紫外光具有优良杀菌作用，使其成为最经济/最环保的杀菌消毒方式之一。

目前，短波长紫外光的产生主要采用低压汞灯，但该方法在产生紫外光的过程中，主要存在如下问题：

1、低压汞灯所辐射的谱线主要有253.7nm和185nm两种，谱线选择面窄。另外，能吸收253.7nm光的污染物非常有限，因而，253.7nm光更多是用来杀菌消毒，而难以直接用于分解污染物；185nm光可被大多数污染物吸收，且光子能量可达到6.7eV，但185nm光在空气中的透射距离非常小，作用的范围非常有限，185nm光更多被氧气和水气吸收，产生活性成分才能再与污染物发生反应，降低了能效。

2、低压汞灯的使用过程中易受温度影响，引起工作状态不稳定。

3、低压汞灯的使用寿命短，一般不超过15000小时，为了降低投资成本，使用寿命低于6000小时的低压汞灯非常普遍。

4、低压汞灯管两端各有电源连接头，电源线的引出不方便。

5、低压汞灯的功率普遍不高，一般小于80W左右，在净化大风量空气时，装机量大，费用高；汞齐灯尽管功率可达到600W，但造价高，且使用寿命并没有明显提高。

6、存在汞污染的危险性。

发明内容

本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种简单方便，波长选择范围广，光子能量强的短波长紫外光产生方法，并提供一种结构紧凑，安装方便，功率大，污染物分解效率高，杀菌消毒功能更彻底、迅速的紫外光产生装置。

本发明所采用的其一技术方案是这样的：

一种短波紫外光产生方法,通过在脉冲电源正电极和负电极间充入不同分压的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物，通电激发产生准分子（RgX^*）,在激发态准分子退激/跃迁过程，辐射出不同波长的紫外光;

表1激发惰性气体-卤素产生准分子紫外光的主要峰值波长

本发明所采用的另一个技术方案是这样的：

一种短波紫外光产生装置，包括若干发光管和脉冲电源，通过电源引线连接；所述发光管包括外电极、内电极、外介质石英管、内介质石英管、惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物。

进一步地，所述外电极设置于外介质石英管外壁，为耐腐蚀导电金属网；所述内电极由导电金属粉填充在内介质石英管内腔而成；所述惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物填充在内、外介质石英管组成的密闭腔体内；所述电源引线分别连接所述外电极和所述内电极后与所述脉冲电源连接。

进一步地，所述外电极金属网的网眼目数为1~50；所述内电极金属粉目数为10~200。

进一步地，所述外介质石英管、内介质石英管同轴，径向间距为1~20mm，长度相同，长度为300~1500mm。

进一步地，所述脉冲电源工作电压为5000~20000V，工作频率在5~30kHz。

综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）采用惰性气体和少量卤素气体，安全性高，不存在因使用低压汞灯而潜在的二次汞污染风险。

（2）辐射波长选择范围广，可根据处理目标对象的不同，填充不同种类和分压的组份，产生适宜波长的紫外光，提高污染物的净化效果。

（3）单机功率可以达到1000W以上，紫外辐射功率大。

（4）产生的紫外光波长主要集中在200-240nm之间，该波段的光能量强，也可被大多数污染物吸收，并且在空气中穿透距离远。

（5）填充惰性气体的发光管内部的密闭腔体内，没有电极丝，属无极发光过程，发光管的寿命可到10万小时以上，是现有低压汞灯寿命的10倍。

（6）光子能量强，杀菌消毒功能更彻底、迅速。

（7）发光管的形状可设计成直管型、U型、椭球型及球型等外形，以适应不同的应用场合。

（8）结构紧凑，安装方便。

（9）受温度影响小，可在-40℃~80℃温度范围内随开随用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的结构立体图；

图3为图2剖面图。

图中标记：1-发光管；2-内电极；3-外电极；4-惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物；5-脉冲电源；6-电源引线；7-内介质石英管；8-外介质石英管；9-内电极引线；10-外电极引线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种短波紫外光产生方法,通过在脉冲电源正电极和负电极间充入不同分压的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物，通电激发产生准分子（RgX^*）,在激发态准分子退激/跃迁过程，辐射出不同波长的紫外光。各种惰性气体/卤素成分，填充分压，脉冲电源工作参数及辐射波长如下表1所示。

表1激发惰性气体-卤素产生准分子紫外光的主要峰值波长

以氪/溴低压混合气体为例，当Kr填充分压为150Pa，Br₂填充分压为70Pa，在介质阻挡放电激发时，形成如下准分子的过程：

首先是高能电子（e*）激发和电离Kr，分解Br₂分子：

;

然后正电性的Kr＋离子和负电性的Br－离子通过三体碰撞复合生成KrBr*准分子：

其中M是三体碰撞粒子。

也可以通过Harpooning反应生成KrBr*准分子，激发态的Kr*把能量传递给Br₂分子生成激发态的KrBr*分子：

激发态的Kr*还能与Br₂分子反应生成一定数量的Br₂ ^*

这样形成的准分子很不稳定，当KrBr^*和Br₂ ^*准分子返回基态时，分别以光子的形式发射出207nm和291nm辐射：

KrBr*Kr+Br+hn（B_1/2→X_1/2跃迁：207nm；

C_3/2→A_3/2跃迁：222nm；B_1/2→A_1/2跃迁：228nm）

如图1~3所示，一种短波紫外光产生装置，包括若干发光管1和脉冲电源5，通过电源引线6连接，所述脉冲电源5可连接多组发光管1，实现一组电源同时服务多组发光管1；所述脉冲电源5工作电压为5000~20000V，工作频率在5~30kHz。

所述发光管1包括外电极3、内电极2、外介质石英管8、内介质石英管7、惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物4，所述外电极3设置于外介质石英管8外壁，为耐腐蚀导电金属网，所述外电极3金属网的网眼目数为1~50；所述内电极2由导电金属粉填充在内介质石英管7内腔而成，所述内电极2金属粉目数为10~200；所述惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物4填充在内、外介质石英管7、8组成的密闭腔体内；所述电源引线6分别连接所述外电极3和所述内电极2后与所述脉冲电源5连接。

所述外介质石英管8、内介质石英管7同轴，径向间距为1~20mm，长度相同，长度为300~1500mm；根据辐射波长的要求，填充不同种类和一定分压的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物4。

工作原理：

启动脉冲电源5后，填充在发光管1内的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物4被激发，激发态惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物4分子在退激过程中产生准分子紫外辐射，即产生紫外光，波长范围在170-260nm之间。

以甲苯光解为例，由甲苯的紫外吸收光谱可知，在小于270nm范围内均有强烈吸收。又知甲苯分子中C₆H₅CH₂-H和C₆H₅-CH₃的键能分别为3.7eV和4.4eV，该键能均小于270nm光子能量。

采用Kr/Br₂组成填充气体，填充分压分别为2000PaKr/100PaBr₂，在脉冲电源工作电压9000V，频率20kHz时，通过本发明光解反应装置，激发产生207nm,222nm,228nm紫外光。

甲苯分子吸收207nm,222nm,228nm紫外光后引起自身分子能态的改变，形成激发态的甲苯或解离，见以下方程式：

+hn→+CH₃

并进一步与氧气发生后续反应：

＋O₂→····→CO₂+H₂O等小分子物质

CH₃＋O₂→·CH₃OO→CO₂+H₂O

另外，气体中的水和氧气也能吸收光子产生强氧化性基团：

H₂O+hn→H+OH

O₂+hn→2O(¹ D)

这些强氧化性基团也能与污染分子发生反应：

＋OH→→CO₂+H₂O等小分子物质

＋O(¹ D)→→CO₂+H₂O等小分子物质

综上，该装置使用Kr/Br2组成填充气体，通过本装置激发产生207nm,222nm,228nm紫外光，可有效分解甲苯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种短波紫外光产生方法,其特征在于：通过在脉冲电源正电极和负电极间充入不同分压的惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物，通电激发产生准分子（RgX^*）,在激发态准分子退激/跃迁过程，辐射出不同波长的紫外光;

各种惰性气体（Rg）/卤素(X)成分，填充分压，脉冲电源工作参数及辐射波长如下表1所示。

2.表1激发惰性气体-卤素产生准分子紫外光的主要峰值波长

一种短波紫外光产生装置，其特征在于：包括若干发光管和脉冲电源，通过电源引线连接；所述发光管包括外电极、内电极、外介质石英管、内介质石英管、惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物。

3.根据权利要求2所述的一种短波紫外光产生装置，其特征在于：所述外电极设置于外介质石英管外壁，为耐腐蚀导电金属网；所述内电极由导电金属粉填充在内介质石英管内腔而成；所述惰性气体（Rg）/卤素(X)混合物填充在内、外介质石英管组成的密闭腔体内；所述电源引线分别连接所述外电极和所述内电极后与所述脉冲电源连接。

4.根据权利要求3所述的一种短波紫外光产生装置，其特征在于：所述外电极金属网的网眼目数为1~50；所述内电极金属粉目数为10~200。

5.根据权利要求3所述的一种短波紫外光产生装置，其特征在于：所述外介质石英管、内介质石英管同轴，径向间距为1~20mm，长度相同，长度为300~1500mm。

6.根据权利要求2所述的一种短波紫外光产生装置，其特征在于：所述脉冲电源工作电压为5000~20000V，工作频率在5~30kHz。