CZ2021398A3 - A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this - Google Patents

A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this Download PDF

Info

Publication number
CZ2021398A3
CZ2021398A3 CZ2021398A CZ2021398A CZ2021398A3 CZ 2021398 A3 CZ2021398 A3 CZ 2021398A3 CZ 2021398 A CZ2021398 A CZ 2021398A CZ 2021398 A CZ2021398 A CZ 2021398A CZ 2021398 A3 CZ2021398 A3 CZ 2021398A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
reactor
hydrogen peroxide
plasma
electrodes
container
Prior art date
Application number
CZ2021398A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ309372B6 (en
Inventor
Krzysztof Niedoba
Krzysztof Mgr. Niedoba
Petr Lukeš
Lukeš Petr Ing., Ph.D.
Original Assignee
Ăšstav fyziky a plazmatu AV ÄŚR v.v.i.
Ústav fyziky a plazmatu AV ČR v.v.i.
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 Ăšstav fyziky a plazmatu AV ÄŚR v.v.i., Ústav fyziky a plazmatu AV ČR v.v.i. filed Critical Ăšstav fyziky a plazmatu AV ÄŚR v.v.i.
Priority to CZ2021398A priority Critical patent/CZ309372B6/en
Publication of CZ2021398A3 publication Critical patent/CZ2021398A3/en
Publication of CZ309372B6 publication Critical patent/CZ309372B6/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/027Preparation from water
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/247Generating plasma using discharges in liquid media

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Způsob výroby peroxidu vodíku za využiti bariérového výboje mezi elektrodami plazmového reaktoru, do jehož uzavíratelné nádoby se přivede kapalina obsahující vodu. Nádoba se uzavře, vytvoří se v ní podtlak umožňující vznik par, na elektrody se přivede vysoké napěti, kterým se vyvolá plazmový výboj, který způsobí rozklad par za vzniku peroxidu vodíku. Následně se tlak opět zvýší a peroxid vodíku přejde zpět do zbylé kapaliny, pro jeho další působení. Zařízeni je tvořené plazmovým reaktorem, kde materiál bariéry, která tvoři alespoň část těla reaktoru, je sklo, porcelán, keramika apod. Tělo reaktoru je dutá nádoba (1) o objemu větším než náplň (6) pracovní kapaliny a uzavíratelná z jedné strany zátkou (5) a z druhé pohyblivým plstem (2) ovladatelným posuvovou jednotkou (7). Zevně jsou na stěně nádoby (1) mimo objem pro kapalnou náplň (6) reaktoru uspořádané v odstupu od sebe elektrody (31, 32) uložené v izolantu (4).A method of producing hydrogen peroxide using a barrier discharge between the electrodes of a plasma reactor, into which a liquid containing water is fed into a closable container. The container is closed, a negative pressure is created in it allowing the formation of vapors, a high voltage is applied to the electrodes, which causes a plasma discharge, which causes the decomposition of the vapors to form hydrogen peroxide. Subsequently, the pressure will increase again and the hydrogen peroxide will pass back into the remaining liquid, for its further action. The device consists of a plasma reactor, where the material of the barrier, which forms at least part of the reactor body, is glass, porcelain, ceramics, etc. The reactor body is a hollow container (1) with a volume larger than the filling (6) of the working liquid and which can be closed on one side with a plug ( 5) and from the second by a movable felt (2) controlled by a sliding unit (7). Externally, on the wall of the container (1) outside the volume for the liquid filling (6) of the reactor, electrodes (31, 32) are arranged at a distance from each other and are stored in an insulator (4).

Description

Způsob výroby peroxidu vodíku v plazmatu in situ a zařízení k provádění tohoto způsobuA method for the production of hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for carrying out this method

Oblast technikyField of technology

Předložený vynález se týká způsobu a zařízení na výrobu peroxidu vodíku in sítu s pomocí bariérového výboje ve vodní páře za sníženého tlaku a dále také plazmového reaktoru.The present invention relates to a method and device for the production of hydrogen peroxide in situ with the help of a barrier discharge in water vapor under reduced pressure and also a plasma reactor.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Je známo, že v plynech a v kapalinách zůstávajících v kontaktu s plazmatem může docházet k velkému počtu chemických reakcí, přičemž konečný poměr produktů je závislý na řadě faktorů. Jednou z nejznámějších reakcí ve vodním prostředí je vznik peroxidu vodíku, viz např. český patent č. 308532, který nastává odtržením atomu vodíku od molekuly vody s následnou rychlou rekombinací dvou hydroxylových radikálů. Obecně lze říci, že čím jednodušší je složení reakční směsi, tedy jak kapalné, tak plynné fáze, tím méně konečných produktů vzniká. To znamená, že výboj ve vodní páře vede primárně k tvorbě peroxidu vodíku, kyslíku, vodíku a ozonu.It is known that a large number of chemical reactions can occur in gases and liquids remaining in contact with the plasma, the final ratio of products being dependent on a number of factors. One of the most well-known reactions in the water environment is the formation of hydrogen peroxide, see e.g. Czech patent No. 308532, which occurs by the detachment of a hydrogen atom from a water molecule followed by the rapid recombination of two hydroxyl radicals. In general, it can be said that the simpler the composition of the reaction mixture, i.e. both the liquid and gas phases, the fewer end products are formed. This means that the discharge in water vapor leads primarily to the formation of hydrogen peroxide, oxygen, hydrogen and ozone.

Výboj za sníženého tlaku má výhodu v tom, že je poměrně snadné jej zapálit a udržet. Analogický bariérový výboj (dielecric barrier discharge, DBD) je výhodný v tom, že materiál bariéry, např. sklo, keramika apod., omezuje proud ve výboji a nedochází tak k zahřívání, degradaci kovových elektrod a kontaminaci kapalných vzorků. Kombinace těchto dvou vlastností umožňuje výrobu peroxidu vodíku, který může sloužit jako substrát v enzymatických reakcích. Existují minimálně čtyři druhy enzymů, které využívají H2O2 jako substrát: peroxidázy, haloperoxidázy, hydrolázy a peroxigenázy. Kromě toho existují organické a anorganické katalyzátory, které také využívají H2O2. Jelikož je peroxid vodíku považován za „zelený“ oxidant, lze očekávat, že se zájem o tuto látku a její aplikační spektrum bude rozšiřovat.A vacuum discharge has the advantage of being relatively easy to ignite and sustain. Analogous barrier discharge (dielectric barrier discharge, DBD) is advantageous in that the barrier material, e.g. glass, ceramics, etc., limits the current in the discharge and thus prevents heating, degradation of metal electrodes and contamination of liquid samples. The combination of these two properties enables the production of hydrogen peroxide, which can serve as a substrate in enzymatic reactions. There are at least four types of enzymes that use H2O2 as a substrate: peroxidases, haloperoxidases, hydrolases, and peroxygenases. In addition, there are organic and inorganic catalysts that also use H2O2. Since hydrogen peroxide is considered a "green" oxidant, it can be expected that interest in this substance and its application spectrum will expand.

V současné době se peroxid vodíku vyrábí pomocí cyklického procesu vyvinutého firmou BASF v roce 1939. Tento postup spočívá v tom, že se derivát antrachinonu redukuje pomocí vodíku v přítomnosti katalyzátoru, načež se vzniklý hydrochinon oxiduje kyslíkem ze vzduchu. Peroxid vodíku je následně získáván z reakční směsi, kdežto antrachinon pokračuje do dalších cyklů redukcí a oxidací. Kromě této průmyslové metody existuje řada reakcí, jejichž produktem je peroxid vodíku a které mohou být využity k tvorbě peroxidu in situ. Lze takto nahradit technicky složité dávkování peroxidu vodíku do reakční směsi a vyhnout se jejímu naředění. Například enzym, oxidáza glukózy, katalyzuje vznik peroxidu vodíku z glukózy a z kyslíku, přičemž rychlost této reakce lze kontrolovat. Jinou možností je elektrochemická výroba peroxidu vodíku nebo výroba pomocí fotochemických reakcí.Currently, hydrogen peroxide is produced using a cyclic process developed by BASF in 1939. This process consists in reducing an anthraquinone derivative with hydrogen in the presence of a catalyst, after which the resulting hydroquinone is oxidized by oxygen from the air. Hydrogen peroxide is subsequently obtained from the reaction mixture, while anthraquinone continues into further cycles of reduction and oxidation. In addition to this industrial method, there are a number of reactions whose product is hydrogen peroxide and which can be used to generate peroxide in situ. In this way, the technically complex dosing of hydrogen peroxide into the reaction mixture can be replaced and its dilution can be avoided. For example, the enzyme glucose oxidase catalyzes the formation of hydrogen peroxide from glucose and oxygen, and the rate of this reaction can be controlled. Another option is the electrochemical production of hydrogen peroxide or production using photochemical reactions.

Byla také popsána výroba peroxidu vodíku in situ pro enzymatické reakce pomocí plazmatu, konkrétně pomocí komerčně dostupného přístroje PiasmaDerm (bariérový výboj, CINOGY, Duderstadt, Německo). Tento proces probíhá za atmosférického tlaku a teploty, přičemž bariérová elektroda je umístěná těsně nad povrchem kapaliny. Část energie je tak spotřebovávána na vznik oxidů dusíku nebo ozonu, které jsou zde nežádoucí. Kromě toho může docházet k poměrně rychlé degradaci enzymu způsobené plazmatem.The in situ production of hydrogen peroxide for enzymatic reactions using plasma has also been described, specifically using the commercially available PiasmaDerm device (barrier discharge, CINOGY, Duderstadt, Germany). This process takes place at atmospheric pressure and temperature, with the barrier electrode positioned just above the surface of the liquid. Part of the energy is thus consumed to create nitrogen oxides or ozone, which are undesirable here. In addition, relatively rapid degradation of the enzyme by plasma may occur.

Současná biotechnologie a diagnostika nabízí širokou škálu kitů a testů, které jsou určeny pro jednorázové použití a pracují s objemy tekutin v řádu mikrolitrů. Často se tyto protokoly dají automatizovat a používají se s pipetovacími roboty, což umožňuje výkon tisíců analýz za den. Neustále se také vyvíjí technologie mikrofluidických čipů, kde se pracuje s extrémně malými objemy vzorků. Zde není použití plazmatu nové, nicméně kvůli malým rozměrům čipů není možné používat příliš vysoké napětí. Z toho důvodu se jeví snížení průrazného napětí snížením tlaku jako zajímavá možnost. Ovšem podle dosavadních znalostí neexistuje řešení, které by spojovalo tyto pokročilé technologie s výrobou peroxidu vodíku in situ pomocí plazmatu za sníženého tlaku.Current biotechnology and diagnostics offer a wide range of kits and tests that are designed for single use and work with fluid volumes in the order of microliters. Often these protocols can be automated and used with pipetting robots, allowing thousands of analyzes to be performed per day. Microfluidic chip technology, where extremely small sample volumes are worked with, is also constantly being developed. The use of plasma is not new here, however, due to the small dimensions of the chips, it is not possible to use too high a voltage. For this reason, reducing the breakdown voltage by reducing the pressure appears to be an interesting possibility. However, according to current knowledge, there is no solution that would combine these advanced technologies with the production of hydrogen peroxide in situ using plasma under reduced pressure.

-1 CZ 2021 - 398 A3-1 CZ 2021 - 398 A3

Úkolem vynálezu je tedy odstranit výše zmíněný nedostatek dosavadního stavu techniky a navrhnout způsob a kompaktní zařízení na výrobu peroxidu vodíku in situ, které by bylo kompatibilní s technologiemi dostupnými v oblasti medicíny, biotechnologie či diagnostiky.The task of the invention is therefore to eliminate the above-mentioned lack of the current state of the art and to propose a method and a compact device for the production of hydrogen peroxide in situ, which would be compatible with the technologies available in the field of medicine, biotechnology or diagnostics.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky stavu techniky odstraňuje a vytčený úkol řeší způsob výroby peroxidu vodíku v plazmatu in situ za využití bariérového výboje mezi elektrodami plazmového reaktoru v tlaku nasycené vodní páry podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se do uzavíratelné nádoby plazmového reaktoru přivede pracovní kapalina obsahující vodu, nádoba se uzavře, následně se v nádobě vytvoří podtlak, takže nad pracovní kapalinou vzniknou její páry, na elektrody plazmového reaktoru umístěné na vnějších plochách stěn nádoby reaktoru definujících objem nádoby obsahující páry se přivede vysoké napětí, jímž se vyvolá přes bariérovou stěnu nádoby plazmový výboj, jehož působením dojde k rozkladu par za vzniku peroxidu vodíku, načež se následně tlak v nádobě zase zvýší a vzniklý peroxid vodíku přejde zpět do zbylé kapaliny pro jeho žádané působení.The above-mentioned shortcomings of the state of the art are eliminated and the set task is solved by the method of producing hydrogen peroxide in plasma in situ using a barrier discharge between the electrodes of a plasma reactor under the pressure of saturated water vapor according to the invention, the essence of which is that a working liquid is introduced into the closable container of the plasma reactor containing water, the container is closed, then a negative pressure is created in the container, so that its vapors are formed above the working liquid, a high voltage is applied to the electrodes of the plasma reactor located on the outer surfaces of the walls of the reactor container defining the volume of the container containing the vapors, which is induced through the barrier wall of the container a plasma discharge, the action of which will cause the decomposition of vapors to form hydrogen peroxide, after which the pressure in the vessel will increase again and the resulting hydrogen peroxide will pass back into the remaining liquid for its desired effect.

Pro realizaci shora popsaného způsobu se navrhuje zařízení na výrobu peroxidu vodíku v plazmatu in situ při tlaku nasycené vodní páry, které je tvořené plazmovým reaktorem pro bariérový výboj, jehož elektrody jsou připojitelné ke zdroji vysokého napětí a kde materiál bariéry, která tvoří alespoň část těla reaktoru, je vybraný ze skupiny zahrnující sklo, porcelán, keramiku a podobně, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tělo reaktoru je dutá nádoba uzavíratelná na jedné straně zátkou a na protější straně těsně uloženým pohyblivým pístem připojeným k posuvové jednotce, přičemž zevně jsou na stěně nádoby z materiálu bariéry uložené mimo objem pro pracovní kapalinu v izolantu elektrody uspořádané v odstupu od sebe.For the implementation of the method described above, a device for the production of hydrogen peroxide in plasma in situ at the pressure of saturated water vapor is proposed, which consists of a plasma reactor for a barrier discharge, the electrodes of which can be connected to a high voltage source and where the barrier material, which forms at least part of the reactor body . on the wall of the vessel made of barrier material placed outside the volume for the working fluid in the insulator of the electrodes arranged at a distance from each other.

Podle vynálezu je výhodné, je-li nádoba reaktoru o objemu větším než objem náplně pracovní kapaliny uspořádaná vertikálně a elektrody jsou prstencové elektrody oddálené od sebe ve směru posuvu pístu.According to the invention, it is advantageous if the reactor vessel with a volume larger than the volume of the working liquid filling is arranged vertically and the electrodes are annular electrodes spaced apart in the direction of piston travel.

Z praktických důvodů je výhodné, je-li nádoba reaktoru tvořená skleněným dutým válcem kruhového příčného řezu. Použitelný je však i porcelán, keramika a podobně.For practical reasons, it is advantageous if the reactor vessel consists of a glass hollow cylinder of circular cross-section. However, porcelain, ceramics and the like can also be used.

Posuvová jednotka pístu může být ovladatelná manuálně a/nebo pneumaticky, hydraulicky, resp. elektricky pro přesné nastavení podtlaku nad kapalnou náplní nádoby.The piston advance unit can be operated manually and/or pneumatically, hydraulically, or electrically for precise adjustment of the negative pressure above the liquid filling of the vessel.

Myslitelné je i provedení, u kterého by jednu z elektrod mohla tvořit vodivá část pístu.An embodiment in which one of the electrodes could be formed by a conductive part of the piston is also conceivable.

Výše popsaný plazmový reaktor pro výrobu peroxidu vodíku za sníženého tlaku podle vynálezu dovoluje výrobu peroxidu vodíku in situ, takže je vhodný pro užití zejména v medicíně pro diagnostiku, nebo např. pro biotechnologie. Plazmat v tomto reaktoru může být vzdálený od hladiny vzorku, což bude omezovat degradaci enzymů. Navíc, jelikož plazmat hoří ve vodní páře, energie se nebude spotřebovávat na výrobu NOX, jak se to děje v případě atmosférického výboje.The above-described plasma reactor for the production of hydrogen peroxide under reduced pressure according to the invention allows the production of hydrogen peroxide in situ, so it is suitable for use especially in medicine for diagnosis, or for example for biotechnology. The plasma in this reactor can be distant from the surface of the sample, which will limit enzyme degradation. In addition, since the plasma burns in water vapor, energy will not be used to produce NO X , as is the case with an atmospheric discharge.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude dále podrobněji vysvětlen za pomoci popisu příkladu provedení znázorněného na připojených výkresech, na kterých představuje:The invention will further be explained in more detail with the help of a description of an exemplary embodiment shown in the attached drawings, in which it represents:

obr. 1 - uspořádání reaktoru zařízení v pracovní poloze bezprostředně po naplnění pracovní kapalinou;Fig. 1 - arrangement of the device reactor in the working position immediately after filling with the working liquid;

-2 CZ 2021 - 398 A3 obr. 2 - stav reaktoru, kdy byl zdvihem pístu snížen tlak nad náplní pracovní kapaliny a obr. 3 - graf nárůstu peroxidu vodíku v čase u možného příkladu využití vynálezu popisovaného níže.-2 CZ 2021 - 398 A3 Fig. 2 - state of the reactor when the pressure above the working liquid filling was reduced by the stroke of the piston and Fig. 3 - graph of the increase of hydrogen peroxide over time in a possible example of the use of the invention described below.

Příklad uskutečnění vynálezuAn example of the implementation of the invention

Na obr. 1 je schematicky znázorněna pracovní poloha a stav reaktoru bezprostředně po naplnění části jeho nádoby 1 určenou velikostí náplně 6 pracovní kapaliny a uzavření pracovního objemu z jedné strany pístem 2 a z druhé strany zátkou 5. První prstencová elektroda 31 i v odstupu uspořádaná druhá prstencová elektroda 32 jsou umístěné zevně na stěně nádoby 1 mimo, resp. nad náplní 6 v izolantu 4. Píst 2 je v tomto případě spojený pístnicí s manuální posuvovou jednotkou TFig. 1 schematically shows the working position and state of the reactor immediately after filling a part of its container 1 with the determined size of the filling 6 of the working liquid and closing the working volume on one side with a piston 2 and on the other side with a stopper 5. The first annular electrode 31 and the second annular electrode arranged at a distance electrode 32 are located externally on the wall of container 1 outside, or above the filling 6 in the insulator 4. In this case, the piston 2 is connected by a piston rod to the manual displacement unit T

Na obr. 2 je reaktor podle vynálezu znázorněný ve stavu, kdy lze na elektrody 31. 32 přivést napětí, píst 2 je oddálen od kapalné náplně 6, takže v prostoru nad kapalinou náplně 6 je snížený tlak a nasycená pára pracovní kapaliny. Výboj, k němuž při přivedení vysokého napětí v páře dojde, má za následek vznik H2O2 v plynné fázi, H2 (vodíku), O2 (kyslíku) a případně dalších reakčních produktů.In Fig. 2, the reactor according to the invention is shown in a state where voltage can be applied to the electrodes 31, 32, the piston 2 is moved away from the liquid filling 6, so that in the space above the filling liquid 6 there is a reduced pressure and a saturated vapor of the working liquid. The discharge that occurs when a high voltage is applied to the steam results in the formation of H2O2 in the gas phase, H2 (hydrogen), O2 (oxygen) and possibly other reaction products.

Jak naznačují obrázky, mohla by základ výhodné možné realizace zařízení na výrobu peroxidu vodíku in situ pomocí bariérového výboje ve vodní páře podle vynálezu s výhodou tvořit klasická injekční stříkačka, na jejímž plášti, resp. nádobě 1 by byly zevně osazené v izolantu 4 dvě prstencové elektrody 31. 32 opatřené přívody pro připojení ke zdroji vysokého elektrického napětí. V průhledném dutém skleněném válci stříkačky je mezi jejím dnem a těsnicím pístem 2 jak prostor pro kapalnou náplň 6, tak i evakuovaný prostor pro páru, který vznikne pohybem pístu 2 od náplně 6 působením osové síly na tvarový nástavec pístnice. Ten by v tomto případě představoval posuvovou jednotku 7. Po připojení elektrod 31. 32 ke zdroji vysokého napětí by ve válci nastal plazmový výboj vyvolávající vznik peroxidu vodíku. I u takovéhoto možného jednoduchého prototypového provedení musí být prostor pro kapalnou náplň 6 uzavřený před snížením tlaku nad hladinou zátkou 5.As the pictures indicate, the basis of the advantageous possible implementation of the device for the production of hydrogen peroxide in situ using a barrier discharge in water vapor according to the invention could advantageously be a classic syringe, on the shell of which, or container 1 would have two ring electrodes 31, 32 fitted externally in the insulator 4 with leads for connection to a high voltage source. In the transparent hollow glass cylinder of the syringe, between its bottom and the sealing piston 2, there is both a space for the liquid filling 6 and an evacuated space for steam, which is created by the movement of the piston 2 from the filling 6 by the action of an axial force on the shaped extension of the piston rod. In this case, this would represent the displacement unit 7. After connecting the electrodes 31, 32 to the high voltage source, a plasma discharge would occur in the cylinder causing the formation of hydrogen peroxide. Even with such a possible simple prototype design, the space for the liquid filling 6 must be closed before the pressure above the surface is reduced by the plug 5.

Zpětným zvýšením tlaku pak přejde plynný peroxid vodíku do roztoku a může dojít k žádané reakci.By increasing the pressure again, hydrogen peroxide gas passes into the solution and the desired reaction can occur.

Popisovaná provedení lze využít například pro oxidaci tetramethylbenzidinu (TMB) pomocí in situ vytvořeného peroxidu vodíku za přítomnosti křenové peroxidázy (HRP).The described embodiments can be used, for example, for the oxidation of tetramethylbenzidine (TMB) using in situ generated hydrogen peroxide in the presence of horseradish peroxidase (HRP).

HRPHRP

TMBTMB

Jako prototyp zde může posloužit právě výše zmíněná skleněná stříkačka s pístem 2, na které by byly umístěny měděné elektrody 31, 32 izolované silikonem. Stříkačka musí být na konci těsně uzavřená zátkou 5. Během cca jedné minuty ošetřování v kapalném roztoku vzniká modrá barva oxidovaného TMB.The above-mentioned glass syringe with piston 2, on which copper electrodes 31, 32 insulated with silicone would be placed, can serve as a prototype. The syringe must be tightly closed at the end with a stopper 5. During approximately one minute of treatment in the liquid solution, the blue color of oxidized TMB is formed.

-3 CZ 2021 - 398 A3-3 CZ 2021 - 398 A3

Další příklad možného využití je stanovení peroxidu vodíku pomocí titaničitého komplexu (Ti (IV)) v kyselém prostředí - nárůst v čase. V tomto případě bylo vysoké napětí přiloženo ke kovové části pístu skleněné stříkačky a ke spodní měděné elektrodě. Ošetřováno bylo cca 100 μΐ 5 deionizované vody. Provoz reaktoru probíhal v cyklech, přičemž jeden cyklus trval cca 8 sekund.Another example of possible use is the determination of hydrogen peroxide using a titanium complex (Ti (IV)) in an acidic environment - increase over time. In this case, a high voltage was applied to the metal part of the glass syringe piston and to the bottom copper electrode. Approximately 100 μΐ 5 deionized water was treated. The operation of the reactor took place in cycles, with one cycle lasting about 8 seconds.

Graf na obr. 3 znázorňuje nárůst koncentrací peroxidu vodíku.The graph in Fig. 3 shows the increase in hydrogen peroxide concentrations.

Claims (2)

1. Způsob výroby peroxidu vodíku v plazmatu in sítu za využití bariérového výboje mezi elektrodami plazmového reaktoru v tlaku nasycené vodní páry, vyznačující se tím, že se do uzavíratelné nádoby plazmového reaktoru přivede pracovní kapalina obsahující vodu, nádoba se uzavře, následně se v nádobě vytvoří podtlak, takže vzniknou nad pracovní kapalinou její páry, na elektrody plazmového reaktoru umístěné na vnějších plochách stěn nádoby reaktoru definujících objem nádoby obsahující páry se přivede vysoké napětí, kterým se vyvolá přes bariérovou stěnu nádoby plazmový výboj, jehož působením dojde k rozkladu par za vzniku peroxidu vodíku, načež se následně tlak v nádobě zase zvýší a vzniklý peroxid vodíku přejde zpět do zbylé kapaliny pro jeho žádané působení.1. A method of producing hydrogen peroxide in plasma in situ using a barrier discharge between the electrodes of a plasma reactor under the pressure of saturated water vapor, characterized by the fact that a working liquid containing water is brought into the closable container of the plasma reactor, the container is closed, and subsequently a negative pressure, so that its vapors form above the working liquid, a high voltage is applied to the electrodes of the plasma reactor located on the outer surfaces of the walls of the reactor vessel defining the volume of the vessel containing the vapors, which causes a plasma discharge through the barrier wall of the vessel, which causes the vapors to decompose to form peroxide of hydrogen, after which the pressure in the container will increase again and the hydrogen peroxide formed will pass back into the remaining liquid for its desired action. 2. Způsob výroby peroxidu vodíku podle nároku 1, vyznačující se tím, že se tlak nad pracovní kapalinou sníží, resp. zvýší, zvětšením, resp. zmenšením, objemu nádoby reaktoru.2. The method of producing hydrogen peroxide according to claim 1, characterized in that the pressure above the working liquid is reduced, or will increase, by increasing, or by reducing the volume of the reactor vessel. 3. Zařízení na výrobu peroxidu vodíku v plazmatu in situ při tlaku nasycené vodní páry podle nároků 1 a 2, které je tvořené plazmovým reaktorem pro bariérový výboj, jehož elektrody jsou připojitelné ke zdroji vysokého napětí a kde materiál bariéry, která tvoří alespoň část těla reaktoru, je vybraný ze skupiny zahrnující sklo, porcelán a keramiku, vyznačující se tím, že tělo reaktoru je dutá nádoba (1) uzavíratelná na jedné straně zátkou (5) a na protější straně těsně uloženým pohyblivým pístem (2) spojeným s posuvovou jednotkou (7), přičemž elektrody (31, 32) uložené v izolantu (4) jsou umístěné zevně na stěně nádoby (1) z materiálu bariéry mimo prostor pro náplň (6) pracovní kapaliny a jsou uspořádané v odstupu od sebe.3. The device for the production of hydrogen peroxide in plasma in situ at the pressure of saturated water vapor according to claims 1 and 2, which consists of a plasma reactor for a barrier discharge, the electrodes of which can be connected to a high voltage source and where the material of the barrier, which forms at least part of the body of the reactor , is selected from the group including glass, porcelain and ceramics, characterized by the fact that the body of the reactor is a hollow container (1) that can be closed on one side by a stopper (5) and on the opposite side by a tightly fitted moving piston (2) connected to a sliding unit (7) ), while the electrodes (31, 32) stored in the insulator (4) are located externally on the wall of the container (1) made of barrier material outside the space for the filling (6) of the working liquid and are arranged at a distance from each other. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že nádoba (1) reaktoru, jejíž objem je větší než objem náplně (6) pracovní kapaliny, je tvořená vertikálně uspořádaným dutým válcem kruhového příčného řezu ze skla, porcelánu nebo keramiky.4. Device according to claim 3, characterized in that the vessel (1) of the reactor, the volume of which is greater than the volume of the filling (6) of the working liquid, is formed by a vertically arranged hollow cylinder of circular cross-section made of glass, porcelain or ceramics. 5. Zařízení podle nároků 3 nebo 4, vyznačující se tím, že elektrody (31, 32) jsou prstencové elektrody oddálené od sebe ve směru posuvu pístu (2).5. Device according to claims 3 or 4, characterized in that the electrodes (31, 32) are annular electrodes spaced apart in the direction of displacement of the piston (2). 6. Zařízení podle nároku 3 až 5, vyznačující se tím, že posuvová jednotka (7) pístu (2) je manuální a/nebo pneumaticky, hydraulicky nebo elektricky ovladatelná posuvová jednotka (7).6. Device according to claim 3 to 5, characterized in that the displacement unit (7) of the piston (2) is a manual and/or pneumatically, hydraulically or electrically controllable displacement unit (7). 2 výkresy2 drawings
CZ2021398A 2021-08-30 2021-08-30 A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this CZ309372B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021398A CZ309372B6 (en) 2021-08-30 2021-08-30 A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021398A CZ309372B6 (en) 2021-08-30 2021-08-30 A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2021398A3 true CZ2021398A3 (en) 2022-10-12
CZ309372B6 CZ309372B6 (en) 2022-10-12

Family

ID=83508340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021398A CZ309372B6 (en) 2021-08-30 2021-08-30 A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309372B6 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016096751A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-23 Technische Universiteit Eindhoven Plasma activated water
CZ308532B6 (en) * 2019-12-13 2020-10-29 Vysoké Učení Technické V Brně Apparatus for purifying liquids and a method for purifying liquids using this apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
CZ309372B6 (en) 2022-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krishnan et al. Integrated chemical systems: photocatalysis at semiconductors incorporated into polymer (Nafion)/mediator systems
Waldvogel et al. Electrochemical Allylic Oxidation of Olefins: Sustainable and Safe.
Zhu et al. Decomposition of benzene by non-thermal plasma processing: Photocatalyst and ozone effect
Dobrynin et al. Cold plasma inactivation of Bacillus cereus and Bacillus anthracis (anthrax) spores
US11679988B2 (en) Ammonia synthesis using plasma-produced electrons
Panikov et al. Destruction of Bacillus Subtilis cells using an atmospheric-pressure capillary plasma electrode discharge
JPS584550B2 (en) Save horned rhinoceros snail
KR101579349B1 (en) Water treatment apparatus using plasma-membrane and method using the same
JP6392791B2 (en) Equipment for sonication
Davies et al. 686. Glow-discharge electrolysis. Part I. The anodic formation of hydrogen peroxide in inert electrolytes
CZ2021398A3 (en) A method for producing hydrogen peroxide in plasma in situ and a device for this
FI3768879T3 (en) System and method for generation of gases
JP2009183867A (en) Method and device for producing functional water
CN110052286A (en) A kind of preparation method for efficiently driving catalyst certainly of Fenton reaction
Sprinchan et al. Peculiarities of the electric activation of whey
CN109621715B (en) Sliding arc plasma organic matter treatment device combined with catalyst
KR100522964B1 (en) Method and apparatus for generating hydrogen gas by direct thermal decomposition of water
Shionoiri et al. Capsid protein oxidation in feline calicivirus using an electrochemical inactivation treatment
Jones et al. Improving oxidation efficiency through plasma coupled thin film processing
CN107815704B (en) TiS2Use as a catalyst for cathodic hydrogen evolution in electrolysis of water
Zhang et al. Fully automated focused infrared microashing combined with use of ICP-based instruments for rapid analysis of multiple elements in biological samples
Kosheleva et al. Nonanol-1 oxidation on nickel oxide electrode with the involvement of active oxygen forms
Harris Cold plasma initiated valorisation of triglyceride containing feedstocks
Juntunen Investigating the kinetics of clay-catalyzed conversion of anthracene to prebiotically relevant 9, 10-anthroquinone
WO2024177090A1 (en) Treatment device and treatment method