KR102284720B1 - 플라즈마에 의한 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마에 의한 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4900K 이하의 N2의 진동 온도에서 수표면 플라즈마 발생함을 포함하는, 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마에 의한 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for producing high concentration hydrogen peroxide concentrated water by plasma}
본 발명은, 수표면 플라즈마에 의한 과산화수소(H2O2) 함유 플라즈마 처리 수 (plasma treated water, PTW) 생성 방법 및 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 본 발명의 수표면 플라즈마는, 핀 대 물(pin-to-water) 방전 시스템에 ac 구동 전력을 적용한 수표면 플라즈마일 수 있다.
과산화수소(H2O2)는 멸균과 탈색를 포함한 다양한 산업 분야에서 사용된다. 그러나 화학적으로 생성하여 공급되는 고농도 H2O2는 사용자의 부상 위험이 있으므로 필요에 따라 현장에서 발생하도록 권장된다.
플라즈마는 H2O2 발생을 위한 유망한 공급원이 될 수 있다. 본 발명은 UV, 글라이딩아크, 마이크로파, RF 등 다양한 플라즈마 방전 방법 중, 에너지 효율이 높고 방전 시스템 구축이 간단한 핀 대 물 방전 시스템의 H2O2 생성 메커니즘에 기초하여 개발되었다.
저압-저온 플라즈마에서는 주로 EEDF(electron energy distribution function)를 통해 화학종을 제어하나, 상압-저온 플라즈마에서는 주로 가스 온도를 통해 조절하게 된다.
본 발명은, 수표면 플라즈마에 의한 고농도의 PTW를 제조하는 방법을 제공함을 목표로 하며, 고 농도의 PTW의 제조를에 질소 분자의 진동 온도가 핵심 매개 변수 일 수 있음을 발견하였다. 수표면 플라즈마에 의해 PTW 생성 중, H2O2의 농도는 포화되지 않았지만 플라즈마 처리 후 25-35분 후에 감소하는 특이적 현상을 발견하였고, 이러한 현상이 질소 분자의 진동 온도에 기인한 것임을 발견하고 이에 기초한 고농도의 PTW에 의한 과산화수소 농축수를 제조하는 방법 및 장치를 제공함을 목표로 한다.
일 측면으로서, 본 발명은, 4900K 이하의 N2의 진동 온도에서 수표면 플라즈마 발생함을 포함하는, 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 수표면 플라즈마 장치란, 본 발명자의 등록된 한국 특허 등록 번호 10-1707441 및 10-1661135이 참조되며, 마주보는 두 전극 사이이 박막 워터 필름이 흐르도록 하여 플라즈마 처리된 물을 제조하는 장치이다. 바람직하게는 이 수표면 플라즈마 장치에서, 워터필름으로 공급되는 물과 플라즈마 처리된 물은 순환되도록 구성시켜 고농도이 과산화수소를 형성하도록 한다.
본 발명자는 이러한 수표면 플라즈마 장치로 과산화수소수를 생성함에, 일정 시간 이후에 과산화수소의 농도가 감소하는 특이적 현상을 확인하였고, 이 감소 현상이 플라즈마의 질소 진동 온도와 관련된다는 것을 새롭게 밝혔으며, 특히 4900K 초과의 질소 진동 온도에서는 과산화수소수가 감소됨을 확인하였다.
이에, 본 발명자는 수표면 플라즈마에 의해 고농도의 과산화수소수를 생성하기 위해서는 플라즈마의 질소 진동 온도가 4900K 이하이어야 함을 청구한다.
4900K 이하의 질소 진동 온도에서 수표면 플라즈마로 플라즈마에 의한 과산화수소수를 생성하기 위해, 본 발명은, 수표면 플라즈마 장치로 물을 플라즈마 처리하여 플라즈마 처리수를 제조하고, 상기 플라즈마 처리 장치의 플라즈마의 N2의 진동 온도를 측정하고, 상기 N2의 진동 온도가 4900K 이상이 되면 수표면 플라즈마 처리를 멈춤을 포함하는, 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법을 제공한다.
상기 플라즈마의 N2의 진동 온도는 OES(optical emission spectroscopy)로 측정함에 의해 확인할 수 있다.
다른 측면으로서 본 발명은, 플라즈마에 의한 고농도 과산화수소수 제조 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는, 물의 표면 위에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부로부터 수표면 처리된 처리수를 수용하는 워터탱크; 및 상기 수표면의 플라즈마의 N2의 진동 온도를 확인하는 측정부를 포함한다.
상기 플라즈마 발생부는, 상기 워터 탱크의 물의 표면위에 이격된 제1 전극체; 상기 워터 탱크의 외면 또는 내면에 위치하거나, 상기 워터 탱크 내의 수용된 물 내에 있는 위치하는 제2 전극체; 및 상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체에 전압을 인가하는 전원공급장치를 포함함을 특징한다.
바람직하게는, 상기 플라즈마 발생부는, 물공급면을 갖는 제1 전극체; 상기 물공급면과 일정 거리 이격되게 위치하는 제2 전극체; 및 상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체에 전압을 인가하는 전원공급장치를 포함하고, 상기 과산화수소수 제조 장치는, 상기 물공급면에 상기 제2 전극체와 이격될 수 있는 워터 필름 형태로 흘러 상기 워터 탱크로 수용되도록 물을 공급하는 워터필름 공급부; 및 상기 워터 탱크로부터 상기 워터필름 공급부로 물을 순환시키는 순환부를 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1 전극체 및 제2 전극체는 직립되어 있고, 상기 워터 필름은 상기 제1 전극체의 위에서 아래로 흐르며, 상기 워터 탱크는 상기 제1 전극체의 아래에서 상기 워터 필름을 수용함을 특징으로 한다.
상기 측정부는, 상기 플라즈마로부터의 발광 신호를 분석하는 OES(optical emission spectroscopy)일 수 있다.
상기 전원공급장치의 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 N2의 진동 온도가 미리 정한 값 이상이 되면, 상기 전원공급을 차단하도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 N2의 진동 온도가 미리 정한 값은 4900K 임을 특징으로 한다.
본 발명의 장치는, 상기 워터탱크로부터 과산화수소수를 배출하는 배출구; 상기 순환부로 추가 물을 공급하는 물 공급부; 및 상기 순환부, 상기 물 공급부 및 상기 배출구를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 N2의 진동 온도가 미리 정한 값 이상이 되면, 상기 배출구를 열고, 상기 물 공급부를 통해 상기 순환부로 추가 물을 공급하도록 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명은, 기존의 수표면 플라즈마 방전에 의한 과산화수소수 제조시, 일정 시간이 지나면 오히려 과산화수소의 농도가 낮아지는 문제점을 해결한, 최고의 과산화수소수를 제조하는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 수표면 플라즈마 방전 시스템의 장치로서, 본 발명의 실험을 수행한 장치의 개략도이다.
도 2는 플라즈마 처리 조건에 대한 PTW의 시간에 대한 H2O2 농도를 보여준다. 여기서, 짧은, 중간 및 긴 전극 길이는 각각 34, 36 및 38 mm 전극 길이이다.
도 3은, 플라즈마 처리 조건에 대한 시간에 대한 N2의 진동 온도를 보여준다. 짧은, 중간 및 긴 전극 길이는 각각 34, 36 및 38 mm 전극 길이이다.
도 4는, FTIR을 사용하여 H2O2를 포함한 방전 가스에서 중성 종의 동역학을 측정한 결과로서, 스펙트럼을 도시한다. 도 4a는, 4000 ~ 500cm-1 범위의 대표적인 IR 스펙트럼이고, H2O2 신호는 H2O 신호와 비교하여 식별 될 수 있으며, 도 4b는 ~ 3500 cm-1의 H2O2 신호 대역을 측정 된 신호에서 추출할 수 있다. 도 4c는 측정 된 스펙트럼의 시간 - 파수 등고선도이다. 도 4d는 추출 된 H2O2 스펙트럼의 시간 - 파수 등고선도이다.
도 5는, 방전 조건에 대한 H2O2 FTIR의 시간 - 분해 흡광도를 보여준다. 짧은, 중간 및 긴 전극 길이는 각각 34, 36 및 38 mm 전극 길이이다.
도 6은 방전 조건에 대한 PTW의 시간 - 분해 특성을 보여준다. 도 6a는 전기 전도도, 도 6b는 pH, 도 6c는 온도, 도 6d는 NO2 - 밀도 및 도 6e는 NO3 - 밀도이다. 짧은, 중간 및 긴 전극 길이는 각각 34, 36 및 38 mm 전극 길이이다.
도 7은 전극 길이에 대한 플라즈마 영역에서의 평균 가스 속도를 보여준다. 짧은, 중간 및 긴 전극 길이는 각각 34, 36 및 38 mm 전극 길이이다.
도 8은 방전 전력 밀도에 대한 플라즈마 칼럼의 계산 된 화학 종 밀도와 가스 온도를 보여준다. 도 8a은 1.53e8 W/m3, 도 8b는 3.56e8 W/m3 및 도 8c는 7.13e8 W/m3이다.
도 9는 순환 수 접촉 식 배출 시스템의 화학 종 반응 경로 다이어그램이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 방전 시스템의 장치는 도 1에 예시 된다. 본 발명의 과산화수소수 제조 장치는, 직립되어 있는 물공급면(110)을 갖는 제1 전극체(100); 상기 물공급면(110)과 일정 거리 이격되게 위치하는 제2 전극체(200); 상기 제1 전극체(100) 및 상기 제2 전극체(200)에 전압을 인가하는 전원공급장치(300); 상기 물공급면에 상기 제2 전극체와 이격될 수 있는 워터 필름 형태로 흐르도록 물을 공급하는 워터필름 공급부(400); 상기 상기 워터필름을 수용하는 워터탱크(600); 상기 워터 탱크(600)로부터 상기 워터필름 공급부(400)로 물을 순환시키는 순환부(700)를 포함하는, 상기 제2 전극체와 상기 워터 필름 사이에 플라즈마를 형성하는 수표면 플라즈마 장치; 및 상기 플라즈마의 N2의 진동 온도를 확인하는 측정부(800)(OES(optical emission spectroscopy))를 포함한다.
본 발명에서, 본 발명자는 플라즈마 전력 밀도와 플라즈마를 접하는 물의 온도에 따른 H2O2 생성 특성을 분석했다. 플라즈마 전력 밀도는 전극 길이 l에 따라 변하고 수온은 도 1에 표시된 바와 같이 냉각기를 사용하여 제어하였다.
낮은 방전 가스 온도에서는 화학종에서 우세한 반응성 산소종(ROS)과 반응성 질소종(RNS)이 가스 온도에 따라 증가하였다. 실온 근처의 온도 조건에서는 플라즈마 분리된 히드록시(OH)과 산소원자(O)가 재결합에 의해 H2O2를 형성한다. 높은 가스 온도 조건에서는 플라즈마 화학 반응이 질소 종 생성으로 전달되기 때문에 H2O2 생성이 감소할 수 있다. 공기 중의 배출에서는 질소 이온이 형성되므로 과산화수소와 질소 이온 사이의 결합으로 인해 H2O2의 농도가 감소할 수 있고, 질산은 질산으로 산화될 수 있다. 즉, PTW에서 H2O2의 농도는 공기방전 플라즈마를 함유한 수증기, 수면에서의 전자충돌 또는 플라즈마 발생 오존(O3)의 분리 중에 발생하는 OH의 재결합에서 발생하는 H2O2의 용해 과정에서 결정될 것이다. 따라서 PTW가 함유된 H2O2는 플라즈마 동작 파라미터를 제어함으로써 적절한 농도로 얻을 수 있을 것이다.
본 발명의 도 1에 예시된 핀 대 물(Pin-to-water) 플라즈마를 14.3 kHz 구동 0.2 kW 전력을 적용하여 생성했다. 플라즈마 전력 밀도를 제어하기 위해 전극 길이는 34 (짧은), 36 (중간) 및 38 (긴) mm이었다. 냉각기 온도는 0, 20, 40 ℃로 설정 하였다. 방전 동안, H2O2 밀도, 전기 전도도, 온도 및 pH와 같은 PTW의 특성을 모니터링 하였다. FT-IR(Frontier, PerkinElmer), IC(Dionex ICS-2100, Thermo) 및 UV-VIS 분광 광도계(DR 6000, Hach)를 사용하여 가스 및 PTW에서 플라즈마 생성 화학 종을 관찰했다. 각 측정을 3 번 반복하여 재현성을 확인했다.
PTW에서 H2O2의 측정 된 농도를 도 2에 도시하였다. 실험 조건에 따라 약간의 차이가 있지만 전반적으로 H2O2의 농도는 플라즈마 방전 중 초기 15~25분에 가파른 증가를 보이고 35~45분 동안 느리게 감소한다. 플라즈마 방전 중 H2O2 농도의 감소는 플라즈마 화학 반응의 변화를 의미한다. 방전 조건에 대한 H2O2 피크 농도의 차이는 PTW의 온도 또는 전극과 PTW 사이의 갭 거리이다.
PTW의 H2O2 농도에 대한 세부 사항을 이해하기 위해서는 H2O2가 플라즈마에서 생성되어 PTW로 변형 되기 때문에 플라즈마와 PTW의 특성을 동시에 이해할 필요가 있다. 플라즈마에서 H2O, 생성과 손실의 주요 반응은 아래 식(1-6)에서 설명된다. 핵심 반응은 식 (4)의 진동 여기 된 N2와 원자 O 사이의 반응 일 수 있다.
Figure 112019081939026-pat00001
도 3은 플라즈마 방전 조건에 대한 N2의 진동 온도를 보여준다. 온도는 OES 신호로부터 측정하였다. 플라즈마 방전 동안, 온도는 ~3000 K에서 ~5500 K까지 점진적으로 증가한다. 갭 거리가 냉각기 온도보다 온도에 더 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 냉각기 온도의 온도는 서로 비교적 비슷하다. 짧은 간격과 긴 간격의 경우는 각각 최고 온도와 최저 온도를 나타낸다.
그러나 여기 된 N2의 Tvib는 PTW의 H2O2에 직접 연결되어 있지 않다. 따라서 본 발명자는 FTIR을 사용하여 H2O2를 포함한 방전 가스에서 중성 종의 동역학을 측정했다. 전형적인 스펙트럼은 도 4에 나와 있다. 스펙트럼의 대부분의 신호는 증발 된 H2O이다. 저 강도의 H2O2 신호는 도 4(a)에 표시되어 있다. H2O 신호는 H2O2 신호보다 상대적으로 부드럽다. H2O 신호를 필터링함으로써 도 4(b)와 같이 H2O2 신호를 추출 할 수 있다. 도 4 (c-d)의 등고선 다이어그램에서 시간 분해 된 H2O2 신호가 표시된다. 500-2000 cm-1의 H2O 신호는 완전히 제거되지 않았다. 시간-분해 된 H2O2 세기는 3250-3750 cm-1 범위의 평균 강도에서 추론된다.
방전 조건에 대한 시간 분해 평균 H2O2 강도는 도 5에 제시되어 있다. 도 3의 Tvib와 유사하게, 갭 거리는 냉각기 온도와 비교하여 H2O2 강도에서 뚜렷한 차이를 유발하였다. FTIR의 Tvib와 H2O2 강도는 30-40 분 후에 변화하는 경향을 보였다. 그것은 이러한 변화를 일으키는 플라즈마 특성의 변화로 보인다. 플라즈마가 PTW의 전기 전도도를 증가 시킴에 따라 플라즈마 특성은 정상적인 글로우 방전에서 비정상적인 글로우 방전으로 전환된다. 도 6(a-c)와 같이 전기 전도도, pH 및 온도와 같은 PTW의 유사한 변화가 확인된다. 플라즈마에서 나온 이온은 PTW에 용해되어 전기 전도도가 증가한다. H 이온(H+)은 pH를 감소시킨다. PTW 온도는 점차 증가하여 40℃에 도달한다(도 6 (c)). 긴 유동 경로와 상대적으로 큰 플라즈마 가열은 포화되지 않은 PTW 온도를 유발하는 냉각 용량과 비교되는 것으로 보인다.
그래서 본 발명자는 H2O2 농도에 대한 PTW 온도 효과를 확인했다. 1.5mg/L H2O2 용액은 물 속의 H2O2를 희석하여 준비되었고 두 개의 비커에 담겨 있었다. 하나의 비이커를 실온에서 유지하고 다른 하나를 가열하면서 H2O2 농도를 측정 하였다. 가열 된 H2O2 용액 온도가 60℃까지 증가하면 두 용액 모두 초기 H2O2 농도를 거의 일정하게 유지하였다. 두 가지 해결책간에 유의 한 차이는 관찰되지 않았다. 따라서 PTW 온도 영향을 배제 할 수 있다.
플라즈마 칼럼에서 NO2 -와 NO3 -의 발생 추세는 액체 이온 크로마토 그래피 (IC/LC)에서 확인할 수 있다. NO와 NO2의 농도는 도 6(d-e)에 제시하였다. NO 및 NO2 농도는 플라즈마 점화 후 25-35 분에 급격히 증가한다는 것이 유의된다. 가파른 NOx 증가는 PTW 피크의 H2O2 농도, 플라즈마 경사면의 H2O2 강도 및 여기 된 N2 경사의 Tvib 경향으로 구성된다. 이는 PTW의 비선형 H2O2 농도 경향이 플라즈마 특성의 변화에 기인 함을 의미한다.
Fluent® v18.0 및 전지구 모델을 사용하여 3 차원 유동 시뮬레이션을 사용하여 플라즈마 칼럼에서의 H2O2 생성 및 손실의 화학 반응을 분석했다. 도 7은 전극 길이에 대한 플라즈마 영역에서의 평균 가스 속도를 도시한다. Sakiyama 등의 모델 버전을 수정 글로벌 모델 H2O2,HNO2,HNO3, NO 및 NO2, OH 623개 포함한 반응과 53종의 농도를 계산한다. 열 방정식과 가스 유량을 추가하여 기존 모델을 개선했다. 열 방정식을 단순한 기하학적 구조에 추가함으로써, 가스 온도는 일정한 온도를 가정하는 대신 주어진 플라즈마 전력 밀도로 계산 될 수 있다. 또한 가스 흐름을 고려하여 화학 종의 손실을 계산할 수 있었다. 배출 칼럼으로의 직각 기체 흐름은 PTW상의 화학 종의 투여 량을 감소시킨다.
도 8은 글로벌 모델로부터 플라즈마 방전 1 시간 동안의 결과를 보여준다. 다양한 화학 종 중에서 H2O2와 발생 및 손실 종에 대한 주요 종들이 제시된다. 모델은 가스 유동 속도 및 플라즈마 전력 밀도의 형태로 전극 길이를 반영했다. 전력 밀도는 측정 된 플라즈마 전력을 플라즈마 체적으로 나누어 값으로 가정했다. 가스 온도는 포화되지 않았지만 방전 1 시간 동안 계속 증가한다. 모델의 기체 온도는 플라즈마 기둥 내부의 값을 나타낸다. 전력 밀도가 1.5x108에서 7.1x108W/m3로 증가함에 따라 최대 가스 온도는 525K에서 710K로 증가했다. 계산 된 결과는 H2O2 밀도의 비선형 경향을 잘 보여 주었다. 즉, H2O2 밀도는 방전 10 초 후에 증가하고 점차적으로 감소한다. 온도가 높아짐에 따라 여기 된 N2(A) 밀도가 증가한다. 그것은 O3와 H2O2를 생성하는 데 필요한 ROS를 소모한다. 따라서 NO와 NO2 밀도가 증가했다.
이 결과에 기초하여, 핀 대 물 방전에서의 PTW에서의 H2O2 발생 메커니즘은 도 9와 같이 표현 될 수있다. 먼저, 플라즈마는 금속 핀 전극과 액체 전극 사이에서 방전된다. PTW의 낮은 전기 전도도로 인해 PTW는 전류 차단 유전체로 작용한다. 따라서 가스 온도는 실온에 가깝게 유지된다. 따라서 N2 (A) 밀도는 낮다. N2 (A)에 의해 거의 소비되지 않은 원자 O와 OH와 H2O2가 생성 될 수 있다.
플라즈마 방전이 계속됨에 따라, PTW의 전기 전도성 및 표면 장력으로 인해 플라즈마 전류가 증가한다. 플라즈마는 PTW에 용해 된 이온을 생성했다. 이온은 PTW의 전기 전도성을 수백 μS/cm까지 증가 시키므로 PTW는 유전체가 아닌 저항으로 작용하고 플라즈마는 DBD가 아닌 저항성 장벽 방전을 나타난다. 이온은 또한 PTW의 표면 장력을 감소시킨다. 핀 대 물 방전 시스템에서, 수면은 전극으로부터 전기장에 의해 변형된다. PTW는 전극을 향해 발생하고 표면 장력이 감소함에 따라 변형 표면의 높이가 증가한다.
증가 된 플라즈마 전류는 N2(T)의 Tvib의 증가를 가속시킨다. Tvib가 4900K에 도달하면 N2(A) 부분이 상당히 증가하고 OH는 NO로 소모한다. 플라즈마 생성 H2O2 밀도 감소된다. OH가 H2O로부터 생성되기 때문에, 대부분의 OH는 플라즈마에 접촉 된 PTW 표면에서 생성된다. OH는 물 표면에 인접한 증발 된 H2O에 의해 생성된다. 플라즈마의 부분은 확산 중에 공기 흐름에 의해 표류 된 화학 종을 생산했지만, 주로 액체 표면에서 생성 된 H2O2 때문에 드리프트가 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 따라서 핀과 PTW 사이의 갭 거리는 전력 밀도의 제어 인자이다.
역할을 했다. 본 발명에서, 냉각기 설정 온도는 냉각 전력에 비해 상대적으로 긴 PTW 경로 길이로 인해 PTW 온도를 크게 변경하지 않았다.
적절한 H2O2 농도의 PTW를 생성하기 위한 플라즈마 작동 파라미터를 응용 목적으로 찾기 위해 스포크 형 전극에서 핀 대 물 방전을 사용하여 H2O2 함유 PTW 생성을 구현했다. H2O2 생성 메커니즘은 플라즈마 및 PTW 특성에 대한 측정 및 시뮬레이션에 의해 확인됐다. PTW에서 측정 된 H2O2 농도는 비선형, 즉 단조 증가 및 포화보다는 피크 밀도를 나타낸다. 플라즈마 처리 동안 H2O2 밀도의 감소는 액체에서의 H2O2의 수명이 며칠이기 때문에 H2O2 붕괴보다는 플라즈마 생성 화학 종의 변화를 의미한다.
플라즈마 생성 화학 종은 가스 온도, 특히 N2(A)의 진동 여기 온도에 의해 크게 변 하였다. 가스 온도는 H2O2 농도 조절 손잡이의 핵심 매개 변수이다. 가스 온도는 전력 밀도, PTW 온도 및 방전 시간과 같은 다양한 요소를 사용하여 제어 할 수 있습니다. Tvib가 4900K 이하로 유지되는 동안 높은 H2O2 농도를 얻을 수 있다. 배출 시스템이 H2O2 밀도 포화 전에 비 포화 가스 온도를 나타내면 H2O2 농도가 필요한 값에 도달 할 때 방전을 중지해야 한다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 4900K 이하의 N2의 진동 온도에서 수표면 플라즈마 발생함을 포함하는 고농도 과산화수소 농축수 제조 방법으로서,
    수표면 플라즈마 장치로 물을 플라즈마 처리하여 플라즈마 처리수를 제조하고,
    상기 플라즈마 처리 장치의 플라즈마의 N2의 진동 온도를 측정하고,
    상기 N2의 진동 온도가 4900K 이상이 되면 수표면 플라즈마 처리를 멈추거나 상기 플라즈마 처리수에 새로운 물의 공급을 시작함을 포함하는,
    고농도 과산화수소 농축수 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마의 N2의 진동 온도는 OES(optical emission spectroscopy)로 측정함을 특징으로 하는,
    고농도 과산화수소 농축수 제조 방법.
  4. 물의 표면 위에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부로부터 수표면 처리된 처리수를 수용하는 워터탱크; 및
    상기 수표면의 플라즈마의 N2의 진동 온도를 확인하는 측정부를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생부는,
    물공급면을 갖는 제1 전극체;
    상기 물공급면과 일정 거리 이격되게 위치하는 제2 전극체; 및
    상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체에 전압을 인가하는 전원공급장치를 포함하고,
    과산화수소수 제조 장치는, 상기 물공급면에 상기 제2 전극체와 이격될 수 있는 워터 필름 형태로 흘러 상기 워터 탱크로 수용되도록 물을 공급하는 워터필름 공급부; 및
    상기 워터 탱크로부터 상기 워터필름 공급부로 물을 순환시키는 순환부를 포함하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는,
    상기 워터 탱크의 물의 표면위에 이격된 제1 전극체;
    상기 워터 탱크의 외면 또는 내면에 위치하거나, 상기 워터 탱크 내의 수용된 물 내에 있는 위치하는 제2 전극체; 및
    상기 제1 전극체 및 상기 제2 전극체에 전압을 인가하는 전원공급장치를 포함함을 특징으로 하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극체 및 제2 전극체는 직립되어 있고,
    상기 워터 필름은 상기 제1 전극체의 위에서 아래로 흐르며,
    상기 워터 탱크는 상기 제1 전극체의 아래에서 상기 워터 필름을 수용함을 특징으로 하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 플라즈마로부터의 발광 신호를 분석하는 OES(optical emission spectroscopy)임을 특징으로 하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
  9. 물의 표면 위에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부로부터 수표면 처리된 처리수를 수용하는 워터탱크;
    상기 수표면의 플라즈마의 N2의 진동 온도를 확인하는 측정부; 및
    전원공급장치의 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 N2의 진동 온도가 4900K 이상이 되면, 상기 전원공급을 차단하도록 구성됨을 특징으로 하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
  10. 삭제
  11. 제4항에 있어서,
    상기 워터탱크로부터 과산화수소수를 배출하는 배출구;
    상기 순환부로 추가 물을 공급하는 물 공급부; 및
    상기 순환부, 상기 물 공급부 및 상기 배출구를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 N2의 진동 온도가 미리 정한 값 이상이 되면, 상기 배출구를 열고, 상기 물 공급부를 통해 상기 순환부로 추가 물을 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는,
    수표면 플라즈마에 의한 과산화수소수 제조 장치.
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