CN108298504B - 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置 - Google Patents

吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108298504B
CN108298504B CN201810055230.6A CN201810055230A CN108298504B CN 108298504 B CN108298504 B CN 108298504B CN 201810055230 A CN201810055230 A CN 201810055230A CN 108298504 B CN108298504 B CN 108298504B
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
liquid
gas
hydrogen peroxide
absorbance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810055230.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108298504A (zh
Inventor
李沁书
陈秉岩
徐小慧
余仔涵
张瑞耕
甘育麟
易恬安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Campus of Hohai University
Original Assignee
Changzhou Campus of Hohai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Campus of Hohai University filed Critical Changzhou Campus of Hohai University
Priority to CN201810055230.6A priority Critical patent/CN108298504B/zh
Publication of CN108298504A publication Critical patent/CN108298504A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108298504B publication Critical patent/CN108298504B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01—Hydrogen peroxide
    • C01B15/027—Preparation from water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了一种吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2‑O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、吸光度检测单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；且通过电气参数调控，调节最佳放电环境，在水雾喷雾中建立了非平衡等离子体处理系统，采用喷嘴喷射水雾射流，扩散区域广，处理流量大。由于棒状阵列式反应器制作简单，可减小自身电容，减少能耗损失，其大面积放电区域可适用于大流量生产。本装置制取双氧水原料为氯化钠溶液和氧气，易获取，产率高。

Description

吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置
技术领域
本发明涉及放电等离子体的环境应用领域，具体涉及一种吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置。
背景技术
近年来，放电等离子体的环境应用已成为科学研究的前沿，并成为越来越热门的课题。作为一种高级氧化工艺(AOPs)，放电等离子体具有更显著的特点，相比于生物降解吸收的过程，其具有效率高、速度快的优点。此外，在大气压或更高的气压下可以产生放电等离子体(APP)，不必使用昂贵的真空设备，有更多的经济和应用价值。所以APPs在空气净化、水处理、臭氧合成、表面处理、生物医药、材料改性等领域具有很好的应用前景。空气中的放电等离子体伴随着紫外线(UV)辐射和电子碰撞，可以产生大量的活性物种，例如羟基自由基(OH)，氧自由基(O)，氮氧化物(NOx)，臭氧(O3)和其他活性物种。等离子体在环境应用中，羟基自由基(OH)，氧自由基(O)非常重要。
目前，过氧化氢(H2O2)通常被认为是绿色化学中的重要试剂，因为水是H2O2中涉及氧化反应的唯一副产物，且双氧水具有氧化性，是一种重要的化工原料，被广泛应用于纸浆漂白、电子工业、污水处理、化学合成等领域。目前全世界绝大多数的H2O2采用蒽醌法生产，用蒽醌法生产双氧水存在工艺复杂，设备投资大以及环境污染等严重问题。采用钯、金等贵金属负载催化剂将氢氧直接合成H2O2已经有许多研究，但该过程存在着高选择性与高转化率不可兼得，生成的如O2需要分离弊端。非平衡等离子体已经广泛用于材料处理及环境保护领域，在化学转化及合成领域也有很好的应用前景。用非平衡等离子体活化氢氧分子合成的H2O2虽早在上世纪60年代就有文献报道，但生成H2O2的产率很低。
发明内容
发明目的：本申请公开一种吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，采用棒状阵列式高压脉冲介质阻挡放电，且通过电气参数调控，调节最佳放电环境，在水雾喷雾中建立了非平衡等离子体处理系统，采用喷嘴喷射水雾射流，扩散区域广，处理流量大。由于棒状阵列式反应器制作简单，可减小自身电容，减少能耗损失，其大面积放电区域可适用于大流量生产，且采用介质阻挡放电，电流小，功耗低。本装置制取双氧水原料为氯化钠溶液和氧气，易获取，产率高。本装置适用于大规模制取双氧水，是一种环境友好型的合成H2O2方法。
本申请技术方案如下。
吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2-O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、吸光度检测单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；
双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵；
数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2-O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2-O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过溶液存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连；气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元入口相连，吸光度检测单元出口与数据采集与控制单元入口相连。
气液入口控制单元、气液分离单元、O2-O3分离单元、O2循环单元和H2O2分离单元内设置有阀门；气液入口控制单元设置有液泵；双氧水发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；
液源流入气液入口控制单元通过第一阀门V1控制；气液分离单元与吸光度检测单元之间设置第二阀门V2；
溶液存储器与气液入口控制单元之间设置第三阀门V3；
气源流入气液入口控制单元通过第四阀门V4控制；
H2O2分离单元与H2O2储存器之间设置有第五阀门V5；
第六阀门V6控制O2-O3分离单元中分离的O3进入O3储存器中储存；
第七阀门V7控制O2-O3分离单元中分离的O2进入O2储存器；
第八阀门V8控制O2储存器中O2排出量；
液泵M1将液源溶液或者H2O2分离器中分离后剩余溶液循环泵入气液入口控制单元，气泵M2将O2储存器中O2泵入气源中；
第一压力传感器PM1与第二压力传感器PM2用于测量雾化喷嘴中的压力，第三压力传感器PM3测量氧气储存器入口处压力；第一流量传感器FM1测量泵入喷嘴中溶液的流速，第二流量传感器FM2测量泵入喷嘴中气体的流速；过滤器过滤掉溶液中杂质。
吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，工作过程包括以下步骤：
S01，打开第一阀门V1通入NaCl溶液或水，同时打开第四阀门V4气源通出O2，打开液泵M1，由液泵M1混合泵入溶液与O2至气液雾化单元的喷嘴处；
S02，控制液泵M1与气泵M2分别控制液体与气体压力，调节液泵M1转速与第四阀门V4分别控制液体与气体流量，调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小；
S03，过滤器过滤掉溶液中杂质，气液混合通过喷嘴形成水雾射流，均匀分布于反应区域；
S05，保持气液雾化单元的喷嘴打开，使水雾射流均匀分布反应区域且排出容器中空气，打开高压电源激励反应器放电，产生H2O2和O3，同时，通过高压探头，电压电流探头连接示波器光纤探头连接光谱仪调控高压电源输出电压电流以及占空比进行数据采集和控制；
S06，气液分离单元产生的O3与O2通过容器口分别进入O2分离器和O3分离器，剩余含有双氧水溶液进入H2O2分离单元中储存；
S07，打开第六阀门V6，O3进入O3储存器，打开第七阀门V7，O2-O3分离器中分离出的O2先进入O2储存器，检测压力传感器PM3，待O2储存器中压力与外界大气压有一定压差，打开第八阀门V8和气泵，将O2泵入气源中。
S08，待储存一定量的双氧水溶液，打开第二阀门V2取样采集进行吸光度检测，检测溶液中双氧水透射光强，从而检测双氧水产率；进入H2O2分离单元，将双氧水与氯化钠分离并提纯，检测双氧水浓度，若达标则打开第五阀门V5，双氧水进入H2O2储存器中；若未达标则继续进行提纯操作，直至达标，剩余溶液通过打开第三阀门V3，循环至溶液入口液源。
吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置介质阻挡放电单元容器长为L，宽为W，双氧水发生单元中雾化单元高为H1，其中介质阻挡放电单元高为H2，其正下方储存容器高为H3。由喷嘴形成水雾射流夹角θ以及高度H1，可得：
Figure GDA0003139903790000041
由棒状阵列式反应器电极间距d，电极与容器间距a，由于电极本身截面直径远远小于容器长宽，可忽略不计，则可得水平面反应器电极数为N1：
Figure GDA0003139903790000042
由电极位置间距及位置关系可得铅锤面电极垂直间距b：
b＝cos30°·d (3)
则锤面上反应器电极数为N2其满足下列关系：
Figure GDA0003139903790000043
介质阻挡放电单元基于棒状阵列式直流正介质阻挡放电或高压脉冲介质阻挡放电，调节输出高压范围为6-30kV；介质阻挡放电单元的棒状电极包括外层的石英空心管和中心的合金棒，外层和合金棒之间的空隙由硅胶填充，相邻水平面上电极分别接直流高压电源和地，交错阵列放置，每个电极与其上方和下方的电极构成等边三角形的三个顶点排列，相邻电极间距d范围为3.00-9.00cm；
介质阻挡放电单元放电过程为：在高压电源的激励下，负电极介质阻挡放电在尖端电极附近聚集起空间电荷，当电子引起碰撞电离后，形成电子雪崩过程，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子；电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲介质阻挡放电电流，负离子则扩散到间隙空间；重复开始下一个电离及带电粒子运动过程；如此循环，以致出现许多脉冲形式的介质阻挡放电电流。
合金棒材质为钼、钨或镍铬合金。
数据采集与控制单元控制过程为：通过第一压力传感器PM1、第二压力传感器PM2测得雾化喷嘴的气液压力大小；第一流量传感器FM1、第二流量传感器FM2测得气液流量大小、通过控制液泵M1转速控制液相流量，同时固定气相流量，从而调节水雾射流含水率以及雾珠粒径大小；通过第三压力传感器PM3检测氧气储存器与外界压差，控制第七阀门V7、第八阀门V8和气泵M2开关。
气液入口控制单元的液相原料为NaCl溶液或水；选取氧气作为气相原料。
吸光度检测单元通过吸光度检测电路检测吸光度，吸光度检测电路包括LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS(Root of the Mean of the Square均方根)转换电路和微处理器；LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS转换电路和微处理器依次顺序连接；
比色皿获得LED灯光照射，透射光强通过光电传感器接受后转化为电学信号，经过放大、整流、RMS转换后输送给微处理器进行数据处理，进行装置参数调控。
吸光度检测单元H2O2物质的相对产率的能效比定义为，经过放电反应器处理之后，特定体积的溶液中H2O2的浓度的改变量与一个调功周期内消耗的能量的比值；H2O2相对产率能效通过式(15)求出：
Figure GDA0003139903790000051
其中Eer是能量效率(单位mg·J-1)，c0-c1是初始和处理过后的溶液中，H2O2浓度的改变量；Vl是处理的溶液体积(单位L)，Em,j是一个调功周期内消耗的能量，m表示调功周期、j表示调功周期的次数；由于介质阻挡放电的光谱不易测得，因此直接通过对活性物种的产率的测量来进行能量效率的评估；通过相对吸光度的测量，根据公式(2)获得相对吸光度A：
A＝lg(1/T) (16)
定义吸收光谱的透光率T为：
T＝It/I0 (17)
根据比尔-朗伯定义：一束平行的单色光通过浓度为C、长度为d的均匀介质时，未被吸收的透光强度It与入射光初始强度I0之间的关系为：
It＝I0exp(-εdC) (18)
ε是摩尔吸光系数，用光子流量强度表示光强度I，即I＝nc，c是光速，n是光子密度；定义光的吸光度表达式为：
A＝lg(I0/It)＝2.303εdC (19)
利用吸收光谱法来获得初始和处理过后的溶液中活性物质的浓度；由上述公式可以推出，活性物质的吸光度与物质浓度呈正相关，所以可以通过活性物质吸光度的改变量的监测来获得C0和C1。
为获取一个调功周期内消耗的能量，先将高压激励单元采用功率密度调制(PowerDensity Modulation:PDM)模式，在PDM模式下调整放电参数，包括PDM电源供电电压、调功周期的频率，以及占空比的大小。通过找到的放电起止点计算单个供电周期能量平均值Ed,a，然后根据测得的调功周期以及供电周期累加计算得到总供电能量ET。使用紫外-吸光光度计测量放电区域内活性物质的相对吸光度，通过牛顿爬山算法进行H2O2的相对产率能效比评估，从而确定最佳相对产率能效比反应条件。
牛顿爬山法通过不断调节放电反应系统的放电条件来比较调整前后放电产生相对产率能效比的变化情况，再根据变化情况来调整放电条件。
本发明的有益效果包括：本装置采用棒状阵列式高压脉冲介质阻挡放电在水雾喷雾中建立了非平衡等离子体处理系统，采用喷嘴喷射水雾射流，扩散区域广，处理流量大。由于棒状阵列式反应器制作简单，可减小自身电容，减少能耗损失，其大面积放电区域可适用于大流量生产，。同时使用吸光度法精准测量产出的双氧水浓度，且通过电气参数调控，调节最佳放电环境，能够做到高效的生产。本装置制取双氧水原料为氯化钠溶液和氧气，易获取，产率高。本装置适用于大规模制取双氧水，是一种环境友好型的合成H2O2装置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为本申请吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置结构示意图；
图2为本申请吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置组件连接关系结构示意图；
图3为本申请吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置工作流程图；
图4光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置主体结构图；
图5雾化单元结构示意图；
图6介质阻挡放电单元结构侧视图；
图7介质阻挡放电单元结构正视图；
图8反应区域截面示意图；
图9反应器截面示意图；
图10a棒状电极正视图；
图10b棒状电极侧视图；
图11数据采集与控制单元工作流程图；
图12放电条件参数处理流程示意图；
图13放电电流处理流程图；
图14供电能量计算子流程图；
图15光量子产率能效比计算子流程图；
图16牛顿爬山算法示意图；
图17吸光度检测电路；
图18调控示意图；
图19数据采集与控制单元系统工作图；
图20电磁阀工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效，且为了使该评价方法易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2-O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、吸光度检测单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；
双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵。
数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2-O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2-O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过溶液存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连；气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元入口相连，吸光度检测单元出口与数据采集与控制单元入口相连。
如图2所示，气液入口控制单元、气液分离单元、O2-O3分离单元、O2循环单元和H2O2分离单元内设置有阀门；气液入口控制单元设置有液泵；双氧水发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；
液源流入气液入口控制单元通过第一阀门V1控制；
气液分离单元与吸光度检测单元之间设置第二阀门V2；
溶液存储器与气液入口控制单元之间设置第三阀门V3；
气源流入气液入口控制单元通过第四阀门V4控制；
H2O2分离单元与H2O2储存器之间设置有第五阀门V5；
第六阀门V6控制O2-O3分离单元中分离的O3进入O3储存器中储存；
第七阀门V7控制O2-O3分离单元中分离的O2进入O2储存器；
第八阀门V8控制O2储存器中O2排出量；
液泵M1将液源溶液或者H2O2分离器中分离后剩余溶液循环泵入气液入口控制单元，气泵M2将O2储存器中O2泵入气源中；
第一压力传感器PM1与第二压力传感器PM2用于测量雾化喷嘴中的压力，第三压力传感器PM3测量氧气储存器入口处压力；第一流量传感器FM1测量泵入喷嘴中溶液的流速，第二流量传感器FM2测量泵入喷嘴中气体的流速；过滤器过滤掉溶液中杂质。
如图3所示，本装置工作过程包括以下步骤：
S01，打开第一阀门V1通入NaCl溶液或水，同时打开第四阀门V4气源通出O2，打开液泵M1，由液泵M1混合泵入溶液与O2至气液雾化单元的喷嘴处；
S02，控制液泵M1与气泵M2分别控制液体与气体压力，调节液泵M1转速与第四阀门V4分别控制液体与气体流量，调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小；
S03，过滤器过滤掉溶液中杂质，气液混合通过喷嘴形成水雾射流，均匀分布于反应区域；
S05，保持气液雾化单元的喷嘴打开，使水雾射流均匀分布反应区域且排出容器中空气，打开高压电源激励反应器放电，产生H2O2和O3，同时，通过高压探头，电压电流探头连接示波器光纤探头连接光谱仪调控高压电源输出电压电流以及占空比进行数据采集和控制；
S06，气液分离单元产生的O3与O2通过容器口分别进入O2分离器和O3分离器，剩余含有双氧水溶液进入H2O2分离单元中储存；
S07，打开第六阀门V6，O3进入O3储存器，打开第七阀门V7，O2-O3分离器中分离出的O2先进入O2储存器，检测压力传感器PM3，待O2储存器中压力与外界大气压有一定压差，打开第八阀门V8和气泵，将O2泵入气源中。
S08，待储存一定量的双氧水溶液，打开第二阀门V2取样采集进行吸光度检测，检测溶液中双氧水透射光强，从而检测双氧水产率；进入H2O2分离单元，将双氧水与氯化钠分离并提纯，检测双氧水浓度，若达标则打开第五阀门V5，双氧水进入H2O2储存器中；若未达标则继续进行提纯操作，直至达标，剩余溶液通过打开第三阀门V3，循环至溶液入口液源。
本实施例吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置
主体结构图如图4所示，其中气液雾化单元如图5所示，介质阻挡放电单元结构侧视图如图6所示，介质阻挡放电单元结构正视图如图7所示。介质阻挡放电单元容器长为L，宽为W，双氧水发生单元中雾化单元高为H1，其中介质阻挡放电单元高为H2，其正下方储存容器高为H3。由喷嘴形成水雾射流夹角θ以及高度H1，可得：
Figure GDA0003139903790000091
由棒状阵列式反应器电极间距d，电极与容器间距a，由于电极本身截面直径远远小于容器长宽，可忽略不计，则可得水平面反应器电极数为N1：
Figure GDA0003139903790000101
由电极位置间距及位置关系可得铅锤面电极垂直间距b：
b＝cos30°·d (3)
则锤面上反应器电极数为N2其满足下列关系：
Figure GDA0003139903790000102
介质阻挡放电单元基于棒状阵列式直流正介质阻挡放电或高压脉冲介质阻挡放电，调节输出高压范围为6-30kV；棒状电极如图12所示，介质阻挡放电单元的棒状电极包括外层的石英空心管和中心的合金棒，外层和合金棒之间的空隙由硅胶填充，反应区域截面图如图8所示，相邻水平面上电极分别接直流高压电源和地，交错阵列放置，使放电反应区间大，反应时间充分，有利于产生大量H2O2与O3，适合作为大型制H2O2应用装置。介质阻挡放电单元的反应器截面示意图如图9所示，每个电极与其上方和下方的电极构成等边三角形的三个顶点排列，相邻电极间距d范围为3.00-9.00cm
介质阻挡放电单元放电过程为：在高压电源的激励下，负电极介质阻挡放电在尖端电极附。近聚集起空间电荷，当电子引起碰撞电离后，形成电子雪崩过程，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子；电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲介质阻挡放电电流，负离子则扩散到间隙空间；重复开始下一个电离及带电粒子运动过程；如此循环，以致出现许多脉冲形式的介质阻挡放电电流。
空气介质阻挡放电的主要原理为：在高压电源的激励下，负电极介质阻挡放电在尖端电极附近聚集起空间电荷，当电子引起碰撞电离后，形成电子雪崩过程，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲介质阻挡放电电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的介质阻挡放电电流。在介质阻挡放电的过程中主要产生以下三种强氧化物质：
a.高能粒子：在强电场的作用下，电极尖端将产生一定能量的电子，电子能量与微放电发生时，电极所加电场强度有关。
b.氧原子：具有一定能量的电子与空气中的氧分子碰撞引起氧气分子的解离，产生氧原子，反应式如下：
e+O2→2O+e (7)
c.臭氧：具有一定能量的氧原子和氧气分子碰撞，反应生成臭氧，反应式如下：
O+O2+M→O3+M (8)
其中M表示第三种参与的分子。
其产生H2O2的主要原理为：
本装置采用介质阻挡放电等离子体的主要反应包括电子碰撞、光解和二次反应。介质阻挡放电等离子体内电子平均电子能量大约为1-10eV，这足以分解水分子H2O和氧气分子O2，并且放电区域伴随着强烈的紫外辐射。因此，通过电子碰撞和紫外光解，产生羟基自由基(OH)、氧原子(O)和氢自由基(H)活性物质，主要反应式如下：
e+O2→O(1D)+O(1D)+e(Te＝0-5eV) (9)
e+H2O→e+H+OH(Te＝1-2eV) (10)
O2+hv→O+O(1D)(λ＝200-220nm) (11)
H2O+hv→OH+H(λ＝145-246nm) (12)
由于扮演热能载体的第三分子M(N2或H2O)的参与，放电区域的某些O将与O2发生反应生成O3，反应式如下：
O+O2+M→O3+M (13)
通过反应式(4)生成的OH自由基相互结合生成H2O2，反应式如下：
OH+OH→H2O2 (14)
合金棒材质为钼、钨或镍铬合金。
数据采集与控制单元包括光谱仪、示波器和MCU，光谱仪和示波器与介质阻挡放电单元相连接；数据采集与控制单元通过MCU控制所有电磁阀开关。
数据采集与控制单元示控制过程为：通过第一压力传感器PM1、第二压力传感器PM2测得雾化喷嘴的气液压力大小；第一流量传感器FM1、第二流量传感器FM2测得气液流量大小、通过控制液泵M1转速控制液相流量，同时固定气相流量，从而调节水雾射流含水率以及雾珠粒径大小；通过第三压力传感器PM3检测氧气储存器与外界压差，控制第七阀门V7、第八阀门V8和气泵M2开关。
数据采集调控单元工作流程图如图11所示，通过按钮打开总电源后，将MCU模块、键盘输入模块和液晶显示模块系统初始化，由方波产生单元产生方波，三角波转化单元形成三角波，将两者产生的电压输入电压比较器，进行占空比的调节，并输入PDM电源中作为后端的双氧水发生单元的激励电源使装置开始正常工作。在装置的后端利用液泵将反应产生的H2O2活性物质，用虹吸的方法抽入吸光皿中进行相对吸光度的测量并将数据处理后传输给MCU。在MCU中，由重新利用牛顿爬山算法进行相应占空比的调控，最终反馈给电源，再次进行相应的电压和频率的调控。
如图12，参数处理程序是将读取并保存的数据进行计算处理，通过供电电压处理子程序、放电电流处理子程序、供电能量计算子程序、等效参数计算子程序、量子产率能效比子程序，分别得到供电电压峰-峰值、有效放电时间、微放电平均强度、系统运行时间内总供电能量、单个供电周期平均能量、反应器等效电容、活性物种产率能效比。
第一个进行的是供电电压处理子程序，在这一部分，只需自动读取PC机上存储的“供电电压”采集通道的数据，之后得到供电电压的峰-峰值进行显示输出。
图13是放电电流处理子程序，该部分得到装置运行过程中的平均微放电强度和有效放电总时间。图14是供电能量计算子程序，该部分得到装置运行过程中的单个供电周期的能量平均值和总供电能量。根据得到的数据，进行单个周期的李萨如图形重构。由于李萨如图形是两个正交矢量在做周期性振荡时合成的曲线，两个矢量的振动频率相同，能够合成封闭的图形。但是在振动过程中，矢量的模是不固定，因此每个周期合成的图形大小会有差异。在进行供电能量计算时，需要对每个周期李萨如图形的面积进行计算，因此要进行图形的重构并对每个周期进行分离，确立图形分离的规则。重构过程如下：
以“积分电压”为横坐标数据，“供电电压”为纵坐标数据，进行图形重构。此时得到的是所有供电周期堆叠的李萨如图形。由于单个供电周期对应的是单个李萨如图形，因此需进行单个周期图形分离。确立单个供电周期李萨如图形重构的数据选取范围规则是：在绘制李萨如图时，选择施加的电压上升到零的两个相邻点的时间作为一个周期。
在对单个供电周期的李萨如图形进行分离重构后，对重构的李萨如图形进行供电电压与积分电压的积分计算，得到李萨如图形的面积Sd,i。根据李萨如的面积，结合得到的单个供电周期的能量Ed,i、一个调功周期内的供电周期个数ndm,j和调功周期的供电能量Em,j。之后根据运行时间内总供电周期个数Non,t对每个供电周期的能量进行累加，得到系统运行时间内的总供电能量。对Ed,a和ET进行输出显示。
气液入口控制单元的液相原料为NaCl溶液或水；选取氧气作为气相原料。
a)液相原料选取原理
本装置通过气液混合雾化方式制取H2O2，其原料为NaCl溶液与O2，其中选取NaCl溶液作为液相发生原料比NaOH碱性溶液产率高，因为H2O2是弱酸，在浓NaOH溶液中与OH-反应生成HO2 -，其反应式如下：
H2O2+OH-→HO2 -+H2O (20)
因此，所产生的H2O2通过与NaOH反应而消耗，导致非常低的H2O2产率。
由于H2O2的产生速率强烈依赖于液体表面的等离子-液体相互作用如溅射、高电场诱导的水合离子发射和蒸发，所以本装置采用NaCl溶液或水。
b)气相原料选取原理
本装置选取氧气作为气相原料，由于空气中含有大部分氮气，在放电过程中会产生NO、NO2有害活性物质，其反应机理如下：
放电过程中主要反应包括电子碰撞、光解和二次反应。放电等离子体中电子平均能量在1-10eV左右。主要的反应是在不同的电子能量下电子的碰撞：
e+O2→O(1D)+O(1D)+e(Te＝0-5eV) (21)
e+H2O→e+H+OH(Te＝1-2eV) (22)
Figure GDA0003139903790000141
放电等离子体产生过程伴随着二次反应，H2O和O2分子被解离：
O(1D)+H2O→2OH (24)
N2 *+O2→N2+2O(1D) (25)
在等离子体区域，激发态O能与N2分子反应，N与产生的OH反应。一些O能与O2生成O3，一些O3与NO生成NO2，反应方程式如下：
O(1D)+N2→NO+N (26)
N+OH→NO+H (27)
O2+O+M→O3+M (28)
NO+O3→NO2+O2 (29)
此外，在高强度紫外辐射的环境中，主要是光解反应，如下：
H2O+hv→OH+H(λ＝145-246nm) (30)
O3+hv→O2+O(1D)(λ≤320nm) (31)
NO2+hv→NO+O2(λ≤420nm) (32)
NO2+hv→N2+O(1D)(λ≤337nm)(33)
产生NOX的另一个途径，是水合电子(eaq)和OH参与反应。这个过程可能涉及的主要反应式如下：
OH+NO→NO2 -+H+ (34)
e- aq+NOx -y→(NOx)-(y+1) (35)
(NOx)-(y+1)+H2O→2OH-(y+1)+NOX (36)
以上公式中，x＝1或2，y＝0或1。
生成的NO2与H2O发生反应生成酸性物质HNOX，主要的反应式如下：
3NO2+H2O→2NO3 -+2H++NO (37)
而且NO2溶于水中形成HNO3，溶液中含有NO3-，使溶液酸性增强，而H2O2成弱酸性，将抑制H2O2的产生，降低其产率。
如图17所示，吸光度检测单元通过吸光度检测电路检测吸光度，吸光度检测电路包括LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS(Root of the Mean of theSquare均方根)转换电路和微处理器；LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS(Root of the Mean of the Square均方根)转换电路和微处理器依次顺序连接。
比色皿获得LED灯光照射，透射光强通过光电传感器接受后转化为电学信号，经过放大、整流、RMS转换后输送给微处理器进行数据处理，进行装置参数调控。积分放大器中的运放可用系列为IVC102、ACF2101，电压比较器中的运放可用系列为TL3116C、TL31161、TLC372。
活性物质的相对产率的能效比定义为，经过放电反应器处理之后，特定体积的溶液中活性物质的浓度的改变量与一个调功周期内消耗的能量的比值。因此，活性物质相对产率能效比可以通过下式求出：
Figure GDA0003139903790000151
其中Eer是能量效率(单位mg·J-1)，c0-c1是初始和处理过后的溶液中活性物质浓度的改变量。Vl是处理的溶液体积(单位L)，Em,j是一个调功周期内消耗的能量。由于介质阻挡放电的光谱不易测得，因此直接通过对活性物种的产率的测量来进行能量效率的评估。吸光度检测单元H2O2物质的相对产率的能效比定义为，经过放电反应器处理之后，特定体积的溶液中H2O2的浓度的改变量与一个调功周期内消耗的能量的比值；H2O2相对产率能效通过式(15)求出：
Figure GDA0003139903790000161
其中Eer是能量效率(单位mg·J-1)，c0-c1是初始和处理过后的溶液中，H2O2浓度的改变量；Vl是处理的溶液体积(单位L)，Em,j是一个调功周期内消耗的能量，m表示调功周期、j表示调功周期的次数；由于介质阻挡放电的光谱不易测得，因此直接通过对活性物种的产率的测量来进行能量效率的评估；通过相对吸光度的测量，根据公式(2)获得相对吸光度A：
A＝lg(1/T) (16)
定义吸收光谱的透光率T为：
T＝It/I0 (17)
根据比尔-朗伯定义：一束平行的单色光通过浓度为C、长度为d的均匀介质时，未被吸收的透光强度It与入射光初始强度I0之间的关系为：
It＝I0exp(-εdC) (18)
ε是摩尔吸光系数，用光子流量强度表示光强度I，即I＝nc，c是光速，n是光子密度；定义光的吸光度表达式为：
A＝lg(I0/It)＝2.303εdC (19)
利用吸收光谱法来获得初始和处理过后的溶液中活性物质的浓度；由上述公式可以推出，活性物质的吸光度与物质浓度呈正相关，所以可以通过活性物质吸光度的改变量的监测来获得C0和C1。
为获取一个调功周期内消耗的能量，先将高压激励单元采用功率密度调制(PowerDensity Modulation:PDM)模式，在PDM模式下调整放电参数，包括PDM电源供电电压、调功周期的频率，以及占空比的大小。通过找到的放电起止点计算单个供电周期能量平均值Ed,a，然后根据测得的调功周期以及供电周期累加计算得到总供电能量ET。使用紫外-吸光光度计测量放电区域内活性物质的相对吸光度，通过牛顿爬山算法进行H2O2的相对产率能效比评估，从而确定最佳相对产率能效比反应条件。
图15是活性物种相对产率能效比(Eer)计算子程序，根据“供电能量处理子程序”中经过处理存储的“调功周期供电能量Em,j”数据，计算得到活性物种相对产率能效比，并对结果进行显示输出。
通过前面的步骤得到放电参数后，进而与牛顿爬山算法相结合，设计了最佳放电效果评估方法。根据活性物种相对产率的变化规律，得到在最佳放电效果时对应的放电参数。根据牛顿爬山算法找出最佳Eer对应的放电条件，确定相应的参数范围。
如图16所示是牛顿爬山法的XX-Eer图，横轴表示一个调功周期的供电能量Em,j，纵轴表示活性物种相对产率Eer。牛顿爬山法又称扰动观察法，通过不断调节放电反应系统的放电条件来比较调整前后放电产生Eer的变化情况，再根据变化情况来调整放电条件，包括可编程AC/DC电源的输出电压、PDM电源的供电电压、供电能量的参数,使放电反应器工作在最佳能效比附近。可以分析牛顿爬山法具体步骤如下：
(1)在A点加一个扰动变量，如改变供电能量，使反应器的Eer达到B点；
(2)检测到之前提高供电能量使得反应器的活性物种相对产率能效比增加，继续原来的方向增加扰动变量，使反应器工作在C点；
(3)继续原来的方向加扰动变量，使反应器工作在M点；
(4)继续原来的方向加扰动变量，使反应器工作在D点；
(5)此时检测到之前的扰动变量使得反应器的活性物种相对产率能效比减小，改变原来的方向加扰动变量，使反应器的Eer重新达到M点；
(6)继续原来的方向加扰动变量，使反应器工作在C点；
(7)最后，反应器在C点，M点，D点三个工作点间波动。
算法中的扰动变量选取：供电电压、调功周期的频率，以及占空比的大小，使用这种方法可以确定最佳的活性物种相对产率能效比，而且可以得到所对应的放电条件，因此可以确定最佳放电参数调节范围。
牛顿爬山法通过不断调节放电反应系统的放电条件来比较调整前后放电产生相对产率能效比的变化情况，再根据变化情况来调整放电条件。
在牛顿爬山算法中，根据扰动变量的步长所确定的M点不一定是Eer的最高点，在确定了最佳参数调节范围C到D后，用优选法对扰动变量的步长进行重新设定，根据下列步骤找出最高点：
(1)在(C,M)区间内取中点P1，(M,D)区间内取中点P2；
(2)当P1对应的函数值大于P2对应的函数值时，相对光量子产率能效比的极大值在(P1,M)区间内，(M,P2)的区间舍去；
(3)反之，极大值在(M,P2)区间内，舍去(P1,M)区间；
(4)当P1和P2对应的函数值相等时，极大值在(P1,P2)范围内，舍去(C,P1)和(P2,D)的区间；
(5)在剩余的区间内重新取中点，找到P3，P4，以步骤(1)到(4)的方式继续进行迭代计算；直到剩余区间范围小于设定值
Figure GDA0003139903790000181
时，算法结束。
数据采集与控制单元示意图如图18所示，MCU可以选择STC公司的STC12C、STM32、STC89系列单片机。推荐使用封装为SOP-20，单片机内置了8位ADC和通用I/O口，速度均可达到100kHZ，8路ADC模块可以用作按键检测、液泵转速检测、流量检测、压力检测以及电磁阀开关检测。可将压力传感器、流量传感器检测到的气液流量以及压力转化为电压信号采集并传送到MCU的A/D口，之后MCU根据采集而来的信号控制整个系统的运行。显示屏与I/O口连接，显示屏可以使用的型号为LCD1602，LCD12864，LCD16864，LCD12232。
整个控制系统包括与MCU的AD端相连的压力传感器、流量传感器、电磁阀V1-V8(第一阀门V1、第二阀门V2……第八阀门V8)，液泵M1、开关按键以及MCU电源、显示单元、高压电源开关控制；总开关按键控制整体装置的运行，闭合后装置便开始正常工作。压力传感器、流量传感器将采集的信号转化为电压信号，输送给MCU并进行AD转换，再输送给显示屏。显示单元与单片机输出端口相连，主要显示机器是否正常工作、当前气液流量、气液压力、电磁阀开关参数。同时，通过反馈信号利用MCU控制电磁阀开关情况。
本装置数据采集与控制单元系统工作图如图19所示。通过压力传感器PM1、PM2测得气液压力大小、流量传感器FM1、FM2测得气液流量大小从而通过控制液泵M1转速控制液相流量，同时固定气相流量，从而调节水雾射流含水率以及雾珠粒径大小。此外，通过压力传感器PM3检测氧气储存器与外界压差，控制电磁阀开关和气泵M2开关。本装置通过MCU控制所有电磁阀开关，控制流体流入与流出。
本装置采用电磁阀开关，由数据采集与控制单元自动控制开启和关闭状态，本实施例采用Gems公司A系列、B系列、C系列电磁阀，可用于高流量场合，耐酸性或碱性溶液，高速响应，工作寿命长。其原理为通电时，电磁线圈产生电磁力，直接吸合磁芯，磁芯变位，阀门打开；断电时，磁力消失，磁芯靠弹簧复位，阀门关闭。电磁阀开关(阀门)工作原理如图20所示。
压力传感器工作原理半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力(压力)使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号，从而从输出电信号可得出当前压力大小。本实施例采用Gems公司的CAD1200/1600系列、2200/2600系列、6700系列压力变送器。
本装置使用流量传感器原理是基于法拉第电磁感应定律，当导电液体以平均流速且垂直于磁场方向通过两电极时，电极间产生相应的电动势，根据电场强度与流过的体积流量关系得出。本装置可采用Gems公司的RFO型电子流量计、RFA型电子流量计。
本装置使用过滤器，目的除去进入喷嘴前溶液中杂质或者大颗粒物，采用不锈钢网状过滤网多层安装。
雾化喷嘴工作原理为当水经过喷嘴排出，流经喷嘴孔边际时展开成液体层，因为空气动力的不安稳，将液体层簖裂变成拉长了的管孔状的粗细的圆柱体，然后变成液滴，液滴的直径巨细取决于液体层的厚度和均匀度，安稳的液体和决裂进程。
雾化喷嘴是经过内部压力，将内部的液体挤压进喷嘴中，雾化喷嘴内部放置有一块叶片，高速活动的液体经过叶片的旋流腔构成雾，叶片的巨细厚薄.喷头的喷孔孔径，必定要与喷嘴配合，使液体冲击反弹后构成直径15-60微米左右的雾化颗粒，并经过喷嘴出口喷出构成喷雾。本实施例中，采用喷嘴型号选用PNR公司的AA系列、AE系列、AL系列，其实心圆锥形喷雾区域可均匀较全面覆盖反应区域，有利于介质阻挡放电均匀化，且喷嘴水雾射流夹角范围宽，本装置设置角度范围为90°-135°，形成水雾射流量多喷洒区域广，适合用于大量制取双氧水。
雾化喷嘴利用压缩空气的喷散作用来使物料雾化的，空气雾化喷嘴是空气流和液体流互相影响而产生薄雾使液体和气体均匀混合，产生微细液滴尺寸的喷雾或粗液滴喷雾。通过调节气体压力或降低液体压力可得到不同颗粒大小的液滴喷雾，从而调整的气体流动率液体流率比并控制含水率。
雾化后的雾珠粒径大小与喷嘴内外的压强差，水合气体的比例参数密切相关。本装置中，先固定雾化喷嘴内外压力差，压力差通过液体压力计PM1与气体压力计PM2分别控制液相与气相压力，再通过改变含水率大小调节水雾的雾珠粒径大小。其中，水合气的体积流量可通过调节液泵M1和调节阀V4改变，水合气的流量可分别通过液体流量计和气体流量计测量。
水雾环境中放电产生的活性物质主要存在气相中，雾珠比表面积较大有利于气相中活性物质与雾珠产生扩散与传质作用。本实施例中含水率控制在5％-10％产生活性物质效果最佳，控制雾珠粒径范围为15-60微米。
本实施例中O2-O3分离单元分离氧气与臭氧是利用热交换器和冷媒质将臭氧和氧气的混合气体的温度降低至臭氧的沸点温度和氧气的沸点温度之间，使臭氧转化为液态，而氧气仍然为气态，从而对氧气和臭氧的混合气体进行分离。本实施例H2O2分离单元将浓度为达标的双氧水溶液进行分离提纯，其原理为用纯水萃取，经精制、浓缩可提高双氧水的浓度，其中萃取后剩余溶液经再生处理循环使用。此法工业上生产技术已经非常成熟，技术先进，自动化程度高，成本和能耗较低，适合大规模工业化生产双氧水。
本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2-O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、吸光度检测单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；
双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵；
数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2-O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2-O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过溶液存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连；气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元入口相连，吸光度检测单元出口与数据采集与控制单元入口相连。
2.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
气液入口控制单元、气液分离单元、O2-O3分离单元、O2循环单元和H2O2分离单元内设置有阀门；气液入口控制单元设置有液泵；双氧水发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；
液源流入气液入口控制单元通过第一阀门(V1)控制；
气液分离单元与吸光度检测单元之间设置第二阀门(V2)；
溶液存储器与气液入口控制单元之间设置第三阀门(V3)；
气源流入气液入口控制单元通过第四阀门(V4)控制；
H2O2分离单元与H2O2储存器之间设置有第五阀门(V5)；
第六阀门(V6)控制O2-O3分离单元中分离的O3进入O3储存器中储存；
第七阀门(V7)控制O2-O3分离单元中分离的O2进入O2储存器；
第八阀门(V8)控制O2储存器中O2排出量；
液泵(M1)将液源溶液或者H2O2分离器中分离后剩余溶液循环泵入气液入口控制单元，气泵(M2)将O2储存器中O2泵入气源中；
第一压力传感器(PM1)与第二压力传感器(PM2)用于测量雾化喷嘴中的压力，第三压力传感器(PM3)测量氧气储存器入口处压力；第一流量传感器(FM1)测量泵入喷嘴中溶液的流速，第二流量传感器(FM2)测量泵入喷嘴中气体的流速；过滤器过滤掉溶液中杂质。
3.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
工作过程包括以下步骤：
S01，打开第一阀门(V1)通入NaCl溶液或水，同时打开第四阀门(V4)气源通出O2，打开液泵(M1)，由液泵(M1)混合泵入溶液与O2至气液雾化单元的喷嘴处；
S02，控制液泵(M1)与气泵(M2)分别控制液体与气体压力，调节液泵(M1)转速与第四阀门(V4)分别控制液体与气体流量，调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小；
S03，过滤器过滤掉溶液中杂质，气液混合通过喷嘴形成水雾射流，均匀分布于反应区域；
S05，保持气液雾化单元的喷嘴打开，使水雾射流均匀分布反应区域且排出容器中空气，打开高压电源激励反应器放电，产生H2O2和O3，同时，通过高压探头，电压电流探头连接示波器光纤探头连接光谱仪调控高压电源输出电压电流以及占空比进行数据采集和控制；
S06，气液分离单元产生的O3与O2通过容器口分别进入O2分离器和O3分离器，剩余含有双氧水溶液进入H2O2分离单元中储存；
S07，打开第六阀门(V6)，O3进入O3储存器，打开第七阀门(V7)，O2-O3分离器中分离出的O2先进入O2储存器，检测压力传感器PM3，待O2储存器中压力与外界大气压有一定压差，打开第八阀门(V8)和气泵，将O2泵入气源中；
S08，待储存一定量的双氧水溶液，打开第二阀门(V2)取样采集进行吸光度检测，检测溶液中双氧水透射光强，从而检测双氧水产率；进入H2O2分离单元，将双氧水与氯化钠分离并提纯，检测双氧水浓度，若达标则打开第五阀门(V5)，双氧水进入H2O2储存器中；若未达标则继续进行提纯操作，直至达标，剩余溶液通过打开第三阀门(V3)，循环至溶液入口液源。
4.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
介质阻挡放电单元容器长为L，宽为W，双氧水发生单元中雾化单元高为H1，其中介质阻挡放电单元高为H2，介质阻挡放电单元的储存容器高为H3；由气液雾化单元的喷嘴形成水雾射流夹角θ以及高度H1，可得：
Figure FDA0003139903780000031
由介质阻挡放电单元的棒状阵列式反应器电极间距d，电极与容器间距a，则可得水平面反应器电极数为N1：
Figure FDA0003139903780000032
由电极间距d及位置关系可得铅锤面电极垂直间距b：
b＝cos30°·d (3)
则锤面上反应器电极数为N2其满足下列关系：
Figure FDA0003139903780000033
5.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
介质阻挡放电单元基于棒状阵列式直流正介质阻挡放电或高压脉冲介质阻挡放电，调节输出高压范围为6-30kV；介质阻挡放电单元的棒状电极包括外层的石英空心管和中心的合金棒，外层和合金棒之间的空隙由硅胶填充，相邻水平面上电极分别接直流高压电源和地，交错阵列放置，每个电极与其上方和下方的电极构成等边三角形的三个顶点排列，相邻电极间距d范围为3.00-9.00cm
介质阻挡放电单元放电过程为：在高压电源的激励下，负电极介质阻挡放电在尖端电极附近聚集起空间电荷，当电子引起碰撞电离后，形成电子雪崩过程，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子；电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现脉冲介质阻挡放电电流，负离子则扩散到间隙空间；重复开始下一个电离及带电粒子运动过程；如此循环，以致出现许多脉冲形式的介质阻挡放电电流。
6.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
数据采集与控制单元控制过程为：通过第一压力传感器(PM1)、第二压力传感器(PM2)测得雾化喷嘴的气液压力大小；第一流量传感器(FM1)、第二流量传感器(FM2)测得气液流量大小、通过控制液泵(M1)转速控制液相流量，同时固定气相流量，从而调节水雾射流含水率以及雾珠粒径大小；通过第三压力传感器(PM3)检测氧气储存器与外界压差，控制第七阀门(V7)、第八阀门(V8)和气泵(M2)开关。
7.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
气液入口控制单元的液相原料为NaCl溶液或水；选取氧气作为气相原料。
8.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
吸光度检测单元通过吸光度检测电路检测吸光度，吸光度检测电路包括LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS转换电路和微处理器；LED、比色皿、光电传感器、放大电路、整流电路、RMS转换电路和微处理器依次顺序连接；
比色皿获得LED灯光照射，透射光强通过光电传感器接受后转化为电学信号，经过放大、整流、RMS转换后输送给微处理器进行数据处理，进行装置参数调控。
9.根据权利要求1所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
吸光度检测单元H2O2物质的相对产率的能效比定义为，经过放电反应器处理之后，特定体积的溶液中H2O2的浓度的改变量与一个调功周期内消耗的能量的比值；H2O2相对产率能效通过式(15)求出：
Figure FDA0003139903780000041
其中Eer是能量效率，单位mg·J-1，c0-c1是初始和处理过后的溶液中H2O2浓度的改变量；Vl是处理的溶液体积，单位L，Em,j是一个调功周期内消耗的能量，m表示调功周期、j表示调功周期的次数；由于介质阻挡放电的光谱不易测得，因此直接通过对活性物种的产率的测量来进行能量效率的评估；通过相对吸光度的测量，根据公式(16)获得相对吸光度A：
A＝lg(1/T) (16)
定义吸收光谱的透光率T为：
T＝It/I0 (17)
根据比尔-朗伯定义：一束平行的单色光通过浓度为C、长度为d的均匀介质时，未被吸收的透光强度It与入射光初始强度I0之间的关系为：
It＝I0exp(-εdC) (18)
ε是摩尔吸光系数，用光子流量强度表示光强度I，即I＝nc，c是光速，n是光子密度；定义光的吸光度A的表达式为：
A＝lg(I0/It)＝2.303εdC (19)
利用吸收光谱法来获得初始和处理过后的溶液中活性物质的浓度；由上述公式可以推出，活性物质的吸光度与物质浓度呈正相关，所以可以通过活性物质吸光度的改变量的监测来获得C0和C1；
为获取一个调功周期内消耗的能量，先将高压激励单元采用功率密度调制模式，在PDM模式下调整放电参数，放电参数包括PDM电源供电电压、调功周期的频率，以及占空比的大小；通过找到的放电起止点计算单个供电周期能量平均值Ed,a，然后根据测得的调功周期以及供电周期累加计算得到总供电能量ET；使用紫外-吸光光度计测量放电区域内活性物质的相对吸光度，通过牛顿爬山算法进行H2O2的相对产率能效比评估，从而确定最佳相对产率能效比反应条件。
10.根据权利要求9所述的吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，
牛顿爬山法通过不断调节放电反应系统的放电条件来比较调整前后放电产生相对产率能效比的变化情况，再根据变化情况来调整放电条件。
CN201810055230.6A 2018-01-19 2018-01-19 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置 Active CN108298504B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810055230.6A CN108298504B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810055230.6A CN108298504B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108298504A CN108298504A (zh) 2018-07-20
CN108298504B true CN108298504B (zh) 2021-08-13

Family

ID=62865993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810055230.6A Active CN108298504B (zh) 2018-01-19 2018-01-19 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108298504B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111135770B (zh) * 2019-12-31 2022-06-24 河海大学常州校区 催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法
CN111111582A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 河海大学常州校区 水雾射流电弧放电固氮装置及检测方法
CN111157579A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 河海大学常州校区 放电反应器输入参量调控活性成分实验装置及方法
CN112067498B (zh) * 2020-07-25 2024-02-13 东北电力大学 水中放电h2o2粒子时空密度分布测量装置及其测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007137729A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 物質の酸化方法
CN102603029A (zh) * 2012-03-26 2012-07-25 东华大学 一种介质阻挡放电技术处理染料废水的装置及其方法
CN103482735A (zh) * 2013-09-09 2014-01-01 河海大学常州校区 水雾放电空气等离子体射流处理装置及其高压电源
CN103693714A (zh) * 2014-01-10 2014-04-02 重庆大学 一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置
CN105198035A (zh) * 2015-08-13 2015-12-30 河海大学常州校区 变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007137729A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 物質の酸化方法
CN102603029A (zh) * 2012-03-26 2012-07-25 东华大学 一种介质阻挡放电技术处理染料废水的装置及其方法
CN103482735A (zh) * 2013-09-09 2014-01-01 河海大学常州校区 水雾放电空气等离子体射流处理装置及其高压电源
CN103693714A (zh) * 2014-01-10 2014-04-02 重庆大学 一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置
CN105198035A (zh) * 2015-08-13 2015-12-30 河海大学常州校区 变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"三相介质阻挡放电产生过氧化氢的条件优化";吴彦 等;《高电压技术》;20080430;第34卷(第4期);第700-704页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108298504A (zh) 2018-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108298504B (zh) 吸光度监测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置
Liu et al. Long-lived species in plasma-activated water generated by an AC multi-needle-to-water discharge: effects of gas flow on chemical reactions
Gielen et al. Influence of dissolved gases on sonochemistry and sonoluminescence in a flow reactor
Huang et al. Plasma‐water‐based nitrogen fixation: Status, mechanisms, and opportunities
Abdelaziz et al. Temperature-dependent behavior of nitrogen fixation in nanopulsed dielectric barrier discharge operated at different humidity levels and oxygen contents
Li et al. OH radical production in an atmospheric pressure surface micro-discharge array
CN103331455A (zh) 一种放电微等离子体辅助的金属纳米材料连续制备方法
CN111145623B (zh) 不同参数的正负电晕与物质作用实验研究装置及方法
CN108217605B (zh) 光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置
CN112403416A (zh) 一种合成氨的装置和方法
CN108147371B (zh) 直流电晕放电水雾合成双氧水的装置和方法
CN108439346B (zh) 脉冲电晕放电水雾合成双氧水装置设计及参数调控方法
CN111135770B (zh) 催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法
CN111157579A (zh) 放电反应器输入参量调控活性成分实验装置及方法
Chen et al. Atmospheric pressure plasma jet in organic solution: Spectra, degradation effects of solution flow rate and initial pH value
Guoli et al. Measurement of OH radicals in dielectric barrier discharge plasmas by cavity ring-down spectroscopy
Lin et al. Real-time characterization of negative air ion-induced decomposition of indoor organic contaminants by mass spectrometry
Chen et al. Oxides yield comparison between DBD and APPJ in water–gas mixture
Lin et al. Degradation of alizarin red by hybrid gas-liquid dielectric barrier discharge
CN108212047B (zh) 小型电晕放电水雾合成双氧水装置及其设计方法
JPS63264134A (ja) マイクロ波による低分子物質の生成方法
Hsieh et al. Optical diagnostics of electrical discharge water-spray reactors for chemical synthesis
Schüttler et al. Production and transport of plasma-generated hydrogen peroxide from gas to liquid
CN108128755B (zh) 滚筒式介质阻挡放电水雾双氧水制备装置
Liu et al. Determination of the HO2 radical in dielectric barrier discharge plasmas using near-infrared cavity ring-down spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant