CN107381722A - 快速产生大量氧活性离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及快速产生大量氧活性离子的方法，基于介质阻挡放电低温等离子放电装置实现，该装置能产生以空气成份O2、N2为主的常压空气等离子体，通过介质阻挡放电产生宏观温度为5℃～40℃的低温等离子体环境；介质阻挡放电低温等离子放电装置的水体承装器开口并自然暴露于空气中，水体进入水体承装器内，水体的深度0.1cm～1m，介质阻挡放电低温等离子放电装置对应每平方厘米水面的输入功率为0.5～10.5W。本发明达到稳定氧活性离子产量的反应时间为1分钟，氧活性离子包括臭氧（产量20ppm/min）、双氧水（产量3%/min）、羟基自由基（产量70.128mmol/L），可应用于灭菌消毒、水处理、藻类去除等。

Description

快速产生大量氧活性离子的方法
技术领域
本发明涉及水化学领域，具体涉及一种快速产生大量氧活性离子的方法。
背景技术
近年来，食品安全、饮用水安全、医用器械灭菌、湖泊富营养化藻类过度繁殖、水环境日益恶化等问题已经引起了广大人民群众及化学工作者的重视。与此同时，灭菌消毒技术、水处理技术及灭藻技术得到了长足的发展，技术逐渐成熟。
传统的灭菌消毒、水处理技术、灭藻技术常用物理方法（紫外线）、化学方法（氧活性离子）和生物方法（好氧或厌氧生物处理等）这些技术中物理技术的处理效率有限，且不能长时使用，以免影响使用人的身体健康，化学技术中产生的氧活性离子常常单一且产量有限，生物技术的适应性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速产生大量氧活性离子的方法，能够快速、高效、无二次污染的利用水体（污染水体或清洁水体均可）产生大量氧活性离子，这些氧活性离子可用于灭菌消毒、水处理及杀灭藻类等领域。
本发明所采用的技术方案为：
快速产生大量氧活性离子的方法，其特征在于：
所述方法基于介质阻挡放电低温等离子放电装置实现，该装置能产生以空气成份O2、N2为主的常压空气等离子体，通过介质阻挡放电产生宏观温度为5℃～40℃的低温等离子体环境；
所述介质阻挡放电低温等离子放电装置中，水体承装器开口并自然暴露于空气中，水体进入水体承装器内，水体的深度为0.1cm～1m，介质阻挡放电低温等离子放电装置对应每平方厘米水面的输入功率为0.5～10.5W。
所述的氧活性离子包括臭氧、双氧水和羟基自由基。
本发明具有以下优点：
介质阻挡放电低温等离子放电装置放电会产生以空气成份O2、N2为主的常压空气等离子体，等离子体与水体自由液面接触，等离子体各有效成分中的在水面上及水体内部可快速产生大量氧活性离子。本发明利用了该装置，利用5℃～40℃的常压低温空气等离子体对于水体放电（清洁水及污水均可），以快速稳定的产生大量氧活性离子。为此，本发明处理中，水体在水体承装器内的深度，输入功率以及处理时间均需要严格控制，使氧活性离子能够快速稳定产生，产生的这些氧活性离子溶解于水体中，可用于灭菌消毒、水处理及杀灭藻类等领域。
附图说明
图1介质阻挡放电低温等离子放电装置的结构示意图。
图中，1-射频电源，2-调节器，3-导电底板，4-电介质，5-水体承装器，6-高压电极，7-电介质卡，8-介质间距调节杆。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及的快速产生大量氧活性离子的方法，基于介质阻挡放电低温等离子放电装置实现，该装置能产生以空气成份O2、N2为主的常压空气等离子体，通过介质阻挡放电产生宏观温度为5℃～40℃的低温等离子体环境。
所述介质阻挡放电低温等离子放电装置中，水体承装器开口并自然暴露于空气中，水体进入水体承装器内，水体的深度为0.1cm～1m，介质阻挡放电低温等离子放电装置对应每平方厘米水面的输入功率为0.5～10.5W。该方法达到稳定氧活性离子产量的反应时间为1分钟，氧活性离子包括臭氧（O3），其产量为20ppm/min；双氧水（H2O2），其产量为3%/min；羟基自由基（●OH），其产量为70.128mmol/L。氧活性离子可应用于灭菌消毒、水处理、藻类去除等，达到快速灭菌消毒、达标水处理及杀灭藻类的效果。
本发明的实施例中的5℃～40℃的常压低温空气等离子体环境由介质阻挡放电低温等离子放电装置提供，介质阻挡放电低温等离子放电装置对应每平方厘米水面的输入功率为0.5～10.5W，水体的深度为0.1cm～1m 。
参照图1，介质阻挡放电低温等离子放电装置主要包括：射频电源1、调节器2、导电底板（接地）3、电介质4、水体承装器5、高压电极6、电介质卡7及介质间距调节杆8。试验时，将水体通过水泵抽取或自流方式倾流至水体承装器5中，水体承装器5要求敞口，以满足装置产生常压下的空气等离子体要求，水体承装器5的尺寸可根据需要处理的水体水量调节。并可加设进出水口，以及流量调节器。将盛装了水体的水体承装器5放置在放电装置中的导电底板3上，保证水体承装器5的中心与导电底板3的中心处于一点。再将电介质片4用电介质卡7卡紧，电介质片4与水体承装器5之间的距离可以使用介质间距调节杆8的移动或悬垂法根据最佳匹配的实验条件进行调整，电介质卡7卡住电介质片4的位置同样需保证电介质片4与水体承装器5以及导电底板3的中心处于一条直线上。电介质卡7卡住电介质片4后，电介质片4自然和高压电极6贴紧，同样，高压电极6的中心位置与电介质片4、水体承装器5以及导电底板3的中心均处于同一条直线上。高压电极6通过可承载高电压高电流的电线与调节器2、射频电源1的正极依次串联，射频电源1的负极电连接下电极3，由调节器2调节获取适合实验条件输出电压、电流和频率。
实验例1：
首先，倾倒5L自来水放置于水体承装器（水体深度为0.5m）中。然后，调整介质阻挡放电低温等离子放电装置的放电参数为：工作气体为常压空气（水体承装器直接敞口），放电功率1.054W/cm2，放电1分钟后测定水体中臭氧（O3）含量为20ppm/min、双氧水（H2O2）含量为产量为3%、羟基自由基（●OH）含量为70.128mmol/L。将其应用于杀灭大肠杆菌，取含有氧活性离子的自来水20mL，将其混入100mL城市生活污水厂进水（水源取自西安市第五污水处理厂进水口），经测，原进水大肠杆菌浓度为230504个/L，经过5min反应，维持搅拌速度为200r/min，即可达到一级A标准（1000个/L）。
实验例2：
首先，取1L天然水体（取自西安市未央湖，经测，主要水质指标为COD 37.64mg/L、OD9.56mg/L、pH 8.6、TN 1mg/L、氨氮0.4mg/L、 TP 0.2mg/L，水质为国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）V类）放置于水体承装器（废水深度1cm）中，摇匀均质。
然后，调整介质阻挡放电低温等离子放电装置的放电参数为：水体承装器直接敞口，上电极及电介质悬于其上方，对其及电介质间空气放电，放电功率0.5W/cm2，放电50s后后测定该水体中臭氧（O3）含量为20ppm/min、双氧水（H2O2）含量为产量为3%、羟基自由基（●OH）含量为70.128mmol/L，水质转为国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅱ类。
实验例3：
首先，吸取50mL天然水体（取自西安市兴庆湖，经测处于重度富营养化状态，TLI=90）放置于水体承装器（废水深度为0.1cm）中，摇匀均质。
然后，调整介质阻挡放电低温等离子放电装置的放电参数为：水体承装器敞口，放电功率10.5W/cm2，放电10s后测定该水体中臭氧（O3）含量为20ppm/min、双氧水（H2O2）含量为产量为3%、羟基自由基（●OH）含量为70.128mmol/L，且水体TLI值下降60%，放电时间30s便可使该水体TLI值降至30，此时，该水体N、P及COD达到达到国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅰ类标准，水体中藻类密度由原先的220×105个/L降至未检出。
实验例1-3说明，介质阻挡放电低温等离子体可在1min内针对水体放电产生稳定的氧活性离子，这些氧活性离子可转输至消毒领域，也可直接用于改善水体指标及降低富营养化藻类含量。
实验例4：
首先，倾倒10L模拟印染废水（由偶氮染料酸性嫩黄和直接桃红1:1混配，经测，COD为10489mg/L，色度为6432倍）放置于水体承装器（废水深度为1m）中，摇匀均质。
然后，调整介质阻挡放电低温等离子放电装置的放电参数为：工作气体为常压空气，放电功率10.5W/cm2，放电1分钟后测定该水体中臭氧（O3）含量为20ppm/min、双氧水（H2O2）含量为产量为3%、羟基自由基（●OH）含量为70.128mmol/L，且该印染废水COD降低为768mg/L，色度降低为128倍。
实验例5：
首先，吸取1L自来水放置于水体承装器（废水深度为0.1m）中。然后，调整介质阻挡放电低温等离子放电装置的放电参数为：水体承装器敞口，放电功率3.7W/cm2，放电20s后测定该水体中臭氧（O3）含量为20ppm/min、双氧水（H2O2）含量为产量为3%、羟基自由基（●OH）含量为70.128mmol/L，将其用于医疗器械灭菌，浸泡常用医疗器械（手术刀、止血钳于其中）10min后即可达到重复使用条件。
实验例4-5说明，介质阻挡放电低温等离子体可在1min内针对水体放电产生稳定的氧活性离子，这些氧活性离子可灭菌消毒，也可直接用于改善水体指标。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.快速产生大量氧活性离子的方法，其特征在于：
所述方法基于介质阻挡放电低温等离子放电装置实现，该装置能产生以空气成份O2、N2为主的常压空气等离子体，通过介质阻挡放电产生宏观温度为5℃～40℃的低温等离子体环境；
所述介质阻挡放电低温等离子放电装置中，水体承装器开口并自然暴露于空气中，水体进入水体承装器内，水体的深度为0.1cm～1m，介质阻挡放电低温等离子放电装置对应每平方厘米水面的输入功率为0.5～10.5W。
2.根据权利要求1所述的快速产生大量氧活性离子的方法，其特征在于：
所述的氧活性离子包括臭氧、双氧水和羟基自由基。
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