RU2709032C1 - Disinfection device - Google Patents

Disinfection device Download PDF

Info

Publication number
RU2709032C1
RU2709032C1 RU2019107183A RU2019107183A RU2709032C1 RU 2709032 C1 RU2709032 C1 RU 2709032C1 RU 2019107183 A RU2019107183 A RU 2019107183A RU 2019107183 A RU2019107183 A RU 2019107183A RU 2709032 C1 RU2709032 C1 RU 2709032C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dielectric
voltage
voltage source
alternating voltage
discharge chamber
Prior art date
Application number
RU2019107183A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Васильевич Софронов
Original Assignee
Алексей Васильевич Софронов
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 Алексей Васильевич Софронов filed Critical Алексей Васильевич Софронов
Priority to RU2019107183A priority Critical patent/RU2709032C1/en
Priority to PCT/RU2019/000260 priority patent/WO2020185112A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709032C1 publication Critical patent/RU2709032C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14Plasma, i.e. ionised gases

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to disinfectology and sanitation, and is intended for disinfection and sterilization of hands or surfaces. Device for disinfection includes a tank with a working solution, a pump with an ejector connected to the discharge chamber, wherein the pump with the ejector form a circulation circuit for multiple activation of the working solution with wet air treated with plasma. Discharge chamber is a chamber with coaxial conductive cylinders connected to a high-voltage alternating voltage source and separated by a dielectric barrier, or with parallel tubes of dielectric, inside which there are conducting rods, connected to high-voltage source of alternating voltage, or with parallel conducting plates connected to high-voltage alternating voltage source, separated by dielectric layer, or with dielectric tube, outside of which conductive cylinder is located, and inside conductive spiral connected to high-voltage source of alternating voltage, or with two electrodes connected to high-voltage alternating source, placed inside dielectric shell.
EFFECT: invention provides an increase in the efficiency of the process of producing a disinfectant.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к дезинфектологии и санитарии, и предназначено для обеззараживания и стерилизации рук или поверхностей.The invention relates to medicine, namely to disinfection and sanitation, and is intended for disinfection and sterilization of hands or surfaces.

Известно, что вода при обработке низкотемпературной плазмой приобретает дезинфицирующие свойства [Rohit Thirumdasa, Anjinelyulu Kothakotab, Uday Annapurec, Plasma activated water (PAW): Chemistry, physico-chemical properties, applications in food and agriculture | DOI: 10.1016/j.tifs.2018.05.007]. Серьезным недостатком существующих методов и устройств обработки водных растворов низкотемпературной плазмой является длительное время экспозиции, доходящее до нескольких часов на мл. Дезинфицирующие свойства воды обработанной плазмой, по-видимому, связаны с образованием в разряде ОН радикалов, которые в свою очередь вступают в реакцию с азотом воздуха и образуют долгоживущие радикалы. Длительное время экспозиции связано с небольшим сечением реакции по диссоциации молекулы воды свободными электронами и высочайшей химической реактивностью ОН радикалов.It is known that water treated with low-temperature plasma acquires disinfectant properties [Rohit Thirumdasa, Anjinelyulu Kothakotab, Uday Annapurec, Plasma activated water (PAW): Chemistry, physico-chemical properties, applications in food and agriculture | DOI: 10.1016 / j.tifs.2018.05.007]. A serious drawback of existing methods and devices for treating aqueous solutions with low-temperature plasma is the long exposure time, reaching several hours per ml. The disinfecting properties of water by treated plasma are apparently associated with the formation of OH radicals in the discharge, which in turn react with nitrogen in the air and form long-lived radicals. A long exposure time is associated with a small cross section of the reaction for the dissociation of a water molecule by free electrons and the highest chemical reactivity of OH radicals.

Также известен способ и устройство существенного повышения дезинфицирующих свойств перекиси водорода в плазменном разряде (US 5785934 A, 28.07.1998). Энергия, необходимая электрону диссоциации молекулы перекиси водорода существенно ниже воды - 0,6 эВ против 8,8 эВ. Однако для достижения требуемого эффекта требуются высокие концентрации перекиси водорода около 8%, что значительно ограничивает применение данного метода.Also known is a method and device for significantly improving the disinfecting properties of hydrogen peroxide in a plasma discharge (US 5785934 A, 07.28.1998). The energy required by the dissociation electron of a hydrogen peroxide molecule is significantly lower than water - 0.6 eV versus 8.8 eV. However, to achieve the desired effect, high concentrations of hydrogen peroxide of about 8% are required, which significantly limits the application of this method.

В патенте US 7008592 B2, 07.03.2006 (прибор SteraMist www.tomimist.com) описывается система активации жидкости, где исходными веществами являются перекись водорода, перуксусная кислота, перкарбонат натрия и глутаровый альдегид. В обоих патентах делается акцент стерилизацию при помощи ОН радикалов.US 7008592 B2, March 7, 2006 (SteraMist instrument www.tomimist.com) describes a fluid activation system where the starting materials are hydrogen peroxide, peracetic acid, sodium percarbonate and glutaraldehyde. Both patents emphasize sterilization with OH radicals.

Представленное изобретение предлагает новых подход по обработке водного раствора низкотемпературной плазмой, существенно ускоряя реакции по образованию долгоживущих азотных соединений.The presented invention offers a new approach for processing an aqueous solution with low-temperature plasma, significantly accelerating the reaction for the formation of long-lived nitrogen compounds.

Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств.The objective of the invention is to expand the arsenal of technical means.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности процесса выработки дезинфицирующего агента.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the process of producing a disinfectant.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для дезинфекции включает бак с рабочим раствором, насос с подключенным к нему эжектором, соединенным с разрядной камерой, при этом насос с эжектором образуют циркуляционный контур для многократной активации рабочего раствора влажным воздухом, обработанным плазмой, а разрядная камера представляет собой камеру с коаксиальными проводящими цилиндрами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделенными барьером из диэлектрика, либо с параллельными трубками из диэлектрика, внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с параллельными проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенными слоем диэлектрика, либо с трубкой из диэлектрика, снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с двумя электродами, подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенными внутрь диэлектрической оболочки.The technical result is achieved due to the fact that the device for disinfection includes a tank with a working solution, a pump with an ejector connected to it, connected to a discharge chamber, while a pump with an ejector forms a circulation circuit for repeatedly activating the working solution with moist air treated with plasma, and a discharge the camera is a camera with coaxial conductive cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage and separated by a dielectric barrier, or parallel and tubes made of dielectric, inside which there are conductive rods connected to a high-voltage source of alternating voltage, or with parallel conductive plates connected to a high-voltage source of alternating voltage, separated by a layer of dielectric, or with a tube of dielectric, outside of which there is a conductive cylinder, and inside conductive a spiral connected to a high voltage source of alternating voltage, or with two electrodes connected to a high voltage alternating source, eschennymi inside a dielectric sheath.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

Фиг. 1 - схема устройства для дезинфекции.FIG. 1 is a diagram of a device for disinfection.

Фиг. 2 - схема варианта разрядной камеры с коаксиальными проводящими цилиндрами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделенные барьером из диэлектрика.FIG. 2 is a diagram of a variant of a discharge chamber with coaxial conductive cylinders connected to a high voltage source of alternating voltage and separated by a dielectric barrier.

Фиг. 3 - схема варианта разрядной камеры с параллельными трубками из диэлектрика, внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения.FIG. 3 is a diagram of a variant of a discharge chamber with parallel tubes of dielectric, inside which are conductive rods connected to a high-voltage source of alternating voltage.

Фиг. 4 - схема варианта разрядной камеры с параллельными проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенные слоем диэлектрика.FIG. 4 is a diagram of an embodiment of a discharge chamber with parallel conductive plates connected to a high voltage AC voltage source, separated by a dielectric layer.

Фиг. 5 - схема варианта разрядной камеры с трубкой из диэлектрика, снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения.FIG. 5 is a diagram of a variant of a discharge chamber with a dielectric tube, on the outside of which there is a conductive cylinder, and inside a conductive spiral, connected to a high-voltage source of alternating voltage.

Фиг. 6 - схема варианта разрядной камеры с двумя электродами, подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенными внутрь диэлектрической оболочки.FIG. 6 is a diagram of a variant of a discharge chamber with two electrodes connected to a high-voltage alternating source placed inside a dielectric sheath.

Устройство для дезинфекции содержит:The device for disinfection contains:

1 - бак;1 - tank;

2 - насос;2 - pump;

3 - эжектор;3 - ejector;

4 - первая разрядная камера;4 - the first discharge chamber;

5 - ультразвуковой испаритель или форсунка с насосом;5 - an ultrasonic evaporator or nozzle with a pump;

6 - вторая разрядная камеры;6 - second discharge chamber;

7 - коаксиальные проводящие цилиндры;7 - coaxial conductive cylinders;

8 - диэлектрический барьер;8 - dielectric barrier;

9 - трубки из диэлектрика;9 - dielectric tubes;

10 - проводящие стержни;10 - conductive rods;

11 - проводящие пластины;11 - conductive plates;

12 - слои диэлектрика;12 - dielectric layers;

13 - трубка из диэлектрика;13 - a tube of dielectric;

14 - проводящий цилиндр;14 - conductive cylinder;

15 - проводящая спираль;15 - conductive spiral;

16 - электроды;16 - electrodes;

17 - диэлектрическая оболочка.17 - dielectric sheath.

Устройство (Фиг. 1) состоит из бака 1 с рабочим раствором, насоса 2, эжектора 3 и первой разрядной камеры 4, ультразвукового испарителя или форсунки с насосом 5, второй разрядной камеры 6. В качестве рабочего раствора используют воду или слабый раствор перекиси водорода (~0,3-0,5%). Рабочий раствор из бака 1 подается с помощью насоса 2 в циркуляционный контур. К контуру подключен эжектор 3, соединенный с разрядной камерой 4. Эжектор создает разницу давлений, тем самым обеспечивает всос влажного воздуха в разрядную камеру. Влажный воздух проходит через разрядную камеру 4 и смешивается с циркулирующей водой.The device (Fig. 1) consists of a tank 1 with a working solution, a pump 2, an ejector 3 and a first discharge chamber 4, an ultrasonic evaporator or nozzle with a pump 5, and a second discharge chamber 6. Water or a weak solution of hydrogen peroxide are used as a working solution ( ~ 0.3-0.5%). The working solution from the tank 1 is supplied by means of a pump 2 to the circulation circuit. An ejector 3 connected to the discharge chamber 4 is connected to the circuit. The ejector creates a pressure difference, thereby providing a suction of moist air into the discharge chamber. Wet air passes through the discharge chamber 4 and mixes with the circulating water.

Возможны следующие варианты конструкции разрядной камеры 4:The following design options for the discharge chamber 4 are possible:

- коаксиальная - коаксиальные проводящие цилиндры, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения разделены барьером из диэлектрика (Фиг. 2);- coaxial - coaxial conductive cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage are separated by a dielectric barrier (Fig. 2);

- цилиндрическая - параллельные трубки из диэлектрика внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения (Фиг. 3);- cylindrical - parallel tubes of dielectric inside which are conductive rods connected to a high voltage source of alternating voltage (Fig. 3);

- плоскопараллельная - параллельные проводящие пластины, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения разделены слоем диэлектрика (Фиг. 4).- plane-parallel - parallel conductive plates connected to a high-voltage source of alternating voltage are separated by a dielectric layer (Fig. 4).

- спиральная - трубка из диэлектрика, снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения (Фиг. 5).- spiral - a tube of dielectric, outside of which there is a conductive cylinder, and inside a conductive spiral, connected to a high-voltage source of alternating voltage (Fig. 5).

- осевая - два электрода, подключены к высоковольтному переменному источнику, помещены внутрь диэлектрической оболочки (Фиг. 6).- axial - two electrodes connected to a high-voltage alternating source, placed inside the dielectric sheath (Fig. 6).

Заявленный технический результат достигается во всех вариантах выполнения разрядной камеры 4.The claimed technical result is achieved in all embodiments of the discharge chamber 4.

Внутри бака 1 влажность воздуха достигает до 90-95%, высокая влажность воздуха в баке является критичным параметром работы прибора.Inside the tank 1, the air humidity reaches up to 90-95%, high humidity in the tank is a critical parameter of the device.

Вода в процессе работы прибора многократно проходит через циркуляционный контур насос - эжектор 3, насыщаясь активными частицами влажного воздуха, обработанного плазмой.Water in the process of operation of the device repeatedly passes through the circulation circuit of the pump - ejector 3, saturated with active particles of moist air treated with plasma.

Вода активируется в устройстве в течение нескольких минут и в дальнейшем может быть использована в качестве дезинфицирующего средства.Water is activated in the device for several minutes and can later be used as a disinfectant.

Одним из способов значительного повышения дезинфицирующих свойств полученного раствора, является его повторная обработка плазменным разрядом непосредственно на выходе из прибора во второй разрядной камере 6. Активированная вода испаряется с помощью ультразвукового увлажнителя или подается в распылительную форсунку 5. Полученный холодный туман или мелкодисперсные капли воды попадают в разрядную камеру 6 аналогичную Фиг. 2-4, расположенную непосредственно на выходе из реактора и повторно обрабатываются холодной плазмой.One of the ways to significantly increase the disinfecting properties of the resulting solution is to re-treat it with a plasma discharge directly at the outlet of the device in the second discharge chamber 6. Activated water is evaporated using an ultrasonic humidifier or fed to a spray nozzle 5. The resulting cold mist or fine droplets of water fall into discharge chamber 6 similar to FIG. 2-4, located directly at the outlet of the reactor and re-processed with cold plasma.

Детальное объяснение плазмохимических процессов превращения воды в дезинфицирующий агент приведено далее.A detailed explanation of the plasma-chemical processes of the conversion of water into a disinfecting agent is given below.

Импульсное напряжение, подаваемое на электроды, разделенные диэлектрическим барьером, формирует электронную лавину с образованием большого числа разрядных каналов (стримеров). Свободные накапливаются на поверхности диэлектрика и индуцируют поле, направленное против поля от электродов и через некоторое время, останавливают лавину. Затем после смены полярности напряжения на электродах накопленный заряд снова индуцирует лавину и процесс образования лавин повторяется. В результате, барьерный диэлектрический разряд представляет собой множество микростримеров, заполняющих весь разрядный промежуток.The pulse voltage applied to the electrodes separated by a dielectric barrier forms an electron avalanche with the formation of a large number of discharge channels (streamers). Free accumulate on the surface of the dielectric and induce a field directed against the field from the electrodes and, after some time, stop the avalanche. Then, after changing the polarity of the voltage across the electrodes, the accumulated charge again induces an avalanche and the process of formation of avalanches is repeated. As a result, the barrier dielectric discharge is a set of microstrimers filling the entire discharge gap.

Свободные электроны лавин имеют энергию около 1-8 эВ и в воздухе инициируют цепь химических реакций, в результате которой образуются активные формы азота и кислородаThe free electrons of avalanches have an energy of about 1-8 eV and initiate a chain of chemical reactions in the air, resulting in the formation of active forms of nitrogen and oxygen

N2+e→2N+eN 2 + e → 2N + e

O2+e→2O+eO 2 + e → 2O + e

O+O2+M→O3+eO + O 2 + M → O 3 + e

N+O2→NO+ON + O 2 → NO + O

NO+О3→NO2NO + O 3 → NO 2 + O

NO2+N→N2O+ONO 2 + N → N 2 O + O

Также было показано появление в плазменном разряде супероксида O2 -, механизм образования плазмы в котором пока полностью не изучен [Julie Chauvin, Florian Mohammed Yousfi, Patricia Vicendo & Nofel Merbahi, Analysis of reactive oxygen and nitrogen species generated in three liquid media by low temperature helium plasma jet, Scientific Reports | 7: 4562 | DOI:10.1038/s41598-017-04650-4].The appearance of O 2 - superoxide in a plasma discharge, the mechanism of plasma formation in which has not yet been fully studied, was also shown [Julie Chauvin, Florian Mohammed Yousfi, Patricia Vicendo & Nofel Merbahi, Analysis of reactive oxygen and nitrogen species generated in three liquid media by low temperature helium plasma jet, Scientific Reports | 7: 4562 | DOI: 10.1038 / s41598-017-04650-4].

Хорошо известны бактерицидное действие барьерного диэлектрического разряда, которое, по-видимому, связано с индицированием оксидного стресса у бактерий и эукариотических клеток [David В. Graves, Mechanisms of Plasma Therapeutics, GEC-68/ICRP-9/SPP-33]. Особую роль при взаимодействии плазмы с биологическими объектами играют оксиды азота, накопление которых защищает эукариотические клетки от реактивных форм кислорода и усиливает их эффект на прокариоты [Wink, D.A. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicityfromreactiveoxygenspecies / D.A. Winkj I. Hanbauer, M.C. Krishnaetal. // ProcNatlAcadSciUSA. - 1993. - Vol. 90. - P. 9813-9817].The bactericidal action of the barrier dielectric discharge, which is apparently associated with the indication of oxide stress in bacteria and eukaryotic cells, is well known [David B. Graves, Mechanisms of Plasma Therapeutics, GEC-68 / ICRP-9 / SPP-33]. A special role in the interaction of plasma with biological objects is played by nitrogen oxides, the accumulation of which protects eukaryotic cells from reactive oxygen species and enhances their effect on prokaryotes [Wink, D.A. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicityfromreactiveoxygenspecies / D.A. Winkj I. Hanbauer, M.C. Krishnaetal. // ProcNatlAcadSciUSA. - 1993. - Vol. 90. - P. 9813-9817].

В присутствии паров воды в плазменном разряде происходит синтез небольшого количества азотной кислотыIn the presence of water vapor in a plasma discharge, a small amount of nitric acid is synthesized

NO2+O3→NO3+O2 NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2

NO2+NO→N2O3 NO 2 + NO → N 2 O 3

NO2+NO3+M→N2O5+MNO 2 + NO 3 + M → N 2 O 5 + M

N2O5+H2O→2HNO3 N 2 O 5 + H 2 O → 2HNO 3

N2O3+H2O→2HNO2 N 2 O 3 + H 2 O → 2HNO 2

Вышеперечисленные реакции возможны только в присутствии воздуха, поэтому в плазменных реакторах прямого действия синтез идет только в небольшом объеме непосредственно у поверхности воды.The above reactions are possible only in the presence of air, therefore, in direct-acting plasma reactors, synthesis takes place only in a small volume directly at the surface of the water.

Известно также, что при взаимодействии холодной плазмы с водой идет активное образование перекиси водорода [Iulia-Elena Vlad Time stability of water activated by different on-liquid atmospheric pressure plasmas / Iulia-Elena Vlad, Sorin Dan Anghel // Journal of Electrostatics 87 (2017) 284-292 | https://doi.org/10.1016/j.elstat.2017.06.002].It is also known that the interaction of cold plasma with water leads to the active formation of hydrogen peroxide [Iulia-Elena Vlad Time stability of water activated by different on-liquid atmospheric pressure plasmas / Iulia-Elena Vlad, Sorin Dan Anghel // Journal of Electrostatics 87 (2017 ) 284-292 | https://doi.org/10.1016/j.elstat.2017.06.06.002].

Наиболее химически реактивными частицами, возникающими в газовом разряде в парах воды, являются ОН радикалы.The most chemically reactive particles that occur in a gas discharge in water vapor are OH radicals.

OH радикалы ускоряют образование оксида азотаOH radicals accelerate the formation of nitric oxide

N+OH→NO+HN + OH → NO + H

N2++O2→N2O+ON 2+ + O 2 → N 2 O + O

А также участвуют в формировании анион NO2 - And also participate in the formation of anion NO 2 -

HO2 -+NO2 →NO2 +HO2 HO 2 - + NO 2 → NO 2 + HO 2

Таким образом, холодная плазма в воздушной среде с присутствием паров воздуха и воды делает возможным одновременно появление молекул.Thus, cold plasma in an air environment with the presence of air and water vapors makes possible the simultaneous appearance of molecules.

NO2, NO2 -, HNO2, H+, H2O, H2O2, OH, NO, O2 - NO 2 , NO 2 - , HNO 2 , H + , H 2 O, H 2 O 2 , OH, NO, O 2 -

Данные молекулы являются ключевыми элементами, необходимыми для синтеза комплекса перексинитрита ONOO- и переуксусной кислоты ONOOH.These molecules are key elements necessary for the synthesis of a complex of ONOO - peroxynitrite and ONOOH peracetic acid.

HNO2+H2O2→ONOOH+H2OHNO 2 + H 2 O 2 → ONOOH + H 2 O

NO2 -+H2O2→ONOO-+H2ONO 2 - + H 2 O 2 → ONOO - + H 2 O

NO+O2 -→ONOO- NO + O 2 - → ONOO -

NO+O2 -→ONOO- NO + O 2 - → ONOO -

OH+NO2↔ONOOHOH + NO 2 ↔ONOOH

ONOO-+H+↔ONOOHONOO - + H + ↔ONOOH

ONOO-/ONOOH являются сильнейшими окислителями и мощным биологическим агентом, способным проникать внутрь и уничтожать микроорганизмы. [Maria SS1, Lee J, Groves JT, Peroxynitrite rapidly permeates phospholipid membrane, Proc Natl Acad Sci USA. 1997 Dec 23; 94(26):14243-8]. Время жизни переуксусной кислоты составляет многократно выше свободных радикалов OH ~10-7-10-9 с и таким образом комплекс ONOO-/ONOOH, поэтому в представленном изобретении именно азотные соединения ONOO-/ONOOH, NO, NO2 играют ключевую роль в эффекте стерилизации.ONOO - / ONOOH are powerful oxidizing agents and a powerful biological agent that can penetrate and destroy microorganisms. [Maria SS1, Lee J, Groves JT, Peroxynitrite rapidly permeates phospholipid membrane, Proc Natl Acad Sci USA. 1997 Dec 23; 94 (26): 14243-8]. The lifetime of peracetic acid is many times higher than free radicals OH ~ 10 -7 -10 -9 s and thus the complex ONOO- / ONOOH, therefore, in the present invention, it is the nitrogen compounds ONOO- / ONOOH, NO, NO2 that play a key role in the sterilization effect.

Таким образом, возникновение долгоживущих азотистых окислителей, необходимых для дезинфицирующего эффекта, происходит благодаря появлению в холодной плазме ОН радикалов. Возникновение большого числа ОН радикалов - ключевой фактор в эффективности представленного изобретения, поэтому рассмотрим его детально. Тем не менее сами ОН радикалы не играют существенной роли в стерилизации из-за короткого времени жизни.Thus, the emergence of long-lived nitrogenous oxidizing agents necessary for the disinfecting effect occurs due to the appearance of OH radicals in a cold plasma. The occurrence of a large number of OH radicals is a key factor in the effectiveness of the present invention, so we will consider it in detail. Nevertheless, OH radicals themselves do not play a significant role in sterilization due to their short lifetime.

Описаны два пути возникновения ОН радикаловTwo ways of the appearance of OH radicals are described.

Реакция диссоциативного прилипания:Dissociative adhesion reaction:

e+H2O→H+OHe + H 2 O → H + OH

Реакция воды с атомом кислорода 1D:The reaction of water with an oxygen atom 1 D:

O+e→O(1D)+eO + e → O ( 1 D) + e

O3+hν→O2+O(1D)O 3 + hν → O 2 + O ( 1 D)

O(1D)+H2O→OH+OHO ( 1 D) + H 2 O → OH + OH

Вышеперечисленные реакции требуют высоких энергий свободных электронов и имеют низкое сечение. В связи этим необходимо обеспечивать с одной стороны длительное время контакта паров воды с плазменным разрядом в воздушной среде, а с другой стороны необходимо поддерживать высокое напряженность электрического поля для ускорения свободных электронов плазмы до нужных энергий. Трудность, однако, состоит в том, что присутствие воды значительно снижает энергию свободных электронов за счет неупругих столкновений.The above reactions require high energies of free electrons and have a low cross section. In this regard, it is necessary to ensure, on the one hand, a long contact time of water vapor with a plasma discharge in air, and on the other hand, it is necessary to maintain a high electric field strength to accelerate free plasma electrons to the required energies. The difficulty, however, is that the presence of water significantly reduces the energy of free electrons due to inelastic collisions.

В представленном изобретении проблема решается следующими образом:In the present invention, the problem is solved as follows:

1. В разрядную камеру подается не сама вода, а влажный воздух. Таким образом, обеспечивается относительно низкое содержание паров воды, что препятствует потерям энергии электронов.1. It is not water itself that is fed into the discharge chamber, but moist air. Thus, a relatively low water vapor content is provided, which prevents electron energy losses.

2. Использование барьерного разряда, при котором достигаются высокая напряженность электромагнитного поля и как следствие высокая энергия свободных электронов.2. The use of a barrier discharge, in which a high electromagnetic field is achieved and, as a result, a high energy of free electrons.

3. Высокое содержание молекул озона в барьерном разряде для фотолиза с образованием возбужденного монокислорода O(1D).3. The high content of ozone molecules in the barrier discharge for photolysis with the formation of excited mono-oxygen O ( 1 D).

4. Многократная, до 30-60 раз в минуту, активация воды обработанным плазмой влажным воздухом в циркуляционном контуре.4. Repeated, up to 30-60 times per minute, activation of water by plasma-treated moist air in the circulation circuit.

5. Дополнительная обработка воды в виде тумана или мелкодисперсных капель плазмой непосредственно на выходе из бака перед обработкой5. Additional water treatment in the form of fog or fine droplets with plasma directly at the outlet of the tank before treatment

Как уже было сказано, при обработке воды холодной плазмой происходит синтез перекиси водорода, которой требуются значительно меньшие энергии электронов для диссоциации. Поэтому при обработке полученного раствора непосредственно на выходе из реактора происходит значительное усиление дезинфицирующих свойств раствора за счет разложения перекиси на OH радикалы.As already mentioned, during the treatment of water with cold plasma, hydrogen peroxide is synthesized, which requires significantly lower electron energies for dissociation. Therefore, when processing the resulting solution directly at the outlet of the reactor, a significant increase in the disinfecting properties of the solution occurs due to the decomposition of peroxide into OH radicals.

Добавление небольшого количества перекиси водорода (~0,3-0,5%) в исходный раствор повышает эффективность прибора.The addition of a small amount of hydrogen peroxide (~ 0.3-0.5%) in the initial solution increases the efficiency of the device.

Таким образом, существенные отличия заявленного изобретения состоят в том, чтоThus, the essential differences of the claimed invention are that

a. активными частицами являются долгоживущие радикалы азота и кислорода, а не ОН радикалы;a. active particles are long-lived radicals of nitrogen and oxygen, and not OH radicals;

b. основную роль играют именно пары воды, а перекись водорода лишь сопутствующий и необязательный элемент для усиления эффекта.b. it is water vapors that play the main role, and hydrogen peroxide is only an accompanying and optional element to enhance the effect.

Использование именно барьерного разряда для активации паров является наиболее безопасным, так как работает без открытых электродов, наиболее высокую плотность свободных электронов. Кроме этого большое количества озона барьерного разряда при взаимодействии с водой и ускоряет образование активных частиц азота и кислорода.Using a barrier discharge to activate vapors is the safest, since it works without open electrodes, the highest density of free electrons. In addition, a large amount of ozone barrier discharge when interacting with water and accelerates the formation of active particles of nitrogen and oxygen.

Claims (1)

Устройство для дезинфекции, включающее бак с рабочим раствором, насос с подключенным к нему эжектором, соединенным с разрядной камерой, отличающееся тем, что насос с эжектором образуют циркуляционный контур для многократной активации рабочего раствора влажным воздухом, обработанным плазмой, а разрядная камера представляет собой камеру с коаксиальными проводящими цилиндрами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделенными барьером из диэлектрика, либо с параллельными трубками из диэлектрика, внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с параллельными проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенными слоем диэлектрика, либо с трубкой из диэлектрика, снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с двумя электродами, подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенными внутрь диэлектрической оболочки.A device for disinfection, including a tank with a working solution, a pump with an ejector connected to it, connected to a discharge chamber, characterized in that the pump with an ejector forms a circulation circuit for repeatedly activating the working solution with moist plasma-treated air, and the discharge chamber is a chamber with coaxial conductive cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage and separated by a barrier of dielectric, or with parallel tubes of dielectric inside There are conductive rods connected to a high-voltage source of alternating voltage, either with parallel conductive plates connected to a high-voltage source of alternating voltage, separated by a dielectric layer, or with a tube of dielectric, on the outside of which there is a conducting cylinder, and inside there is a conducting spiral connected to a high-voltage source alternating voltage, or with two electrodes connected to a high-voltage alternating source, placed inside the dielectric span of.
RU2019107183A 2019-03-14 2019-03-14 Disinfection device RU2709032C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107183A RU2709032C1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Disinfection device
PCT/RU2019/000260 WO2020185112A1 (en) 2019-03-14 2019-04-18 Disinfection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107183A RU2709032C1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Disinfection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709032C1 true RU2709032C1 (en) 2019-12-13

Family

ID=69006952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107183A RU2709032C1 (en) 2019-03-14 2019-03-14 Disinfection device

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2709032C1 (en)
WO (1) WO2020185112A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740502C1 (en) * 2020-06-19 2021-01-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" Method for producing plasma-activated sterile liquids
RU2746976C1 (en) * 2020-11-06 2021-04-22 Сергей Васильевич Петров Device for disinfection and method for its implementation
RU2748931C1 (en) * 2021-04-05 2021-06-01 Общество С Ограниченной Отвественностью «Эдвансд Пропалшн Системс» Device for disinfection of hands, surfaces of objects and air
RU204654U1 (en) * 2021-03-05 2021-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) Plasma generator of volume barrier discharge
RU210318U1 (en) * 2020-10-26 2022-04-06 Григорий Алексеевич Кудряшов INSTALLATION FOR ROOM DISINFECTION

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060127271A1 (en) * 2001-05-07 2006-06-15 Regents Of The University Of Minnesota Non-thermal disinfection of biological fluids using non-thermal plasma
WO2008057950A2 (en) * 2006-11-01 2008-05-15 Stryker Corporation System and method for sterilizing a device with plasma-generated active species, the active species partially formed from a liquid-state additive
RU2326812C1 (en) * 2006-11-24 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессиональого образования Вятский государственный университет (ВятГУ) Ozoniser pipe
RU2677323C1 (en) * 2018-02-26 2019-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" Plasma air activator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060127271A1 (en) * 2001-05-07 2006-06-15 Regents Of The University Of Minnesota Non-thermal disinfection of biological fluids using non-thermal plasma
WO2008057950A2 (en) * 2006-11-01 2008-05-15 Stryker Corporation System and method for sterilizing a device with plasma-generated active species, the active species partially formed from a liquid-state additive
RU2326812C1 (en) * 2006-11-24 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессиональого образования Вятский государственный университет (ВятГУ) Ozoniser pipe
RU2677323C1 (en) * 2018-02-26 2019-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" Plasma air activator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740502C1 (en) * 2020-06-19 2021-01-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" Method for producing plasma-activated sterile liquids
RU210318U1 (en) * 2020-10-26 2022-04-06 Григорий Алексеевич Кудряшов INSTALLATION FOR ROOM DISINFECTION
RU2746976C1 (en) * 2020-11-06 2021-04-22 Сергей Васильевич Петров Device for disinfection and method for its implementation
RU204654U1 (en) * 2021-03-05 2021-06-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) Plasma generator of volume barrier discharge
RU2748931C1 (en) * 2021-04-05 2021-06-01 Общество С Ограниченной Отвественностью «Эдвансд Пропалшн Системс» Device for disinfection of hands, surfaces of objects and air

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020185112A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2709032C1 (en) Disinfection device
KR101848311B1 (en) Spraying Type Sterilization Apparatus And Method Using Complex Disinfectant Fluids and Plasma Jet
JP4408957B2 (en) Sterilization method and apparatus
RU2540427C2 (en) Perfected device and method of air cleaning
US10449263B2 (en) Devices for disinfection, deodorization, and/or sterilization of objects
US8968576B2 (en) Nebulizing treatment method
KR20120130768A (en) Method and apparatus for applying plasma particles to a liquid and use for disinfecting water
KR101579349B1 (en) Water treatment apparatus using plasma-membrane and method using the same
JP2014167913A (en) System and method for treatment of biofilm
Morent et al. Inactivation of bacteria by non-thermal plasmas
JP2014151206A (en) Homogenous plasma chemical reaction device
US9849323B2 (en) Decontamination and sterilization device with flexible enclosing cover using plasma and reactive gas
KR20170094984A (en) Spraying Type Sterilization Apparatus And Method By Complex Disinfectant Fluids
US20150139853A1 (en) Method and apparatus for transforming a liquid stream into plasma and eliminating pathogens therein
JP6344948B2 (en) Sterilization component removal device, sterilization device, sterilization environment maintenance system, and sterilization component removal method
CN108260269A (en) Low temperature plasma generating device and gas handling system
JP2003080058A (en) Method for producing reactive gas and producing apparatus therefor
Morgan Atmospheric pressure dielectric barrier discharge chemical and biological applications
JP2023523809A (en) Sterilizer that generates plasma and hydroxyl radicals
JP2005218890A (en) Radical processing system
Becker et al. Microplasmas: environmental and biological applications
El Shaer et al. Low-Cost Dielectric Barrier Discharge Plasma Hand Sanitizer Using Air and Tap Water Enriched by Hydrogen Peroxide
KR20220148565A (en) Apparatus for Preparing NOx-Containing Water Using Underwater Plasma Generation and Preparing Method thereof
Zvereva Using vacuum ultraviolet radiation to obtain highly reactive radicals
RU2709217C1 (en) Method of producing disinfectant solution and device for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210315