CN1578680A - 使用非热等离子体放电就地杀菌和去污的体系 - Google Patents

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Abstract

一种杀菌和去污体系，其中非热等离子体放电装置位于悬浮介质(例如过滤器、静电沉淀器、碳床)的上游。等离子体放电装置产生的等离子体发出通过第一绝缘体中的缝隙(例如毛细管或狭缝)。当暴露于污染物或不希望的颗粒物时，等离子体产生的活性杀菌物质能够使受污染液体流中和/或物体上的所述物质灭活或减少。因此，在放电装置的等离子体区域中，待处理流体中不希望的污染物在其暴露于等离子体产生的活性杀菌物质的过程中首先减少。此外，等离子体产生的活性杀菌物质在下游被携带至悬浮介质，并且通过与其接触，在悬浮介质本身上收集的污染物被灭活。悬浮介质有利地就地被清洁。为了增强杀菌效率，可以将添加剂、自由或载体气体(例如醇、水、干燥空气)注入第一绝缘体中的狭缝。这些添加剂增加了等离子体产生的活性杀菌物质的浓度，同时降低了不希望产生的臭氧污染物的副产物。可以通过暴露于催化剂介质或额外的悬浮介质，处理流体流下游的过滤器，以进一步降低不希望的颗粒物的量。

Description

使用非热等离子体放电就地杀菌和去污的体系
相关申请的交叉参考
本申请(a)是2000年12月15日提交的US专利申请序列No.09/738,923(要求1999年12月15日提交的US临时申请No.60/171,198和1999年12月21日提交的US临时申请No.60/171,324的权利)的组成部分；并且(b)要求2001年11月2日提交的US临时申请No.60/336,866和2001年12月2日提交的US临时申请No.60/336,868的权利。所有申请在此全文引作参考。
发明的背景
发明的领域
本发明涉及一种用于空气流的杀菌和物体/表面去污的方法和体系，尤其涉及使用非热等离子体放电装置或发生器的这样一种方法和体系。
现有技术的描述
在用于通风的空气处理装置中使用的悬浮介质(例如，过滤器、碳床、静电沉淀器)捕集各种气载污染物，包括但不限于孢子、病毒、生物物质、颗粒物质和细菌。使用一段时间后，不希望的污染物被捕集和集中在悬浮介质中，从而降低其性能并成为通风体系中生物危害的浓缩来源。因此，有两种常规方法用于从悬浮介质中除去污染物，即置换悬浮介质或就地从悬浮介质中定期清除污染物。这些除去污染物的常规方法均具有这样的潜在危险：一些捕集的孢子、病原体和其它不希望的颗粒物质可能释放到大气中。此外，在置换含有不希望的颗粒物质的悬浮介质时，被污染的悬浮介质必须被适当地处理。这在暴露于非常有害的病原体(例如肺结核、天花、炭疽)或其它污染物(如果释放到通风体系中，很少的浓度就会产生严重危害健康的后果)的危险区域，诸如医院、实验室、操作间是非常重要的。
因此，需要出现一种用于就地将悬浮介质去污并消除或基本上降低污染物向通风体系中的释放的装置和方法。
发明的概述
本发明的用于杀菌和去污的开创性方法和体系优选在有机物和氧的存在下，通过使用在非热等离子体的产生过程中作为副产物产生的仍具有生物活性的相对较短寿命的杀菌物质，在降低健康和环境危害的同时增强杀菌效果。
具体而言，本发明涉及一种将流体杀菌和将物体，诸如悬浮介质、食品、通风管和医疗器械去污的方法。生成非热等离子体化学反应的活体副产物的活性杀菌物质，其具有相对较短的寿命(例如毫秒或秒)。由于活性杀菌物质的寿命相对较短，其杀菌能力在非热等离子体放电装置的附近最大。同时，由于其寿命较短，活性杀菌物质迅速分解为良性的无害副产物。这一分解特征在所述杀菌对健康和环境的危害必须实现最小化的情况下尤其有用。为了进一步增强杀菌有效速率，可以通过电极(或直接)向等离子体放电装置中通入诸如各种有机化合物(通常是空气)的添加剂、载体或自由流体。添加剂、载体或自由流体向等离子体放电装置中的引入增强了活性杀菌物质的产生，所述活性杀菌物质的产生是通过流体流动进行的，并且能够像希望的那样，指向待杀菌或去污物体的特定区域或范围。
例如，在处理空气的情况下，空气过滤器安装在非热等离子体放电装置的下游。待处理的受污染空气首先通过非热等离子体放电装置，随后通过过滤器。在过滤器上捕获了一些孢子和细菌，而其它的已经在上游通过非热等离子体放电装置所产生的活性杀菌物质直接作用而灭活。过滤器可以连续或周期性地暴露于上游产生的活性杀菌物质，以确定灭活的病原体是否全部在下游捕获到过滤器上。同时，活性杀菌物质在过滤器中或其下游分解，这样，排出的或通过过滤器进入室内的空气含有最少量的(如果有的话)杀菌剂。还可以在下游加入其它过滤和催化介质(例如臭氧催化剂)，以进一步降低空气流中不希望的污染物和/或副产物的任何少量残余。
载气(通常是空气)的循环有利地提供了活性杀菌物质向待处理悬浮介质的所需污染区域和范围的有效传递。一旦等离子体放电装置的电源被关闭，活性杀菌物质就停止产生，并且物体可以立即从腔室中取出而无需其它拖延。
在一个优选实施方案中，等离子体发生体系具有能够通过向电极提供RF、DC或AC高压，在环境空气或其它气体中产生非热等离子气放电的绝缘体毛细管或绝缘体狭缝构型。通常以微量存在于放电余辉中的等离子体-化学反应的副产物(诸如臭氧、氮氧化物、有机酸、醛)在废气处理体系中被捕集，所述体系基于吸附、催化或其它通常用于从空气中除去这些副产物的方法。
使用乙醇/空气或其它有机蒸汽/空气混合物作为通过电极进入放电区的添加剂、载气或自由流体，增加了活性杀菌物质的产生，所述活性杀菌物质通过促进细菌DNA中的氢原子被烷基(CnH2n+1)代替而将病原体灭活。据信，烷基化是通过其中环氧乙烷(常用杀菌剂中的一种)将病原体灭活的机理作用的。很可能烷基化是氧/有机等离子体余辉中的主要杀菌机理。
本发明的一个实施方案涉及一种杀菌和去污体系，其包括具有第一绝缘体的等离子体放电装置，优选非热等离子体放电装置，所述第一绝缘体带有至少一个孔隙，使等离子体放电可以从其中通过。该体系还包括放置于等离子体放电装置下游的悬浮介质。此外，本发明还涉及一种使用上述体系杀菌和去污的方法。通过向第一电极和接收电极施加电压差来通过至少一个缝隙发出等离子体放电，以产生等离子体发生的活性杀菌物质。随后将待处理的受污染的流体暴露于产生的活性杀菌物质。在悬浮介质中从待处理的暴露流体中收集颗粒物质。随后，通过使用产生的活性杀菌物质对过滤器进行暴露、喷射或冲击，从过滤器中将收集的颗粒物质部分或全部清除。
附图的简述
图1是本发明的非热等离子体杀菌和去污体系的示意图。
图2a是本发明的具有毛细管绝缘体放电构型的非热等离子体杀菌和去污体系的纵切面示意图。
图2b是在图2a的毛细管绝缘体构型等离子体放电装置中，单独由销分段的电极并由销结合的毛细管的示意图。
图3a是本发明的具有非热等离子体狭缝绝缘体放电构型的非热等离子体杀菌和去污体系的横截面示意图。
图3b是图3a的等离子体放电装置中示例性的狭缝绝缘体R13棒状构型。
图4描述了一种体系，其中悬浮介质被弯曲，并且沿其暴露于由非热等离子体放电装置产生的非热等离子体的路径移动，随后处理过的悬浮介质被一个接收辊卷起。
图5a是在至少一个方向上可替换的本发明非热等离子体杀菌和去污体系的顶部示意图；以及
图5b是图5a的去污和杀菌体系的侧视图。
发明的详述
本发明描述了在非热等离子体放电中使用有机蒸汽(例如醇类)以促进和改善在表面和空气流中的总杀菌速率。这适用于各种热和非热等离子体反应装置。这些反应器可使用DC、AC或RF动力供应，以及使用连续性或周期性动力供应而操作。
本发明的分段电极毛细管放电，非热等离子体反应器的设计使得含不希望的化学物质，例如原子成分或化合物的待处理固体或流体(例如液体、蒸汽、气体或其混合物)暴露于密度相对较高的等离子体中，其中各种过程，诸如氧化、还原、离子诱发的组成和/或电子诱发的组成有效地发生了化学反应。通过使用足够的能量，有效地引发或促进所需化学反应而不加热本体气体(bulk gas)，能够改变能量密度以适应化学反应的发生。例如，根据使用等离子体反应器将受污染物体或液体流进行纯化或杀菌的应用来描述本发明。但在本发明预期的范围内，可以将该方法及有关装置用于其它应用。
可以根据需要，如下选择反应器腔室的尺寸：在等离子体区域内的污染物的停留时间应足以保证污染物被破坏至所需水平，例如，将污染物灭活至分子水平。此外，在将载体、添加剂或自由流体注入等离子体放电装置的情况下，添加剂流体的注入速率和注入位置可以根据需要变化，以将添加剂流体传送通过等离子体发生的区域(例如毛细管或狭缝)或通过与孔隙(等离子体放电在其中发出)相交的毛细管进料口。还可以这样选择反应器的尺寸，以使污染物和生物污染物被灭活(但不破坏)，有效地将处理后的表面、介质或流体杀菌。此外，可以通过使用添加剂、自由或载体流体，使形成的自由基在等离子体区域之上停留足以进行杀菌或氧化的一段时间，从而进行所需的化学反应。
图1是本发明的等离子体杀菌和去污体系的流程示意图。待处理的受污染的流体155(例如液体和/或气体)源可以含有病原体(例如病毒、孢子)和/或不希望的化合物(例如苯、甲苯)。受污染的流体155通过包括非热等离子体放电装置105和悬浮介质115的去污或杀菌装置165。非热等离子体放电装置105可以是许多不同构型中的一种，例如电晕放电、势垒放电(barrier discharge)、毛细管绝缘体放电(2000年12月15日提交的US专利申请序列No.09/738,923)或狭缝绝缘体放电(2002年11月4日提交的US专利申请No.＿＿＿，题目为“Non-Thermal Plasma Slit Discharge Apparatus”(AttorneyDocket No.2790/1J670-US1)，其要求2001年11月2日提交的US临时申请序列No.60/336,866的优先权)。尽管优选使用非热等离子体放电装置，但也可以使用热等离子体放电装置，不过杀菌的有效速率较差。通过高电压动力供应，例如直流电、交流电、高频、射频、微波、脉冲电源(取决于所需等离子体放电构型)，向非热等离子体放电装置105提供能量。当通过非热等离子体放电装置105时，受污染的流体155暴露于等离子体以及在等离子体产生的过程中作为副产物产生的活性杀菌物质，诸如有机自由基和/或离子束。受污染的流体对于等离子体产生的活性杀菌物质的暴露基本上将病原体灭活，并将不希望的化学物质的浓度降低为更为良好的化合物。
现在描述的四个反应机理构成了由等离子增强的化学过程，所述过程是形成活性杀菌物质的原因。四个反应机理的共同之处在于电子碰撞离解和离子化以形成反应性自由基。四个反应机理包括：
(1)氧化：例如，CH4转化为CO2和H2O
         
         
         
         
         
(2)还原：例如，NO还原为N2+O
         
         
(3)电子引发的分解：例如，电子连接至CCl4
         
         
(4)离子引发的分解：例如，甲醇的分解
         
         
         
         
在优选实施方案中，添加剂、自由或载体流体145，例如醇类，诸如乙醇或甲醇，可以注入非热等离子体放电装置中，以增强杀菌效果或总的等离子体化学过程。具体而言，添加剂、自由或载体流体增加了等离子体产生的活性杀菌物质的浓度，同时减少了不希望的副产物(例如臭氧污染物)的产生。因此，使用添加剂、自由或载体流体可以有利地用于使用产生活性杀菌物质的等离子体化学过程。
当有机/空气混合物用作添加剂、自由或载体流体时，以下化学反应链在额外的活性杀菌物质的产生中可作为技术手段。根据每个化学反应链提供说明性的例子。
1)离子和离子束的形成：
                 
                  
        
        
    
         
    
如以下说明性例子所示，当水合氢离子束存在于原料气中时，其可将乙醇质子化：
        
离子束，诸如EtOH2 +(H2O)b由于其具有相当长的寿命，因此增加了杀菌效率。因此，离子束能够经受向待杀菌的目标物体的传递并提供Et基代替细菌DNA中的氢原子，随后导致微小有机体目标的灭活。当使用添加剂、自由或载体流体以及根据其寿命和化学活性改善杀菌效果时，还形成了有机离子，诸如C2H4OH+、C2H3OH+、CH2OH+、CHOH+、CH3OH+、C2H5 +。
2)自由基的形成：
          
            
        ，
        ，
        ，
             
其它导致NO2、HO2和其它活性物质，例如H2O2，形成的各种化学反应也是可能的。
在有机物的存在下，将出现有机自由基的形成：
            ， ，
      ， ，
            ，
有机物和氧在等离子体中的存在还促进了其它有机自由基，诸如过氧基RO2、烷氧基RO、酰基过氧酰基RC(O)OO，以及副产物，诸如氢过氧化物(ROOH)、过硝酸盐(RO2NO2)、有机硝酸盐(RONO2)、过酸(RC(O)OOH)、羧酸(RC(O)OH)和过氧酰基硝酸盐RC(O)O2NO2。
再次参照图1，在暴露于产生的等离子体之后，污染的流体155通过安装在等离子体放电装置105下游的悬浮介质115(例如过滤器、静电沉淀器、碳床和任何用于从流体流中除去颗粒物质的其它常规装置)。当在等离子体装置中暴露于等离子体放电时，未被完全中和或灭活的残余病原体被收集在悬浮介质115中。这些收集的污染物采用由生成的等离子体产生的自由基和离子作为部分流体流，通过与悬浮介质115接触而被处理。化合物，诸如碳床，和收集于悬浮介质115中的微小有机体具有通过与悬浮介质接触，同等离子体产生的活性杀菌物质反应的有益效果。具体而言，有机副产物和自由基以及其它活性物质与沉积在悬浮介质装置115上的微小有机体的DNA和其它组件相互作用。例如，由于暴露于等离子体产生的活性杀菌物质，细菌DNA上的氢原子被烷基(CnH2n+1)代替，导致微小有机体被灭活。在上述方法中，烷基化据信是但并非引起杀菌的唯一机理，其它机理和活性杀菌物质也是可以存在的。
被等离子体处理过的流体可以任选暴露于放置在悬浮介质115下游的催化剂介质125(例如，臭氧催化剂)和额外的悬浮介质，以进一步降低残余的不希望的化合物，诸如臭氧，和/或病原体的浓度。
图2a是图1具有非热等离子体毛细管绝缘体分段电极放电构型235(如2000年12月15日提交的US专利申请序列No.09/738,923所述，此处全文引作参考)的杀菌和去污单元165和过滤器245的代表性第一实施方案的纵切面图。这种等离子体-过滤器的结合能够同时收集和破坏生物颗粒物质，诸如孢子和细菌。待处理的受污染的流体通过杀菌和去污单元165的入口255接收。毛细管绝缘体段电极235具有带至少一个上述定义的毛细管的第一绝缘体和放置于与各毛细管交流的流体附近和其中的含大量电极片段的段电极。图2b是图2a所示的毛细管绝缘体段电极235的单个段电极和结合毛细管的代表性构型的部分横截面图。段电极的形状是放置在各毛细管275附近或部分插入其中的平端销270，所述毛细管275固定于第一绝缘体280中。如果销状段电极270是空心的(如图2b所示)，添加剂、载体或自由流体285可以通过它注入，或者如果段电极是实心的，添加剂可以通过与毛细管275相交的第一绝缘体中的辅助通道注入。在US专利申请序列No.09/738,923中公开了各种其它构型的段电极，例如环状或放置在毛细管附近的垫圈。
再次参照图2a，待处理的受污染的流体通过放置在毛细管绝缘体段电极235和接收电极205之间的等离子体区域或通道225，所述等离子体区域或通道225中具有大量空穴或缝隙以使等离子体放电通过其中。过滤器245放置在接收电极205和多孔承载盘225之间。
在操作中，当在毛细管绝缘体段电极235和接收电极205之间施加电压差时，在等离子体区域215产生等离子体。将含有不希望颗粒物质的待处理的受污染的流体通入，并暴露于在等离子体区域215中产生的等离子体活性杀菌物质。在暴露于产生的等离子体之后，受污染的流体通过过滤器245，不希望的颗粒物质基本上在其中被收集。将过滤器245连续或周期性地经受从毛细管绝缘体段电极235发出的等离子体放电的冲击、喷射或暴露。在与过滤器245接触时由等离子体产生的活性杀菌物质将收集的不希望颗粒物进一步灭活，处理后的流体通过承载盘205中的孔并由杀菌和去污单元165的出口265排出。毛细管绝缘体段电极235为孢子在过滤器表面提供了相当长的停留时间，确保了相对较高的去污速率同时不降低空气流速。
优选过滤器245是捕集效率约为99.97％，最小颗粒尺寸约0.3微米的HEPA过滤器。炭疽孢子的直接约为3微米。军用炭疽颗粒仅为1-3微米级。因此，使用HEPA过滤器可以捕集任何类型的炭疽孢子，并随后根据本发明的方法，通过有机蒸汽等离子体化学方法去污。为了进一步增强本发明的杀菌效率，在添加剂、载体或自由气体，诸如有机或水蒸汽的存在下，将受污染过滤器或其它悬浮介质暴露于等离子体产生的活性杀菌物质或经受器冲击。
图2显示了具有毛细管绝缘体构型的非热等离子体杀菌和去污过程。图3a显示了一种如2002年11月4日提交的题目为“题目为“Non-Thermal Plasma Slit Discharge Apparatus”非临时US专利申请No.＿＿＿[(Attorney Docket No.2790/1J670-US1)(其要求US临时专利申请序列No.60/336,866的优先权)，它们的全文分别在此引作参考]所述的具有狭缝绝缘体放电构型的示例性等离子体杀菌和去污体系。用以增强等离子体化学性质(此时是有机蒸汽)的添加剂通过狭缝绝缘体放电电极305释放或注入，并且得到的等离子体化学现象在狭缝绝缘体放电电极305和接地或接收电极315之间产生的等离子体区域内形成。例如，如图3b所示，狭缝放电电极具有13个绝缘棒605，但是，也可以按照需要使用其它电极构型。毗邻的绝缘棒605围绕内芯的圆柱610(由导电或绝缘材料制成)放置，并且互相分离，以在其间形成一个端部开口狭缝600。优选内芯圆柱610是空心的，并且在其周边具有穿孔625(例如洞和/或狭槽)。添加剂、载体或自由流体630可以通过圆柱610的空心注入，并通过其周边上的穿孔625。随后在内芯圆柱610和接收电极615(包裹在二次绝缘套管620中)之间施加电压差，该添加剂630与在邻近的绝缘棒605之间的狭缝600中产生的等离子体混合。
重新参照图3a，等离子体产生的活性杀菌物质包括向外携带并与那些在等离子体放电装置下游的悬浮介质325中收集的生物试剂进行化学反应的自由基。优选使用臭氧或其它催化剂介质335，以进一步降低任何残余的臭氧等离子体产生的活性杀菌物质。可以使用碳过滤器345，以进一步消除在等离子体区域中不可纠正的臭味或气味。如果需要，可以使用额外的过滤器355、365，用于从待处理的流体流中进一步除去颗粒。
图4显示了本发明的就地杀菌和去污体系的再一实施方案。该实施方案的体系多少类似于常规的纸辊(paper roller)或传送带体系。上面卷有待处理悬浮介质425的供应转鼓405在一端放置，同时接收转鼓410放置在相对一端，在经过由非热等离子体杀菌和去污单元105产生的等离子体处理、冲击或暴露后，沿箭头所指方向移动的悬浮介质被卷起。非热等离子体杀菌和去污单元105可以是任何类型的构型，诸如电晕放电、势垒放电、毛细管放电或狭缝放电构型。
图5a和5b显示了本发明的非热等离子体杀菌和去污体系的另一实施方案。在该可选的杀菌和去污体系中，一个就地杀菌和去污单元505在沿支架的至少一个方向上可移动或可替换。例如，图5a和5b中所示的非热等离子体杀菌和去污单元505是一种在箭头所指的单一方向上可沿支架替换的狭缝绝缘体放电构型。但是，在本发明的引申范围内，可以使用电晕放电、势垒放电或毛细管绝缘体放电构型作为等离子体杀菌和去污单元505。此外，非热等离子体杀菌和去污单元505可以在任何所需方向或多于一个方向上替换。或者，非热等离子体杀菌和去污单元505可以保持静止，而因此改变待处理悬浮介质515的排布，直至其整个表面均已经暴露于由非热等离子体杀菌和去污单元505发出的等离子体510或被其处理。图5a和5b显示了单独的非热等离子体杀菌和去污单元505，但可以按需使用任何数目的一个或多个单元，以处理过滤器阵列。
与本发明的副产物，有机/空气等离子体的自由基和离子相比，与常规方法和装置一起使用的基于O、H和N原子的活性杀菌物质(NO2、H2O2、O3和相应的自由基，诸如HO2、OH)明显是效果较差的杀菌剂。应当注意的是，向等离子体中加入添加剂、自由或载体流体，诸如有机化合物，将显著改变等离子体产生的活性杀菌物质的性质，但基本上使这些物质的浓度和相对含量上升。所述本发明杀菌方法较之常规装置的一个显著区别特征在于在气体放电等离子体中同时存在有机物和氧(空气)。因此，常规杀菌方法依赖于O/H/N基物质或电场、等离子体或辐射的直接效果，而本发明的杀菌方法依赖于在气体放电等离子体中形成的基于有机物的活性物质。
确定本开创性方法和装置有效性的实验是使用从RavenLaboratories获得的枯草杆菌的标准生物孢子条(standard biologicalspore strips)而进行的。使用绝缘体毛细管段电极进行测试，所述电极具有大量插入固定于石英绝缘体中各毛细管(0.53mm ID)的金属丝电极，以及包裹在石英管(3mm OD，1.88mm ID)中的铜丝接收电极，所述石英管带有在接收电极的轴水平上排列的一次电极的顶端。将枯草杆菌条与过滤介质接触，以模拟生物物质在悬浮介质表面的累积和收集。在过滤器上的最初的灭菌实验是使用环境(视为干空气)注射作为添加的流体。后面的实验使用各种水蒸汽或醇添加剂进行，以比较在使用或不使用载体流体中存在的醇的情况下，过滤介质的杀菌结果。具体而言，将空气鼓泡通过水或甲醇并通过等离子体反应器的毛细管，所述毛细管将等离子体产生的杀菌物质喷射在含孢子的条上。
在使用环境(视为干燥的)空气注射作为添加剂所进行的实验中，发现12-15小时后孢子发生生长，之后约5分钟的处理时间(90％灭活)后，非热等离子体在孢子灭活处理上的效果变得显著。未处理的对照孢子在最初的12小时内开始生长。在使用水或醇添加剂的其它实验中，测得加入甲醇显著提高了灭活速率，同时降低了不希望的臭氧污染物的浓度。
下表中显示了在恒定的放电功率(50kHz频率)下，使用不同的添加剂(例如甲醇、乙醇)加入载气(环境空气)中，本发明的毛细管放电段电极构型对于产物滤纸的枯草杆菌孢子的杀菌效率的结果。
加入载气(空气)中的添加剂  无添加剂   注入水     注入添加剂#1(甲醇)   注入添加剂#2(乙醇)
发生器的输出功率(wt)@50kHz  100   100     100   100
载气通过毛细管的流速(lpm)  1   1     1   1
臭氧的平均浓度ppmV  200   150     15   ＜15
暴露2分钟时的灭活效率，％  ＜90   -     99.9   99.999
暴露5分钟时的灭活效率，％  99   90     ＞99.9999   ＞99.9999
暴露10分钟时的灭活效率，％  99.9   95
暴露20分钟时的灭活效率，％  99.99   -
暴露40分钟时的灭活效率，％  ＞99.9999
4-log灭活时间，分钟  20   ＞20     3   ＜2
从上表的结果可以明显看出，置于过滤器上游的等离子体反应器产生了足以将空气过滤器的表面灭活的自由基。已经测得与该方法有关的灭活速率依赖于若干变量。一个所述变量是通过添加剂、自由或载气引入第一绝缘干燥空气和/或其它选择的添加剂，诸如醇或水选择等离子体的化学特性。使用添加剂、自由或载体流体导致灭活速率更快，但浓度更小的颗粒物质的灭活可以不使用添加剂而实现。对于灭活速率具有影响的另一变量是消耗的功率。即，所施加的用于产生非热等离子体的功率越高，杀菌速率越高。从等离子体放电装置发出等离子体到待处理悬浮介质之间分开的距离是影响颗粒物质灭活速率的另一个变量。
基于实验结果，已经测得孢子的灭活与等离子体产生的放电尾气中臭氧(本身是强效杀菌剂)的浓度不直接相关，因此推断出，等离子体化学物质包括一些由已经通过电极注入等离子体区的有机物产生的活性杀菌物质。
使用狭缝绝缘棒型(R13)放电电极设计，在有或没有乙醇/空气通过中心管注入的情况下，进行其它实验。在无空气流的情况下测量电极之间的臭氧和氮氧化物的浓度(自然对流)。下表显示了这些试验的结果。在60Hz频率下体系的灭活效率高，将乙醇/空气混合物作为添加剂注入明显提高了灭活速率。
加入载气(空气)中的添加剂 指示器的位置(离注射电极的距离)   无添加剂     注入添加剂#2(乙醇)
发生器的输出功率(wt)@60kHz   35     35
施加的电压(p-p)15kV
载气通过13棒电极的流速(lpm)     1.5
臭氧的平均浓度，ppmV(自然对流) 3mm(电极之间)   45     31
二氧化氮的平均浓度，ppmV(自然对流) 3mm(电极之间)   53     53
暴露2分钟时的灭活效率，％ 1mm(电极之间)   99     ＞99.9999
暴露5分钟时的灭活效率，％ 1mm(电极之间)   99.999
暴露10分钟时的灭活效率，％ 1mm(电极之间)   ＞99.9999
暴露2分钟时的灭活效率，％ 16mm   -     ＞9.9999
暴露10分钟时的灭活效率，％ 24mm     ＞99.9999
暴露45分钟时的灭活效率，％ 150mm     ＞99.9999
当空气载气(或其它含氧气体)中的有机化合物通过等离子体放电装置时，产生了各种游离自由基和其它寿命相对较长(相对于电子和电受激物质)的活性杀菌物质。这些反应产物中的一些是氢过氧化物(ROOH)、过硝酸盐(RO2NO2)、有机硝酸盐(RONO2)、过酸(RC(O)OOH)、羧酸(RC(O)OH)、诸如过氧基RO2·、烷氧基RO·、酰基过氧酰基RC(O)OO·的有机自由基，以及其它活性杀菌物质。已知一些含氧有机物是强杀菌剂(例如环氧乙烷)。在等离子体放电装置的下游放置过滤器具有双重目的：在受污染的流体通过等离子体放电区时将其灭活，以及当等离子体产生的活性杀菌物质与过滤器接触时，通过将收集的不希望的颗粒物质灭活而清洁过滤器介质。这区别于如US专利No.6,245,132和No.6,245,126所述，通过将过滤介质夹在阳极和阴极之间以将过滤器杀菌的现有技术。本发明装置的另一有利特征在于等离子体放电装置既可以连续操作，也可以间歇操作。
与基于氧、氢和氮产生的常规杀菌物质，诸如二氧化氮、臭氧、过氧化氢和相应的自由基及其它副产物(羟基自由基等)相比，本发明的等离子体产生的活性杀菌物质是更强的杀菌剂。同时，等离子体产生的活性杀菌物质寿命相对较短，因此它们在杀菌室内或在灭活过滤器上的颗粒物之后立即分解，因此较之常规的化学杀菌剂，对环境和健康无害。
因此，在已经展示、描述和指出作为本发明优选实施方案的其重要新颖特征的同时，可以理解的是，本领域技术人员在不背离本发明主旨和范围的情况下，可以在所述设备的形式和细节上作出各种删节、替换和改变。例如，显然按照基本上相同的方式，达到相同结果的那些基本上具有类似功能的元件和/或步骤的结合均落入本发明范围内。用一个所述实施方案中的元件代替另一个的元件也是完全可以引申和考虑出来的。还可以理解的是，附图不需要按照比例尺绘制，它们在性质上仅仅是概念性的。因此，本发明仅受所附实施例所指出的范围的限制。
此处引用的所有参考文献、公开物和专利分别全文引作参考。

Claims (25)

1.一种杀菌和去污体系，包括
具有第一绝缘体的等离子体放电装置，所述第一绝缘体上具有至少一个贯通缝隙，使得等离子体放电从其中通过；和
放置在等离子体放电装置下游的悬浮介质。
2.权利要求1的杀菌和去污体系，还包括注入第一绝缘体的缝隙中的添加剂流体。
3.权利要求1的杀菌和去污体系，其中等离子体放电装置是毛细管绝缘体构型，且所述至少一个缝隙是毛细管。
4.权利要求1的杀菌和去污体系，其中等离子体放电装置是狭缝绝缘体构型，且至少一个缝隙是狭缝。
5.权利要求1的杀菌和去污体系，其中添加剂流体是一种醇。
6.权利要求5的杀菌和去污体系，其中醇是乙醇或甲醇。
7.权利要求1的杀菌和去污体系，其中添加剂流体是水蒸汽。
8.权利要求1的杀菌和去污体系，其中添加剂流体是干燥空气。
9.权利要求1的杀菌和去污体系，还包括放置在悬浮介质下游的催化剂介质。
10.权利要求1的杀菌和去污体系，其中等离子体放电是非热等离子体放电。
11.权利要求1的杀菌和去污体系，其中等离子体放电是电晕放电构型。
12.权利要求1的杀菌和去污体系，其中等离子体放电是势垒放电构型。
13.一种使用等离子体放电装置，将待处理的流体杀菌和去污的方法，所述等离子体放电装置具有带至少一个将其贯通的缝隙的第一绝缘体、放置在附近并且在与所述至少一个缝隙流体连通的第一电极、位于第一绝缘体附近的接收电极和位于等离子体放电装置下游的悬浮介质，所述方法包括以下步骤：
通过向第一电极和接收电极施加电压差来通过至少一个缝隙发出等离子体放电，以产生等离子体发生的活性杀菌物质；以及
将待处理的流体暴露于所述产生的活性杀菌物质；
在过滤器中，从暴露过的待处理流体中收集颗粒物；以及
通过用所述产生的活性杀菌物质喷射悬浮介质，从悬浮介质中清洁收集的颗粒物。
14.权利要求13的方法，其中产生步骤还包括将添加剂流体注入第一绝缘体的缝隙。
15.权利要求14的方法，其中添加剂流体是空气、醇或水中的至少一种。
16.权利要求13的方法，还包括在待处理流体通过悬浮介质后将其经历催化剂介质作用。
17.权利要求13的方法，其中等离子体放电装置是毛细管绝缘体构型。
18.权利要求13的方法，其中等离子体放电装置是狭缝绝缘体构型。
19.权利要求13的方法，其中等离子体放电装置是势垒放电构型。
20.权利要求13的方法，其中等离子体放电装置是电晕放电构型。
21.权利要求13的方法，其中等离子体放电装置是非热等离子体放电构型。
22.权利要求14的方法，其中添加剂流体是一种醇。
23.权利要求22的方法，醇是乙醇或甲醇。
24.权利要求14的方法，其中添加剂流体是水蒸汽。
25.权利要求14的方法，其中添加剂流体是干燥空气。
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