KR20210069949A

KR20210069949A - Solution plasma device

Info

Publication number: KR20210069949A
Application number: KR1020190159818A
Authority: KR
Inventors: 태흥식; 박춘상; 신준구
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-14

Abstract

Disclosed is a liquid plasma generator comprising: gas injection tubes through which inert gas is injected; capillary tubes for releasing the inert gas into liquid; connectors for connecting the gas injection tubes and the capillary tubes; electrodes placed in the capillary tubes by penetrating the connectors and formed by protruding a preset distance from one ends of the capillary tubes; and a power supplying device for supplying power to the electrodes. A gas channel is formed between one ends of the capillary tubes. Liquid plasma discharge is generated in the gas channel formed between one ends of the electrodes. According to the present invention, plasma discharge can be generated in liquid with less energy in a short period of time.

Description

Liquid plasma generator {SOLUTION PLASMA DEVICE}

본 개시는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 내에서 플라즈마 방전을 발생시키는 액체 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a plasma generator, and more particularly, to a liquid plasma generator for generating a plasma discharge in a liquid.

액체 내의 오염 물질을 처리하거나 물질의 단량체의 중합을 위해 액체 플라즈마 장치가 이용된다. 액체 내에서 플라즈마 방전을 발생시키기 위해서는 많은 에너지가 필요하다. 즉, 기존의 액체 플라즈마 발생장치는 줄열(Joule heating)을 이용해 플라즈마를 발생시켰다. 따라서, 기존의 액체 플라즈마 발생장치는 많은 에너지를 소모하였고, 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. Liquid plasma devices are used to treat contaminants in liquids or to polymerize the monomers of the materials. A lot of energy is required to generate a plasma discharge in a liquid. That is, the conventional liquid plasma generator generates plasma using Joule heating. Therefore, the conventional liquid plasma generator consumes a lot of energy and has disadvantages in that it takes a lot of time to generate a plasma discharge.

한편, 액체는 용질에 따라 pH 또는 전도도 등의 성질이 달라질 수 있다. 기존의 액체 플라즈마 발생장치의 방전 조건은 액체의 성질에 따라 달라지기 때문에 기존의 액체 플라즈마 발생장치는 제어하기 어려운 점이 있다.Meanwhile, the liquid may have different properties, such as pH or conductivity, depending on the solute. Since the discharge conditions of the conventional liquid plasma generator depend on the properties of the liquid, the conventional liquid plasma generator is difficult to control.

또한, 기존의 액체 플라즈마 발생장치는 액체 내에서 플라즈마 방전을 발생시키기 때문에 불안정한 방전이 발생될 수 있고, 플라즈마 방전의 접촉 표면적이 작기 때문에 균일한 크기의 중합체 형성에 어려움이 존재한다.In addition, since the conventional liquid plasma generator generates a plasma discharge in a liquid, an unstable discharge may be generated, and since the contact surface area of the plasma discharge is small, it is difficult to form a polymer having a uniform size.

따라서, 액체 내에서 적은 에너지로 빠른 시간에 방전을 발생시키고 안정적인 제어를 할 수 있는 액체 플라즈마 발생장치에 대한 필요성이 존재한다.Accordingly, there is a need for a liquid plasma generator capable of generating a discharge in a short time with little energy in a liquid and stably controlling it.

본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 액체 내에서 적은 에너지로 빠른 시간에 플라즈마 방전을 발생시키는 액체 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.An object of the present disclosure is to provide a liquid plasma generator that generates plasma discharge in a short time with little energy in a liquid in order to solve the above problems.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 액체 플라즈마 발생장치는 불활성 가스가 주입되는 제1 및 제2 가스 주입관, 액체 내로 상기 불활성 가스를 방출하는 제1 및 제2 모세관, 상기 제1 가스 주입관 및 상기 제1 모세관을 연결하는 제1 커넥터, 상기 제2 가스 주입관 및 상기 제2 모세관을 연결하는 제2 커넥터, 상기 제1 커넥터를 관통하여 상기 제1 모세관 내부에 위치하며 상기 제1 모세관의 일단에서 기 설정된 거리 돌출되어 형성된 제1 전극, 상기 제2 커넥터를 관통하여 상기 제2 모세관 내부에 위치하며 상기 제2 모세관의 일단에서 기 설정된 거리 돌출되어 형성된 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하고, 상기 제1 모세관의 일단 및 상기 제2 모세관의 일단은 상기 액체 내에서 기 설정된 제1 거리 이격되어 배치되며, 상기 전원공급장치로부터 전원이 공급되는 경우 상기 방출되는 불활성 가스에 의해 상기 제1 모세관의 일단과 상기 제2 모세관의 일단이 연결되는 기체 채널이 형성되고, 상기 돌출된 제1 전극의 일단 및 상기 돌출된 제2 전극의 일단은 상기 액체 내에서 기 설정된 제2 거리 이격되어 배치되고, 상기 형성된 기체 채널 내부에서 액체 플라즈마 방전을 발생시킨다.According to an embodiment of the present disclosure for achieving the above object, the liquid plasma generator includes first and second gas injection tubes into which an inert gas is injected, and first and second capillaries for discharging the inert gas into the liquid. , a first connector connecting the first gas injection tube and the first capillary tube, a second connector connecting the second gas injection tube and the second capillary tube, and passing through the first connector into the first capillary tube a first electrode formed to protrude a predetermined distance from one end of the first capillary tube, a second electrode positioned inside the second capillary tube through the second connector, and formed to protrude a predetermined distance from one end of the second capillary tube and a power supply device for supplying power to the first and second electrodes, wherein one end of the first capillary tube and one end of the second capillary tube are spaced apart from each other by a predetermined distance in the liquid, and the power supply When power is supplied from the supply device, a gas channel is formed in which one end of the first capillary tube and one end of the second capillary tube are connected by the emitted inert gas, and one end of the protruding first electrode and the protruding second capillary tube are formed. One end of the second electrode is disposed to be spaced apart from each other by a predetermined second distance in the liquid, and generates a liquid plasma discharge in the formed gas channel.

그리고, 상기 기 설정된 제1 거리는 1mm 내지 4mm일 수 있다.In addition, the preset first distance may be 1 mm to 4 mm.

또한, 상기 기 설정된 제2 거리는 0.1mm 내지 6cm일 수 있다.Also, the preset second distance may be 0.1 mm to 6 cm.

또한, 상기 제1 및 제2 모세관의 내경은 0.5mm 내지 4mm일 수 있다.In addition, the inner diameter of the first and second capillaries may be 0.5mm to 4mm.

한편, 상기 제1 및 제2 모세관은 유전체로 형성될 수 있다.Meanwhile, the first and second capillaries may be formed of a dielectric material.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 액체 플라즈마 발생장치는 액체 내에서 적은 에너지로 빠른 시간에 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있다.As described above, according to various embodiments of the present disclosure, the liquid plasma generating apparatus may generate a plasma discharge in a short time with little energy in the liquid.

그리고, 액체 플라즈마 발생장치는 안정적인 제어가 가능하고, 플라즈마 방전의 접촉 표면적이 크기 때문에 균일한 중합체 형성 또는 효율적인 수질 개선을 할 수 있다.In addition, the liquid plasma generator can be controlled stably, and since the contact surface area of the plasma discharge is large, uniform polymer formation or efficient water quality improvement can be achieved.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 액체 플라즈마 발생장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 내에서 플라즈마를 발생시키는 액체 플라즈마 발생장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커넥터를 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전 시작 전 모세관 사이를 고속 카메라로 촬영한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전이 발생되는 모세관 사이를 제1 시간일 때 고속 카메라로 촬영한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전이 발생되는 모세관 사이를 제2 시간일 때 고속 카메라로 촬영한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 플라즈마 발생장치에 의해 중합된 폴리아닐린(polyaniline) 입자를 촬영한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리아닐린 입자의 크기 분포도를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a liquid plasma generating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a view for explaining a liquid plasma generating apparatus for generating plasma in a liquid according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a connector according to an embodiment of the present invention.
4A is a view taken with a high-speed camera between capillaries before the start of discharge according to an embodiment of the present invention.
4B is a view taken with a high-speed camera during a first time between capillaries in which discharge is generated according to an embodiment of the present invention.
4C is a view taken with a high-speed camera at a second time between the capillaries in which discharge is generated according to an embodiment of the present invention.
5A is a view illustrating polyaniline particles polymerized by a liquid plasma generator according to an embodiment of the present invention.
5B is a diagram illustrating a size distribution diagram of polyaniline particles according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described herein may be variously modified. Certain embodiments may be depicted in the drawings and described in detail in the detailed description. However, the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings are only provided to facilitate understanding of the various embodiments. Accordingly, the technical spirit is not limited by the specific embodiments disclosed in the accompanying drawings, and it should be understood to include all equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but these elements are not limited by the above-described terms. The above terminology is used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 제어부에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Meanwhile, as used herein, a “module” or “unit” for a component performs at least one function or operation. In addition, a "module" or "unit" may perform a function or operation by hardware, software, or a combination of hardware and software. In addition, a plurality of “modules” or a plurality of “units” other than a “module” or “unit” to be performed in specific hardware or performed by at least one control unit may be integrated into at least one module. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 필수적인 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.In this specification, only essential components necessary for the description of the present invention are described, and components not related to the essence of the present invention are not mentioned. And it should not be construed as an exclusive meaning including only the mentioned components, but should be construed as a non-exclusive meaning that may include other components as well.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다. 한편, 각 실시 예는 독립적으로 구현되거나 동작될 수도 있지만, 각 실시 예는 조합되어 구현되거나 동작될 수도 있다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be abbreviated or omitted. Meanwhile, each embodiment may be implemented or operated independently, but each embodiment may be implemented or operated in combination.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 액체 플라즈마 발생장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a liquid plasma generating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 액체 플라즈마 발생장치(100)는 가스 주입관(110), 모세관(120), 커넥터(130), 전극(140) 및 전원공급장치(150)를 포함할 수 있다. 가스 주입관(110)은 불활성 가스가 주입된다. 예를 들어, 불활성 가스는 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn일 수 있다. 가스 주입관(110)은 제1 및 제2 가스 주입관(110a, 110b)의 두 개의 가스 주입관을 포함할 수 있다. 제1 가스 주입관(110a)은 한쪽에 배치되고, 제2 가스 주입관(110b)은 다른 쪽에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the liquid plasma generator 100 may include a gas injection tube 110 , a capillary tube 120 , a connector 130 , an electrode 140 , and a power supply device 150 . The gas injection pipe 110 is injected with an inert gas. For example, the inert gas may be He, Ne, Ar, Kr, Xe or Rn. The gas injection pipe 110 may include two gas injection pipes of the first and second gas injection pipes 110a and 110b. The first gas injection pipe 110a may be disposed on one side, and the second gas injection pipe 110b may be disposed on the other side.

모세관(120)은 액체 내로 불활성 가스를 방출할 수 있다. 모세관(120)의 일측은 액체 내에 배치되고, 타측은 커넥터(130)를 통해 가스 주입관(110)과 연결될 수 있다. 모세관(120)도 제1 및 제2 모세관(120a, 120b)의 두 개의 모세관을 포함할 수 있다. 제1 모세관(120a)은 한쪽에 배치되고, 제2 모세관(120b)은 다른 쪽에 배치될 수 있다. 액체 내에 위치하는 제1 모세관(120a)의 일측과 제2 모세관(120b)의 일측은 기 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.Capillary tube 120 may release an inert gas into the liquid. One side of the capillary tube 120 may be disposed in the liquid, and the other end may be connected to the gas injection tube 110 through the connector 130 . The capillary 120 may also include two capillaries of the first and second capillaries 120a and 120b. The first capillary tube 120a may be disposed on one side, and the second capillary tube 120b may be disposed on the other side. One side of the first capillary tube 120a and one side of the second capillary tube 120b located in the liquid may be disposed to be spaced apart by a preset distance.

커넥터(130)는 가스 주입관(110)과 모세관(120)을 연결할 수 있다. 커넥터(130)도 제1 및 제2 커넥터(130a, 130b)의 두 개의 커넥터를 포함할 수 있다. 제1 커넥터(130a)는 한쪽에 배치되고, 제2 커넥터(130b)는 다른 쪽에 배치될 수 있다.The connector 130 may connect the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 . The connector 130 may also include two connectors of the first and second connectors 130a and 130b. The first connector 130a may be disposed on one side, and the second connector 130b may be disposed on the other side.

즉, 제1 커넥터(130a)는 제1 가스 주입관(110a)과 제1 모세관(120a)을 연결하고, 제2 커넥터(130b)는 제2 가스 주입관(110b)과 제2 모세관(120b)을 연결할 수 있다. 따라서, 제1 가스 주입관(110a)을 통해 주입된 불활성 가스는 제1 모세관(120a)을 통해 액체 내로 방출되고, 제2 가스 주입관(110b)을 통해 주입된 불활성 가스는 제2 모세관(120b)을 통해 액체 내로 방출될 수 있다.That is, the first connector 130a connects the first gas injection tube 110a and the first capillary tube 120a, and the second connector 130b has the second gas injection tube 110b and the second capillary tube 120b. can be connected Accordingly, the inert gas injected through the first gas injection tube 110a is discharged into the liquid through the first capillary tube 120a, and the inert gas injected through the second gas injection tube 110b is discharged through the second capillary tube 120b. ) through which it can be released into the liquid.

각각의 모세관 내부에는 모세관의 장축과 평행하게 전극(140)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 전극(140a)은 제1 모세관(120a) 내부에 위치하며 제1 모세관(120a)의 일단에서 기 설정된 거리만큼 돌출되도록 형성될 수 있다. 그리고, 제2 전극(140b)은 제2 모세관(120b) 내부에 위치하며 제2 모세관(120b)의 일단에서 기 설정된 거리만큼 돌출되도록 형성될 수 있다. 액체 내에 위치하는 돌출된 제1 전극(140a)의 일단과 제2 전극(140b)의 일단은 기 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 전극(140)은 외부에서 전원을 공급받을 수 있도록 커넥터(130)를 관통하여 외부의 전원공급장치(150)와 연결될 수 있다. 전원공급장치(150)는 플라즈마 방전이 발생되도록 전극(140)에 전원을 공급할 수 있다.The electrode 140 may be disposed in each capillary in parallel to the long axis of the capillary. That is, the first electrode 140a may be positioned inside the first capillary tube 120a and may be formed to protrude from one end of the first capillary tube 120a by a predetermined distance. Also, the second electrode 140b may be positioned inside the second capillary tube 120b and may be formed to protrude from one end of the second capillary tube 120b by a predetermined distance. One end of the protruding first electrode 140a and one end of the second electrode 140b positioned in the liquid may be disposed to be spaced apart by a predetermined distance. On the other hand, the electrode 140 may be connected to the external power supply 150 through the connector 130 to receive power from the outside. The power supply 150 may supply power to the electrode 140 to generate plasma discharge.

상술한 플라즈마 발생장치(100)의 모세관(120) 및 전극(130)의 일측은 액체 내부에 위치하고, 플라즈마를 발생시켜 액체의 오염물질을 제거하거나 단량체(monomer) 물질을 중합체(polymer) 물질로 중합시킬 수 있다. 아래에서는 플라즈마 발생장치(100)가 액체에서 동작하는 과정을 설명한다.One side of the capillary tube 120 and the electrode 130 of the above-described plasma generator 100 is located inside the liquid, and generates plasma to remove contaminants from the liquid or polymerize a monomer material into a polymer material. can do it Hereinafter, a process in which the plasma generating apparatus 100 operates in a liquid will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 내에서 플라즈마를 발생시키는 액체 플라즈마 발생장치를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a liquid plasma generating apparatus for generating plasma in a liquid according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 액체가 담긴 수조 내부에 플라즈마 발생장치가 배치된 도면이 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 플라즈마 발생장치는 제1 및 제2 가스 주입관(110a, 110b), 제1 및 제2 모세관(120a, 120b), 제1 및 제2 커넥터(130a, 130b), 제1 및 제2 전극(140a, 140b) 및 전원공급장치(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , a diagram in which a plasma generator is disposed inside a water tank containing a liquid is shown. As described above, the plasma generator includes first and second gas injection tubes 110a and 110b, first and second capillaries 120a and 120b, first and second connectors 130a and 130b, first and second gas injection tubes 110a and 110b. It may include second electrodes 140a and 140b and a power supply 150 .

제1 모세관(120a)의 일부분은 액체 내부에 위치하고, 제1 커넥터(130a)를 통해 제1 가스 주입관(110a)과 연결될 수 있다. 제2 모세관(120b)의 일부분은 액체 내부에 위치하고, 제2 커넥터(130b)를 통해 제2 가스 주입관(110b)과 연결될 수 있다. 따라서, 제1 모세관(120a) 및 제2 모세관(120b)은 각각 제1 가스 주입관(110a) 및 제2 가스 주입관(110b)으로 주입된 불활성 가스를 액체 내부로 방출할 수 있다. 제1 및 제2 모세관(120a, 120b)은 유리, 플라스틱, 세라믹 등으로 구현될 수 있지만, 유전체 물질이면 어떤 물질로도 구현될 수 있다.A portion of the first capillary tube 120a may be located inside the liquid, and may be connected to the first gas injection tube 110a through the first connector 130a. A portion of the second capillary tube 120b may be located inside the liquid, and may be connected to the second gas injection tube 110b through the second connector 130b. Accordingly, the first capillary tube 120a and the second capillary tube 120b may discharge the inert gas injected into the first gas injection tube 110a and the second gas injection tube 110b, respectively, into the liquid. The first and second capillaries 120a and 120b may be implemented with glass, plastic, ceramic, etc., but may be implemented with any material as long as they are a dielectric material.

제1 모세관(120a) 및 제2 모세관(120b)에서 액체 내로 방출된 불활성 가스는 기포를 형성할 수 있다. 일정한 조건하에서 양쪽 모세관으로부터 형성된 기포는 서로 만나 제1 모세관(120a)의 일단 및 제2 모세관(120b)의 일단 사이에서 기체 채널(3)을 형성할 수 있다. 기체 채널(3)의 형성은 용액의 점도, 기체의 압력, 모세관의 직경(내경) 및 양쪽 모세관 사이의 간격 등에 의해 달라질 수 있다. 본 개시에서는 일 실시 예로서, 제1 및 제2 가스 주입관(110a, 110b)으로 주입되는 불활성 가스의 압력은 약 100 sccm, 제1 및 제2 모세관(120a, 120b)의 내경은 0.5mm 내지 4mm일 수 있고, 액체 내에서 제1 모세관(120a) 및 제2 모세관(120b) 사이의 간격은 1mm 내지 4mm일 수 있다. 일 실시 예로서, 상술한 조건으로 불활성 가스가 주입되는 경우, 용액의 특성에 관계없이 기체 채널이 형성될 수 있다.The inert gas released into the liquid from the first capillary tube 120a and the second capillary tube 120b may form bubbles. Bubbles formed from both capillaries may meet each other under certain conditions to form a gas channel 3 between one end of the first capillary 120a and one end of the second capillary 120b. The formation of the gas channel 3 may vary depending on the viscosity of the solution, the pressure of the gas, the diameter (inner diameter) of the capillary, and the spacing between both capillaries. In the present disclosure, as an embodiment, the pressure of the inert gas injected into the first and second gas injection tubes 110a and 110b is about 100 sccm, and the inner diameter of the first and second capillaries 120a and 120b is 0.5 mm to about It may be 4 mm, and the distance between the first capillary tube 120a and the second capillary tube 120b in the liquid may be 1 mm to 4 mm. As an embodiment, when the inert gas is injected under the above-described conditions, a gas channel may be formed regardless of the characteristics of the solution.

제1 전극(140a)은 제1 모세관(120a) 내부에서 제1 모세관(120a)의 장축 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 제1 전극(140a)의 일단은 제1 모세관(120a)의 끝단보다 돌출되어 형성될 수 있고, 타단은 제1 커넥터(130a)를 관통하여 전원공급장치(150)와 연결될 수 있다. 제2 전극(140b)은 제2 모세관(120b) 내부에서 제2 모세관(120b)의 장축 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 제2 전극(140b)의 일단은 제2 모세관(120b)의 끝단보다 돌출되어 형성될 수 있고, 타단은 제2 커넥터(130b)를 관통하여 전원공급장치(150)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(140a)은 Cu, W 등으로 구현될 수 있지만, 전기가 잘 통하는 물질이면 어떤 물질로도 구현될 수 있다. 일 실시 예로서, 액체 내에서 제1 전극(140a) 및 제2 전극(140b) 사이의 간격은 0.1mm 내지 6cm일 수 있다.The first electrode 140a may be disposed parallel to the long axis direction of the first capillary tube 120a inside the first capillary tube 120a. One end of the first electrode 140a may be formed to protrude from the end of the first capillary tube 120a, and the other end may be connected to the power supply 150 through the first connector 130a. The second electrode 140b may be disposed parallel to the long axis direction of the second capillary tube 120b inside the second capillary tube 120b. One end of the second electrode 140b may be formed to protrude from the end of the second capillary tube 120b, and the other end may be connected to the power supply 150 through the second connector 130b. For example, the first and second electrodes 140a may be implemented with Cu, W, or the like, but may be implemented with any material as long as it conducts electricity well. As an embodiment, a distance between the first electrode 140a and the second electrode 140b in the liquid may be 0.1 mm to 6 cm.

전원공급장치(150)는 제1 및 제2 전극(140a, 140b)에 전원을 공급한다. 일 실시 예로서, 전원공급장치(150)는 펄스를 생성하는 함수 발생기(function generator)(151) 및 고압 증폭기(high voltage amplifier)(152)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원공급장치(150)는 피크 전압은 약 16.4 kV, 구형파의 펄스폭은 약 60us, 주파수는 5 kHz의 전원을 공급할 수 있다.The power supply 150 supplies power to the first and second electrodes 140a and 140b. As an embodiment, the power supply 150 may include a function generator 151 and a high voltage amplifier 152 that generate a pulse. For example, the power supply 150 may supply power having a peak voltage of about 16.4 kV, a pulse width of a square wave of about 60 us, and a frequency of 5 kHz.

전원공급장치(150)로부터 전원이 공급되면, 제1 전극(140a)의 일단과 제2 전극(140b)의 일단 사이에서 플라즈마 방전(1)이 발생된다. 상술한 바와 같이, 제1 모세관(120a)의 일단과 제2 모세관(120b)의 일단 사이에 기체 채널(3)이 형성되기 때문에 플라즈마 방전(1)은 기체 채널 내부에서 발생될 수 있다. 즉, 액체 플라즈마 발생장치의 방전이 발생되는 부분은 액체 내부에 위치하지만, 실제 플라즈마 방전(1)은 기체 채널(3)의 내부에서 발생될 수 있다. 그리고, 기체 채널(3)은 버블(bubble)로 형성되어 액체 수면으로 상승할 수 있다. 즉, 기체 채널(3)의 내부에서 발생된 플라즈마 방전 에너지는 기체 채널(또는, 버블)의 표면으로 전달되고, 기체 채널(또는, 버블)의 표면에서 액체에 존재하는 오염 물질의 분해 또는 단량체의 중합 반응이 발생될 수 있다.When power is supplied from the power supply device 150 , a plasma discharge 1 is generated between one end of the first electrode 140a and one end of the second electrode 140b . As described above, since the gas channel 3 is formed between one end of the first capillary tube 120a and one end of the second capillary tube 120b, the plasma discharge 1 may be generated inside the gas channel. That is, the portion where the discharge of the liquid plasma generator is generated is located inside the liquid, but the actual plasma discharge 1 may be generated inside the gas channel 3 . In addition, the gas channel 3 may be formed as a bubble and rise to the liquid surface. That is, the plasma discharge energy generated inside the gas channel 3 is transferred to the surface of the gas channel (or bubble), and the decomposition of contaminants present in the liquid or the monomer of the gas channel (or bubble) on the surface. A polymerization reaction may occur.

한편, 본 개시의 액체 플라즈마 발생장치의 일부는 액체 내에 위치하고, 일부는 액체 밖에 위치해야 하므로 밀봉 부재가 포함될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(11)는 제1 및 제2 모세관(120a, 120b) 외부와 수조의 관통공 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재(11, 11a, 11b)는 실리콘, 고무, 코르크 등 제1 및 제2 모세관(120a, 120b)의 일부가 액체 내부에 배치되고, 관통공으로 액체가 새어나오지 않도록 막아줄 수 있는 물질일 수 있다.On the other hand, a portion of the liquid plasma generating device of the present disclosure is located in the liquid, and the sealing member may be included because a portion is located outside the liquid. As shown in FIG. 2 , the sealing member 11 may be positioned between the outside of the first and second capillaries 120a and 120b and the through hole of the water tank. For example, the sealing members 11, 11a, and 11b may prevent a portion of the first and second capillaries 120a and 120b such as silicone, rubber, and cork from leaking through the liquid, and may prevent the liquid from leaking through the through hole. material may be present.

지금까지 액체 플라즈마 발생장치에 대한 구조 및 동작을 설명하였다. 아래에서는 커넥터의 구조에 대해 설명한다.So far, the structure and operation of the liquid plasma generator have been described. The structure of the connector will be described below.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커넥터를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining a connector according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 커넥터(130)의 단면의 일 실시 예가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 커넥터(130)는 가스 주입관(110)과 모세관(120)을 연결시킬 수 있다. 그리고, 전극(140)은 모세관(120)의 장축 방향과 평행하게 모세관(120)의 내부에 배치될 수 있다. 한편, 가스 주입관(110)과 모세관(120)이 연결되거나 전극(140)이 모세관(120)으로 삽입되는 부분(20)은 불활성 가스가 외부로 유출되지 않도록 밀폐될 수 있다. 또한, 전극(140)이 커넥터(130)로 삽입되는 부분도 밀폐될 수 있다. 도 3에서는 가스 주입관(110)과 모세관(120)이 일체로 형성된 실시 예가 도시되어 있으나, 가스 주입관(110)과 모세관(120)은 별개로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3 , an embodiment of a cross-section of the connector 130 is shown. As described above, the connector 130 may connect the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 . In addition, the electrode 140 may be disposed inside the capillary tube 120 in parallel to the long axis direction of the capillary tube 120 . Meanwhile, the portion 20 in which the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 are connected or the electrode 140 is inserted into the capillary tube 120 may be sealed so that the inert gas is not leaked to the outside. Also, a portion into which the electrode 140 is inserted into the connector 130 may be sealed. 3 illustrates an embodiment in which the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 are integrally formed, the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 may be formed separately.

가스 주입관(110)과 모세관(120)이 별개로 형성되는 경우, 가스 주입관(110)으로 주입된 불활성 가스는 커넥터(130)의 내부 공간을 거쳐 모세관(120)을 통해 액체로 배출될 수 있다. When the gas injection tube 110 and the capillary tube 120 are separately formed, the inert gas injected into the gas injection tube 110 may be discharged as a liquid through the capillary tube 120 through the inner space of the connector 130 . have.

본 개시의 액체 플라즈마 발생장치는 기체 채널을 형성하여 플라즈마 방전을 발생시킴으로써 액체의 절연 파괴 전압, 도전율 등에 상관없이 방전을 발생시킬 수 있다. 또한, 실제 플라즈마 방전은 기체 채널의 내부에서 발생되기 때문에 본 개시의 액체 플라즈마 발생장치는 줄열(Joule heating)에 의한 기포의 발생을 위한 에너지와 시간이 필요없다. 또한, 액체 플라즈마 발생장치는 용액의 특성에 영향을 덜 받기 때문에 안정적인 방전을 할 수 있고, 용액의 종류와 상관없이 나노입자합성, 수처리에 이용될 수 있다.The liquid plasma generator of the present disclosure generates a plasma discharge by forming a gas channel, thereby generating a discharge regardless of a dielectric breakdown voltage, conductivity, or the like of a liquid. In addition, since the actual plasma discharge is generated inside the gas channel, the liquid plasma generating apparatus of the present disclosure does not require energy and time for generation of bubbles due to Joule heating. In addition, since the liquid plasma generator is less affected by the properties of the solution, it can perform a stable discharge and can be used for nanoparticle synthesis and water treatment regardless of the type of solution.

도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전 시작 전 모세관 사이를 고속 카메라로 촬영한 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전이 발생되는 모세관 사이를 제1 시간일 때 고속 카메라로 촬영한 도면이며, 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전이 발생되는 모세관 사이를 제2 시간일 때 고속 카메라로 촬영한 도면이다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.4A is a view taken with a high-speed camera between the capillaries before the discharge starts according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a high-speed camera when the first time is between the capillaries in which the discharge is generated according to an embodiment of the present invention. 4c is a view taken with a high-speed camera at the second time between the capillaries in which discharge is generated according to an embodiment of the present invention. It will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.

도 4a를 참조하면, 전원공급장치로부터 전원이 공급(방전 개시 전압(firing voltage) 이상의 전압을 공급)되고 있지만, 제1 및 제2 모세관으로부터 기체가 방출되지 않아 기체 채널이 존재하지 않으므로 방전이 발생하지 않는다. 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 전원공급장치로부터 전원이 공급된 상태(방전 개시 전압 이상의 전압을 공급)에서 제1 및 제2 모세관 사이에 기체 채널이 형성되면 방전이 발생한다. 기체 채널은 액체 내에서 방전 개시전압을 낮춰 플라즈마 발생을 촉진시킨다. 즉, 기체 채널은 상대적으로 낮은 전압 조건에서 방전 경로를 제공할 수 있다. Referring to FIG. 4A , although power is supplied from the power supply (a voltage greater than or equal to the firing voltage is supplied), gas is not released from the first and second capillaries, and thus a gas channel does not exist, and thus discharge occurs. I never do that. 4B and 4C , when a gas channel is formed between the first and second capillaries in a state in which power is supplied from the power supply (a voltage equal to or higher than the discharge start voltage is supplied), discharge occurs. The gas channel promotes plasma generation by lowering the discharge initiation voltage in the liquid. That is, the gas channel may provide a discharge path in a relatively low voltage condition.

도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 플라즈마 발생장치에 의해 중합된 폴리아닐린(polyaniline) 입자를 촬영한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폴리아닐린 입자의 크기 분포도를 나타내는 도면이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.5A is a view showing polyaniline particles polymerized by a liquid plasma generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a view showing a size distribution diagram of polyaniline particles according to an embodiment of the present invention . It will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.

도 5a는 중합된 폴리아닐린 입자를 촬영한 SEM 이미지 및 EDS 결과로서, 중합된 폴리아닐린 입자는 구형인 것을 보여주고, 폴리아닐린 입자는 탄소 및 질소 성분을 포함하고 있다. 또한, 텅스텐 전극이 사용될 때, 기체 채널을 형성하여 중합한 폴리아닐린 입자의 텅스텐의 화학 원소 조성(wt%)은 기체 채널을 형성하지 않는 경우에 비해 6.36에서 1.37%로 현저하게 감소되었다. 그리고, 도 5b의 크기 분포도는 폴리아닐린 입자의 나노 크기가 25 내지 35nm로 편차가 적음을 보여준다. 상술한 결과로부터 기체 채널을 형성하는 플라즈마 방전 공정은 매우 작고 균일한 폴리아닐린 입자를 생성할 수 있고, 전극의 침식을 감소시킨다는 것을 확인시켜 준다.5a is an SEM image and EDS result of polymerized polyaniline particles, showing that the polymerized polyaniline particles are spherical, and the polyaniline particles contain carbon and nitrogen components. In addition, when a tungsten electrode was used, the chemical element composition (wt%) of tungsten of the polyaniline particles polymerized by forming a gas channel was significantly reduced from 6.36 to 1.37% compared to the case where the gas channel was not formed. And, the size distribution diagram of FIG. 5b shows that the nano-size of the polyaniline particles has a small variation in the range of 25 to 35 nm. From the above results, it is confirmed that the plasma discharge process for forming the gas channel can produce very small and uniform polyaniline particles, and reduces the erosion of the electrode.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of, of course, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

100: 액체 플라즈마 발생장치 110: 가스 주입관
120: 모세관 130: 커넥터
140: 전극 150: 전원공급장치100: liquid plasma generator 110: gas injection pipe
120: capillary 130: connector
140: electrode 150: power supply

Claims

first and second gas injection tubes into which an inert gas is injected;
first and second capillaries for releasing the inert gas into a liquid;
a first connector connecting the first gas injection tube and the first capillary tube;
a second connector connecting the second gas injection tube and the second capillary tube;
a first electrode positioned inside the first capillary tube through the first connector and formed to protrude a predetermined distance from one end of the first capillary tube;
a second electrode positioned inside the second capillary tube through the second connector and formed to protrude a predetermined distance from one end of the second capillary tube; and
Including; a power supply for supplying power to the first and second electrodes;
One end of the first capillary tube and one end of the second capillary tube are disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in the liquid, and when power is supplied from the power supply device, the first capillary tube is closed by the emitted inert gas. A gas channel is formed in which one end and one end of the second capillary are connected,
One end of the protruding first electrode and one end of the protruding second electrode are disposed to be spaced apart from each other by a second predetermined distance in the liquid, and generate a liquid plasma discharge in the formed gas channel.

According to claim 1,
The preset first distance is 1mm to 4mm, a liquid plasma generator.

According to claim 1,
The preset second distance is 0.1mm to 6cm, a liquid plasma generator.

According to claim 1,
The inner diameter of the first and second capillaries is 0.5mm to 4mm, liquid plasma generator.

According to claim 1,
The first and second capillaries are formed of a dielectric, a liquid plasma generator.