CN111988903A - 一种气相填充床放电等离子体产生装置 - Google Patents

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徐庆南
杨德正
王红丽
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes

Abstract

本发明提供了一种气相填充床放电等离子体产生装置，包括等离子体反应器壳体、下密封端盖、上密封端盖、低压电极结构、高压电极结构和填充床。等离子体反应器壳体上下连接有上下密封端盖，上下密封端盖分别连接有高压电极结构和低压电极结构，高压电极结构包括高压螺杆、高压电极板、调整手轮、高压电源线和上绝缘介质板，低压电极结构包括接地电源线、低压螺杆、低压电极板和下绝缘介质板，填充床固定在下绝缘介质板上表面。本发明的装置可实现不同气体组分的介质阻挡放电，便于观察放电现象，能够实时测光谱，实现对吸附剂等材料的表面改性实验，实现不同气体环境中对液相污染物降解实验。

Description

一种气相填充床放电等离子体产生装置
技术领域
本发明属于实验设备领域，具体涉及一种气相填充床放电等离子体产生装置。
背景技术
介质阻挡放电结构简单，操作方便且能够产生大面积的等离子体区域和丰富的活性物种，被广泛的应用于污染物降解和材料表面改性，即在放电间隙内放入待处理样品。在对材料进行表面改性时，现在有的技术中通常是将需要改性的材料直接放置在下绝缘介质板上，在大气环境中进行改性，忽略了材料在放电区域的固定，造成改性处理不均匀的现象，且目前的介质阻挡放电对于多种气体环境的放电欠缺，现有的技术则是直接在绝缘介质板之间直接连接通气管道，气流在绝缘介质板内流速不均匀，进而影响放电情况，影响材料的改性效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种气相填充床放电等离子体产生装置，主要用于材料的改性和污染物的降解处理。
本发明的技术方案：
一种气相填充床放电等离子体产生装置，包括等离子体反应器壳体1、下密封端盖2、上密封端盖6、低压电极结构3、高压电极结构7和填充床8。
所述的等离子体反应器壳体1为上下开口的筒体结构，其上部设有进气口11，其下部设有出气口12；所述的下密封端盖2和上密封端盖6分别与等离子体反应器壳体1的上下两端螺纹连接，实现密封；所述的下密封端盖2和上密封端盖6的中心均设有通孔，所述的高压电极结构7和低压电极结构3分别通过下密封端盖2和上密封端盖6的中心通孔插入等离子体反应器壳体1中。
所述的高压电极结构7包括上绝缘介质板5、高压螺杆73、调整手轮71、高压电源线72和高压电极板74；所述的高压螺杆73与上密封端盖6的中心通孔螺纹连接，调整手轮71与高压螺杆73的顶端固定连接，高压电极板74与高压螺杆73的底端螺纹连接，调整手轮71位于等离子体反应器壳体1外部，高压电极板74位于等离子体反应器壳体1内部，旋转调整手轮71可以升降高压电极结构7，从而调节高压电极板74与低压电极板33之间的间隙大小；所述的高压电源线72与高压螺杆73和外部高压电源连接，位于等离子体反应器壳体1外部；所述的上绝缘介质板5固定在高压电极板74的下表面。
所述的低压电极结构3包括下绝缘介质板4、接地电源线31、低压电极板33和低压螺杆32；所述的低压螺杆32与下密封端盖2的中心通孔螺纹连接；所述的低压电极板33与低压螺杆32的顶端螺纹连接，位于等离子体反应器壳体1内部；所述的接地电源线31与低压螺杆32连接，位于等离子体反应器壳体1外部；所述的下绝缘介质板4固定在低压电极板33的上表面。
所述的填充床8固定在下绝缘介质板4上表面，位于低压电极结构3和高压电极结构7之间。
所述的等离子体反应器壳体1的材质为石英玻璃；所述的下密封端盖2和上密封端盖6由聚四氟材质制成；所述的下绝缘介质板4和上绝缘介质板5为石英玻璃、聚四氟或陶瓷材质板。
所述的高压电极板74与低压电极板33之间的间隙在2-10mm可调。
所述的低压电极板33和高压电极板74的材质均为导电材料；低压电极板33的形状为正方形片板状、圆形片板状或网状，高压电极板74的形状为正方形片板状、圆形片板状或针状；低压电极板33和高压电极板74的形状相同或不同。
所述的填充床8的材质为石英玻璃或有机玻璃，填充床8的高度可以根据实际应用设置，可放置需要改性的固体材料，也可以盛放液相污染物；填充床8的形状可以设置为方形或圆形，当进行固体材料改性时，填充床8壁体上设置有多个气孔81，以保证填充床8内等离子体发生区域的环境与等离子体反应器壳体1内部气体环境一致，形成气相等离子体；当进行液相材料改性时，填充床8壁体上不设置气孔81。
本发明的有益效果：
本发明的装置通过进气口通入放电气体，气流不直接通入放电区域，不会造成放电区域内部因气体流速不同而放电不均匀的现象，本装置能够更加均匀的对材料进行改性和对液相污染物进行降解处理。玻璃材质反应壳体便于观察放电现象，能够实时光谱检测，实现对吸附剂等材料的表面改性实验，实现不同气体环境中对液相污染物降解实验。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图。
图2为本发明装置的反应器壳体的立体结构示意图。
图3为本发明装置的内部立体结构示意图。
图4(a)和图4(b)分别为本发明装置的上密封端盖和下密封端盖的立体结构示意图。
图中：1等离子体反应器壳体；2下密封端盖；3低压电极结构；4下绝缘介质板；5上绝缘介质板；6上密封端盖；7高压电极结构；8填充床；
11进气口；12出气口；31接地电源线；33低压电极板；32低压螺杆；
71调整手轮；72高压电源线；73高压螺杆；74高压电极板；81气孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2、图3、图4(a)和图4(b)所示，本发明的一种气相填充床放电等离子体产生装置，包括等离子体反应器壳体1，等离子体反应器壳体1的上下端分别设置有可拆卸的上密封端盖6和下密封端盖2，等离子体反应器壳体1的上部和下部分别设置有进气口11和出气口12；高压电极结构7和低压电极结构3及填充床结构8均设置在等离子体反应器壳体1内部。
对于等离子体反应器壳体1，反应气体从进气口11进入，充满整个反应器内部空间并从出气口12流出。高压电极结构7主要由高压螺杆73、调整手轮71、高压电极板74和绝缘介质板5组成，旋转调整手轮71可以升降高压电极结构7。低压电极结构3包括下绝缘介质板4、低压螺杆32、接地电源线31和低压电极板33，低压电极板33上覆盖有下绝缘介质板4，下绝缘介质板4与填充床8固定连接，填充床8可以设置为方形无气孔、圆形无气孔、方形有气孔和圆形有气孔形状。进行固体材料改性时，填充床8上设置有气孔81，气孔的尺寸可根据填充床8的尺寸进行调整大小(设置气孔81的目的在于保证填充床8内环境与等离子体反应器壳体1内部环境一致，形成气相等离子体)。在进行固体材料改性实验时，取下下密封端盖2，将吸附剂或催化剂材料放置在填充床8内随后将下密封端盖2与等离子体反应器壳体1螺纹密封连接，填充床8上的气孔81内可以填充石英棉以防止改性材料过小时从气孔81内溢出。
高压螺杆73顶端与调整手轮71固定连接，高压螺杆73与上密封端盖6配合螺纹连接，可旋转调整手轮71调整高压电极板74与低压电极板33的距离。高压电极板74和低压电极板33分别与高压螺杆73和低压螺杆32螺纹配合连接，均可拆卸更换电极板。高压电极板74和低压电极板33上分别覆盖有上绝缘介质板5和下绝缘介质板4，材质为覆盖有石英玻璃、聚四氟或陶瓷，不同厚度的绝缘介质板会对介质阻挡放电状态产生影响。
以下实施例1-2利用本发明的气相填充床放电等离子体产生装置，在氧气环境中分别进行了吸附树脂XAD-2进行材料改性和亚甲基蓝溶液降解实验。
实施例1：氧气等离子体改性吸附树脂XAD-2
在本实施例中，等离子体反应器壳体1直径为14cm，高为20cm，填充床8的形状为圆形带有气孔，高度为3mm，气孔81直径为1.5mm，高压电极板74以及低压电极板33均是直径均为8cm且厚度均为3cm的不锈钢圆形板，下绝缘介质板4和上绝缘介质板5采用0.5mm厚的陶瓷片，待处理的XAD-2树脂的量为2g。以氧气为放电气体。放电参数：放电电压为28kV，频率为120Hz，放电时间2-40min，间歇时间为2min。对每个时间点改性的XAD-2树脂进行萘吸附性能检测，检测结果为：XAD-2吸附树脂的吸附性能提升了80.6％(利用气相色谱检测XAD-2树脂吸附的萘的浓度，进而计算吸附萘的量，q＝c v/m,c-萃取XAD-2树脂中吸附萘的浓度(mg/L)，v-萃取溶液体积(L)，m-XAD-2树脂的质量(g))。
实施例2：氮气等离子体降解甲氧苄啶溶液
在本实施例中，填充床8为内径为100*100的正方形石英玻璃槽，填充床高为5cm，高压电极板74为阵列针电极，每两个针电极之间的间距为6mm，低压电极33为板电极，下绝缘介质板4和上绝缘介质板5采用0.5mm厚的陶瓷片。操作参数：放电电压为30kV，放电频率为120Hz，氮气为放电气体，放电处理10min后对甲氧苄啶溶液进行检测，检测结果为：甲氧苄啶的降解效率可到89.5％。

Claims (5)

1.一种气相填充床放电等离子体产生装置，其特征在于，所述的气相填充床放电等离子体产生装置包括等离子体反应器壳体(1)、下密封端盖(2)、上密封端盖(6)、低压电极结构(3)、高压电极结构(7)和填充床(8)；
所述的等离子体反应器壳体(1)为上下开口的筒体结构，其上部设有进气口(11)，其下部设有出气口(12)；所述的下密封端盖(2)和上密封端盖(6)分别与等离子体反应器壳体(1)的上下两端螺纹连接，实现密封；所述的下密封端盖(2)和上密封端盖(6)的中心均设有通孔，所述的高压电极结构(7)和低压电极结构(3)分别通过下密封端盖(2)和上密封端盖(6)的中心通孔插入等离子体反应器壳体(1)中；
所述的高压电极结构(7)包括上绝缘介质板(5)、高压螺杆(73)、调整手轮(71)、高压电源线(72)和高压电极板(74)；所述的高压螺杆(73)与上密封端盖(6)的中心通孔螺纹连接，调整手轮(71)与高压螺杆(73)的顶端固定连接，高压电极板(74)与高压螺杆(73)的底端螺纹连接，调整手轮(71)位于等离子体反应器壳体(1)外部，高压电极板(74)位于等离子体反应器壳体(1)内部，旋转调整手轮(71)可以升降高压电极结构(7)，从而调节高压电极板(74)与低压电极板(33)之间的间隙大小；所述的高压电源线(72)与高压螺杆(73)和外部高压电源连接，位于等离子体反应器壳体(1)外部；所述的上绝缘介质板(5)固定在高压电极板(74)的下表面；
所述的低压电极结构(3)包括下绝缘介质板(4)、接地电源线(31)、低压电极板(33)和低压螺杆(32)；所述的低压螺杆(32)与下密封端盖(2)的中心通孔螺纹连接；所述的低压电极板(33)与低压螺杆(32)的顶端螺纹连接，位于等离子体反应器壳体(1)内部；所述的接地电源线(31)与低压螺杆(32)连接，位于等离子体反应器壳体(1)外部；所述的下绝缘介质板(4)固定在低压电极板(33)的上表面；
所述的填充床(8)固定在下绝缘介质板(4)上表面，位于低压电极结构(3)和高压电极结构(7)之间。
2.根据权利要求1所述的一种气相填充床放电等离子体产生装置，其特征在于，所述的等离子体反应器壳体(1)的材质为石英玻璃；所述的下密封端盖(2)和上密封端盖(6)由聚四氟材质制成；所述的下绝缘介质板(4)和上绝缘介质板(5)为石英玻璃、聚四氟或陶瓷材质板。
3.根据权利要求1或2所述的一种气相填充床放电等离子体产生装置，其特征在于，所述的高压电极板(74)与低压电极板(33)之间的间隙在2-10mm；所述的低压电极板(33)和高压电极板(74)的材质均为导电材料；低压电极板(33)的形状为正方形片板状、圆形片板状或网状，高压电极板(74)的形状为正方形片板状、圆形片板状或针状；低压电极板(33)和高压电极板(74)的形状相同或不同。
4.根据权利要求1或2所述的一种气相填充床放电等离子体产生装置，其特征在于，所述的填充床(8)的材质为石英玻璃或有机玻璃，填充床(8)的高度根据实际应用设置，放置需要改性的固体材料，或盛放液相污染物；填充床(8)的形状设置为方形或圆形；当进行固体材料改性时，填充床(8)壁体上设置有多个气孔(81)；当进行液相材料改性时，填充床(8)壁体上不设置气孔(81)。
5.根据权利要求3所述的一种气相填充床放电等离子体产生装置，其特征在于，所述的填充床(8)的材质为石英玻璃或有机玻璃，填充床(8)的高度根据实际应用设置，放置需要改性的固体材料，或盛放液相污染物；填充床(8)的形状设置为方形或圆形；当进行固体材料改性时，填充床(8)壁体上设置有多个气孔(81)；当进行液相材料改性时，填充床(8)壁体上不设置气孔(81)。
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