WO2022146186A1 - Method and device for the super high frequency plasma activation of water for hydrogen peroxide synthesis - Google Patents

Method and device for the super high frequency plasma activation of water for hydrogen peroxide synthesis Download PDF

Info

Publication number
WO2022146186A1
WO2022146186A1 PCT/RU2021/000594 RU2021000594W WO2022146186A1 WO 2022146186 A1 WO2022146186 A1 WO 2022146186A1 RU 2021000594 W RU2021000594 W RU 2021000594W WO 2022146186 A1 WO2022146186 A1 WO 2022146186A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
plasma
steam
sealed chamber
torch
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000594
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Константин Фёдорович СЕРГЕЙЧЕВ
Валерий Борисович ХАВАЕВ
Наталия Александровна ЛУКИНА
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис"
Publication of WO2022146186A1 publication Critical patent/WO2022146186A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • 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
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461Microwave discharges
    • H05H1/4622Microwave discharges using waveguides

Definitions

  • the invention relates to electrophysical methods for producing chemically pure hydrogen peroxide (hereinafter referred to as PV, chemical formula H2O2) in the form of an aqueous solution, as a result of direct exposure of water to electrodeless microwave discharge plasma in an inert gas environment and water vapor at atmospheric pressure and can be used in healthcare , medicine, food industry, crop production and other fields of technology where reactive oxygen species (hereinafter referred to as ROS) are used that are safely stored in an aqueous solution.
  • PV chemically pure hydrogen peroxide
  • ROS reactive oxygen species
  • a known method for producing active water or a solution using a physical effect on water characterized in that the role of a physical factor using ultraviolet (UV) radiation generated by gas-discharge sources in quartz shells with a power flux density incident on the water surface> 0.4 W/ cm 2 (Patent RU 2 151 742 C1). UV radiation forms OH* radicals in water, precursors to the formation of H2O2. UV radiation was created, for example, by a mercury arc lamp (ARL). The UV cutoff of this quartz-clad lamp is 170 nm, which provides an output of the 185 nm mercury line with an energy of ⁇ 6.7 eV.
  • UV radiation was created, for example, by a mercury arc lamp (ARL).
  • the UV cutoff of this quartz-clad lamp is 170 nm, which provides an output of the 185 nm mercury line with an energy of ⁇ 6.7 eV.
  • VUV vacuum part of the UV spectrum
  • photon energies of 10-15 eV which does not exit through the quartz shell of the lamps.
  • Such VUV sources can be implemented in open space near the surface of the activated water.
  • a known method of plasma activation of water or aqueous solutions developed at the Institute of General Physics. A.M. Prokhorov RAS [1], [2], which is carried out as follows: in the volume of an aqueous electrolyte solution (for example, saline) form an electrode plasma discharge with high-frequency pumping.
  • Plasma discharge electrodes are a "hot" metal electrode immersed in a liquid and a liquid quasi-electrode at the plasma-electrolyte interface. Formation of liquid quasi-electrode around the surface of the metal electrode leads to the formation of a uniform thickness ( ⁇ 1.5-1 O' 4 m) plasma layer of water vapor with a constant current density.
  • Plasma is excited by high-frequency current with a pulse repetition rate of 110 kHz at an amplitude value of the voltage on the metal electrode up to 300 V.
  • a second metal electrode of a larger area is used to close the electrical circuit.
  • the short circuit of the current between the electrodes inside the liquid is carried out if the water contains dissolved salts, i.e. is an electrolyte.
  • the interaction of free hot electrons (e) of water vapor plasma with water molecules leads to their dissociation with the formation of ions and radicals (H- and H*) and OH* hydroxyl radicals, which, as a result of plasma-chemical reactions, lead to the formation of hydrogen and hydrogen peroxide H2O2.
  • H2O2 The synthesis of H2O2 is a consequence of charge transfer phenomena in water, including sputtering, electric field-induced emission of hydrated ions, and evaporation.
  • the H2O2 productivity reaches ⁇ 1200 ⁇ mol/h when the liquid cathode is purified water or an aqueous solution of NaCl with an initial conductivity of 10500 ⁇ S.
  • the advantage of this activation method is that distilled water can be used to obtain pure HP, which does not have electrical conductivity, as it is a dielectric.
  • the device is a microwave plasma torch, consisting of a magnetron, its power source, a waveguide system, a gas supply system: argon used as a plasma-forming gas, nitrogen used as a gas that stabilizes the combustion of the torch, and, finally, the coaxial "torch" of the plasma torch itself , which forms a directed jet of argon plasma in the open atmosphere.
  • the plasma jet touches surface of the treated water (aqueous solution) and can be partially immersed in it.
  • the power of a torch microwave plasma torch can be 1 kW or more.
  • the dense core of the plasma jet has a diameter of 0.2–0.3 cm and a jet length of ⁇ 3 cm for a microwave frequency of 2.45 GHz.
  • the temperature of the gas in the plasma reaches (4-g-5)x10 3 0 C, and the electron temperature is ⁇ 1.5 eV.
  • the high rate of argon outflow from a narrow nozzle 1.5 mm in diameter at the end of the inner conductor of the coaxial “burner” does not allow the torch discharge, the front of which moves along the argon jet towards the flow, to reach the nozzle, due to which the nozzle is not heated by the plasma, which allows this type of torch discharge is considered electrodeless.
  • the absence of nozzle material lines in the optical emission spectrum of the plasma characterizes the absence of plasma contamination by the nozzle material.
  • the burner To isolate the working part of the plasma torch (hereinafter referred to as the burner) from the air, it is placed through a seal into a sealed stainless steel chamber, in which the operation of the plasma torch on an outflowing argon jet is stabilized by molecular gases, such as nitrogen, which is additionally introduced into the plasma torch.
  • molecular gases such as nitrogen
  • the mentioned method and device (Patent RU No. 2702594), despite their inherent advantages, have the following disadvantages.
  • an arc discharge can occur between the nozzle and the wall of the coaxial screen of the plasma torch, and not the expected ionization of the argon jet with the formation of a torch.
  • the plasma torch can burn out.
  • Molecular gas is needed as a gas insulator around the plasma torch nozzle, acting as a stabilizing combustion factor to protect the plasma torch from breakdown, turning into an arc discharge.
  • nitrogen is required, which in a high-temperature argon jet, when interacting with water and steam, forms nitrogen oxides that dissolve in water in the form of nitrites and nitrates (NO X ) simultaneously with the formation of HP.
  • the resulting activated water containing PS and nitrogen oxides is used in crop production as a complex growth regulator due to its stimulating effect on plant growth and seed germination, synergism of PS and NOX oxides .
  • pure solutions of HP are used in hyperoxygenation therapy of cancer in the form of injections [4].
  • the main objective of the proposed method and device for microwave plasma activation of water or aqueous solutions for the synthesis of hydrogen peroxide is to obtain a pure solution of HP in a water-steam atmosphere using an inert gas (argon) plasma, excluding the appearance of nitrogen oxides or other impurities in the solution, as well as eliminating losses from the activated steam reactor.
  • argon inert gas
  • the technical result of the claimed group of inventions is an increase in the degree of purity of an aqueous solution of HP by eliminating impurities of nitrates, and increasing the reliability of the device by stabilizing its operation with a steam flow instead of nitrogen, and, thereby, eliminating its failure.
  • an increase in the efficiency and productivity of the device is achieved by completely eliminating losses from the activated steam reactor, as well as expanding the scope of the obtained PS, since the absence of nitrogen oxides and other impurities in it will allow the use of the PS solution not only in agriculture, but also in other areas - biology and medicine.
  • the technical result is achieved by the fact that in the known method of microwave - plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide, based on the continuous generation of plasma by an electrodeless torch discharge, which is created by a microwave plasma torch generating in a vapor-gas medium a directed jet of low-temperature inert gas plasma acting on the treated water and water steam resulting from the evaporation of the surface layer of water in a sealed chamber under the influence of a gas-plasma jet creates an additional flow of water vapor, which is fed into the microwave plasma torch to a coaxially directed flow of inert gas plasma, in the process of plasma activation of water, steam is condensed, and the resulting condensate is sent to a sealed treated water chamber.
  • Helium or argon is preferably used as the inert gas.
  • a directed jet of low-temperature plasma is brought to the surface of water or an aqueous solution or partially immersed in it.
  • the flow of water vapor is passed through the plasma torch through the coaxial channel of the plasma torch, formed by a quartz or ceramic insulator tube.
  • the vapor condensation is preferably carried out in a condenser mounted vertically above a sealed chamber, with the resulting condensate being returned to the plasma-activated aqueous solution chamber.
  • the technical result is also achieved by the fact that in the known device for microwave plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide, containing a microwave plasma torch, including a magnetron, a rectangular waveguide and a coaxial waveguide containing a central conductor, and the working part of the microwave plasma torch is placed in a sealed chamber with treated water, and a compressed gas cylinder connected to the central conductor, a steam generator connected to the coaxial waveguide of the plasma torch, and a capacitor connected to the sealed chamber are additionally introduced.
  • the pipeline connecting the steam generator with the plasma torch is preferably provided with thermal insulation.
  • the central conductor of the coaxial waveguide can be made in the form of a copper tube containing a nozzle for forming a directed jet of plasma gas.
  • the coaxial waveguide is hermetically isolated from the rectangular waveguide with a radio-transparent quartz insulator tube.
  • the condenser may have a shell-and-tube design, provided in the upper part with a valve for the release of inert gas into the atmosphere.
  • the sealed chamber contains an adjustable drain valve.
  • the device may further comprise a circulator with an absorbing load.
  • an automatic control system configured to control the steam supply rate, the microwave power level of the discharge, and the treated water withdrawal rate to ensure a constant water level in the reactor.
  • the sealed chamber can be equipped with a water level sensor.
  • the sealed chamber and condenser contain water cooling circuits.
  • the sealed chamber may further comprise a container for treated water.
  • the specified set of distinctive essential features of the proposed method and device provides reliable and stable operation of the microwave plasma torch due to the use of water vapor supplied to the plasma torch instead of nitrogen in connection with the following.
  • the use of molecular gases of the chemical elements that make up water: oxygen or hydrogen for the same purpose is unsafe due to the problems generated by their chemical activity.
  • argon plasma in an oxygen environment can provoke chemical combustion of the plasma torch nozzle, the transition of the torch discharge mode to an arc discharge with damage to all important parts of the plasma torch: the nozzle, the insulating quartz tube and the coaxial waveguide, which will lead to the complete failure of the plasma torch.
  • Ignition of a discharge in a hydrogen atmosphere is explosive due to the possible presence of oxygen or air residues in the reactor chamber at the start.
  • the most preferable option for solving the problem of torch discharge combustion stabilization is the use of water vapor, which is a product of combustion, but is safe at atmospheric pressure in combination with argon plasma.
  • water vapor which is a product of combustion, but is safe at atmospheric pressure in combination with argon plasma.
  • only water, water vapor and an inert gas, such as argon are involved in the reactions.
  • the introduction of a steam generator makes it possible to additionally implement two functions, one of which is the preparation of steam to stabilize the burning of the torch, and the other is the continuous replenishment of the sealed chamber with water to maintain its level by condensing the steam and returning it from the condenser to the chamber.
  • the water treatment process was not in-line (continuous), in which the chamber was filled with a given amount of water, which decreased during treatment due to water loss along with steam leaving with argon.
  • FIG. 1 schematically shows the design of the proposed device
  • FIG. 2 shows a top view of the design of the proposed device
  • the device for non-contact plasma activation of water or aqueous solutions contains a microwave plasma torch 1, including a magnetron generator 2, rectangular 3 and coaxial 4 waveguides.
  • the internal volume of the coaxial waveguide 4 is hermetically sealed from the volume of the rectangular waveguide 3 by a quartz insulator tube 5 mounted on Viton sealing rings 6.
  • the central conductor 7 of the coaxial waveguide 4 is a copper tube for supplying a plasma-forming inert gas, for example, argon or helium, coming from a cylinder 8 with compressed gas through a reducer 9.
  • the central conductor 7 ends with a nozzle 10 with a hole, for example, 1.5 mm in diameter to form a directed jet of inert gas, in which, as a result of ionization under the action of a microwave field, a plasma jet 11 is formed.
  • the plasma torch 1 is placed through a gland seal 12 made of Viton into a hermetic chamber 13 made of stainless steel with double walls 14 forming a water cooling circuit of the chamber filled with treated water or an aqueous solution.
  • the sealed chamber can be equipped with an additional container (not shown in the drawing) in which the treated water can be placed.
  • the pressure in the chamber 13 is maintained above atmospheric p>1 atm, while argon and part of the water vapor from the sealed chamber 13 exit through the outlet pipe 15, to which the condenser 16 is connected from above, having a shell-and-tube design, and the water cooling circuit 17. Steam, condenses in the hollow tubes of the condenser 16, the condensate flows into the chamber 13, and the plasma-forming gas through the valve 18 (figure 1) goes into the atmosphere, or can be used in the further operation of the device.
  • the protection of the magnetron 2 from the reflected wave when the plasma flame from the nozzle 10 is extinguished is provided by the circulator 20 with an absorbing load 21, which removes the energy of the reflected wave through the waveguide branch 22 to the load 21, which has its own water cooling circuit (not shown in the drawings).
  • Sealed chamber 13 is filled with treated water (water solution) to a predetermined operating level, which is maintained unchanged, for example, using an automatic control system (hereinafter referred to as ACS) during the entire time of water treatment with a plasma torch.
  • ACS maintains optimal conditions for water treatment (or aqueous solution) in the area of contact between the plasma torch and the water surface.
  • the ACS is connected to a liquid level sensor 23 installed in the chamber 13.
  • the level sensor 23 can be made in various versions.
  • it can be a float with a reed switch (hermetic contact) with a normally closed/open contact that operates near a magnet fixed on the wall of the chamber 13.
  • optically transparent windows 24 can be made in the chamber 13, through which it is also possible to monitor the characteristics plasma torch 11 according to optical emission and absorption spectra recorded using a spectrometer 25.
  • the microwave plasma torch To stabilize the operation of the microwave plasma torch with steam, it is fed into the plasma torch from the steam generator 26 through the pipeline 28 and the valve 27, creating a coaxial flow of water vapor around the nozzle and the burning plasma torch 11.
  • a thermal insulation layer (not shown in the drawings) is provided, due to which they are heated to an equilibrium temperature by the flow of the steam itself.
  • the volume of water in the chamber 13 When the discharge is stabilized by steam, the volume of water in the chamber 13 will increase due to water from the condensed steam, which can lead to excessive flooding of the plasma torch 11 and the termination of the stable operation of the plasma torch. Therefore, it is necessary to continuously maintain a balance between the supply of water with steam and the withdrawal of treated water through an adjustable drain valve 29.
  • the ACS is connected to the system gas supply, represented by a cylinder of compressed gas 8 and a reducer 9, a steam generator 26, a water supply system (not shown in the drawings), a high-voltage magnetron power supply (not shown in the drawings), with a water level sensor 23 and an adjustable drain valve 29 for sampling water from sealed chamber 13.
  • the signal from the sensor 23 is sent to the automatic control system to control the rate of water withdrawal or limit the supply of steam.
  • the sensor 23 sends a signal to the automatic control system, which accordingly sends a control signal to reduce the rate of water withdrawal or increase the steam flow in accordance with the specified algorithm.
  • the function of controlling the selection of water or regulating the supply of steam is implemented using an adjustable valve 27 and an adjustable drain cock 29, controlled by ACS.
  • the condenser 16 has a shell-and-tube design and is a heat exchanger used to condense steam on the inner surface of thin stainless steel tubes, combined into a cassette enclosed inside the casing tube.
  • the outer surface of the tubes of the condenser 16 is cooled by water inside the casing coming from the water cooling circuit 17.
  • the total surface of the tubes is designed for complete condensation of the steam entering the refrigerator even at maximum steam generation modes. Steam does not reach the valve 18 of the condenser 16, turning into condensate on the way to it, which flows into the chamber 13 through the pipe 15. its contact with the torch plasma heated to 4000 K.
  • the ratio of the intensity of steam generation by both sources can be controlled by changing the power of the external steam generator and varying the degree of contact between the flame plasma and water.
  • a change in the level of the microwave power of the discharge entails a change in the steam supply rate to stabilize the discharge and the rate of water withdrawal, according to a given algorithm, according to which the ACS operates, which controls the operation of the units and blocks of the device.
  • the power of the magnetron of the torch microwave plasma torch can be 700-6000 W.
  • a torch microwave plasma torch 1 with capacitive coupling is used, which generates a jet of low-temperature plasma in a vapor-gas medium at atmospheric pressure, directed from above way down.
  • the plasma column of the torch is formed in the jet of inert gas flowing out of the nozzle 10 as a result of its ionization.
  • the microwave field of the surface electromagnetic wave is self-supported by the boundaries of the plasma column.
  • the transverse dimensions of the plasma column are determined by the gas-dynamic characteristics of the nozzle.
  • the length of the conductive plasma column is determined by the optimal length for an asymmetric radiating dipole antenna, equal to a quarter of the microwave wavelength in a vacuum.
  • the high speed of gas outflow from the narrow nozzle 10 does not allow the torch discharge 11, the front of which moves in the opposite direction towards the flow, to reach the nozzle, while the nozzle does not heat up, which allows this type of torch discharge to be considered electrodeless.
  • the gas-plasma jet squeezes out a pit in the form of a “meniscus” on the liquid surface and spreads to the sides and upwards symmetrically from the center of the meniscus along its surface in accordance with the laws of gas dynamics.
  • a microwave torch-type plasma torch at atmospheric pressure in optical emission spectroscopy (OES) as a source of compressed brightly luminous pure plasma [5] used for processing, excitation and analysis of gaseous media [6]. Due to its small volume, the flame ignites and burns stably in an environment of molecular vapors and gases at atmospheric pressure, even at relatively low microwave power ⁇ 900 W, which can be obtained from commercially available magnetrons, for example, household microwave ovens.
  • the self-compressed form of the plasma torch has a high specific density of absorbed microwave power ⁇ 10 4 W/cm3, comparable to the specific density in the DC arc.
  • the plasma torch is torn off from the nozzle, due to which the torch microwave discharge belongs to the category of electrodeless discharges.
  • the inventive device that implements the method of microwave - plasma activation of water works as follows.
  • the magnetron generator 2 which serves as a source of energy for the torch microwave plasma torch 1, operates in the continuous generation mode.
  • a wave of the lowest type TEU is excited in the rectangular waveguide 3, which then it is converted into a TEM wave of the coaxial waveguide 4.
  • the copper tube 7, which is the central conductor of the coaxial waveguide 4 and ends with a narrow nozzle 10, is supplied with plasma-forming gas (argon) from a compressed gas cylinder 8, the jet of which flows out of the nozzle 10 at a relatively high speed (flow rate argon is 3-5 liters per minute of a standard atmosphere), and as a result of ionization under the action of a microwave field, it turns into a plasma torch 11.
  • argon plasma-forming gas
  • the microwave power of the magnetron 2 is transmitted to the plasma torch 11 through the coaxial waveguide 4 due to the capacitive coupling between the nozzle 10 at the end of the central conductor 7 and plasma of the torch 11.
  • the plasma of the torch And is torn off from the nozzle 10 by the flow of the outflowing argon jet, the directed velocity of the outflow of which at the outlet of the nozzle is greater than the velocity of propagation of the ionization front moving in the torch towards the nozzle.
  • the sealed chamber 13 is filled with water to the operating level determined by the position of the sensor 23 relative to the plasma torch And, which can be partially immersed in the liquid.
  • the time of plasma exposure to the treated liquid is not limited.
  • a spectrometer 25 is used, for example, of the AvaSpec-3648-USB2 type (13) with a resolution of 0.3 nm.
  • Interaction with water of a low-temperature argon plasma with a temperature reaching 4000 K and containing a high concentration of metastablely excited Ar* atoms with an energy of 11.5-11.7 eV and a lifetime of >1.3 seconds is capable of activating chemical reactions in a double surface layer " water-steam" with the formation of a mixture of ions and radicals: H-, H ", OH” with their subsequent transformation into HP, as in the known method of contact plasma activation of water or aqueous solutions described above.
  • Example 1 A prototype device was tested according to the prototype with the stabilization of the plasma torch by a nitrogen flow.
  • a prototype of the proposed device was tested using the stabilization of the plasma torch with an additional source of steam.
  • a tank with a capacity of 12 liters filled with tap water with a volume of 6 liters was used as a steam generator.
  • the tank was heated by an induction electric stove with adjustable power from 0 to 1800 W.
  • a thermometer was installed on the steam outlet.
  • the phase of water heating from 20° to 98° at the electric stove power of 1800 W lasted about 30 minutes, and was completed at the 40th minute with the release of steam at 100° C.
  • the power of the heating plate was switched to 1000 W, at which the volume of water turning into steam was 0.33 l/h (9 l/min). After 1 - 3 minutes, when the mode of stable vaporization was established, the tap was opened, supplying steam to the plasma torch.
  • the reactor chamber was preliminarily filled with distilled water with a volume of 3.5 liters, the distance from the water surface to the nozzle was 2.5 cm. showed 100 ° C.
  • the plasma torch was prepared for work: the magnetron glow was turned on, in the nozzle was supplied with argon, the flow rate of which was -5.0 l/min. Then the high voltage source was turned on and a discharge occurred at a microwave generation power of 0.9 kW. Tests showed that the plasma jet burned stably, thanks to stabilization by the downward steam flow.
  • Treatment of distilled water with plasma was carried out for 3 hours. To maintain the water in the chamber at the set level during the treatment, water was periodically sampled in a volume of 60 ml.
  • the concentration of hydrogen peroxide in a volume of 3.5 l was 3.1 IO' 3 M (mol/liter).
  • the conductivity of the treated aqueous solution during testing of a prototype according to the claimed invention decreased by 34 times, which means a significant decrease in NOx in the solution of nitrogen oxides, i.e. up to 3% relative to the content of nitrogen oxides when the plasma torch is stabilized with nitrogen.
  • the claimed method and device can be widely used in various fields of technology, because hydrogen peroxide purified from impurities obtained as a result of their implementation can be used in health care, medicine, food industry, crop production, etc.
  • the claimed group of inventions provides the following advantages compared to the solutions known in the prior art: reliable operation of the microwave plasma torch, exclusion of various chemical reactions in combination with other chemical elements, except for hydrogen and oxygen, high efficiency due to the organization of a continuous cycle of water supply with steam and the selection of activated water (solution) from the installation without stopping the process of microwave treatment, the collection of associated hydrogen released from the water when receiving a solution of activated water with hydrogen peroxide.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing chemically pure hydrogen peroxide in the form of an aqueous solution and to a device for carrying out same. The claimed method for the super high frequency plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide is based on the continuous generation of plasma by an electrodeless torch discharge created by a SHF plasmatron that generates, in a vapour-gas medium in a hermetically sealed chamber, a directed jet of low-temperature plasma of an inert gas for acting on water to be processed and on steam. With the aid of a steam generator, an additional flow of steam is created, which is fed to the SHF plasmatron coaxially with the directed flow of inert gas plasma; during the plasma activation of the water, the steam is condensed and the resulting condensate is sent to the hermetically sealed chamber containing water to be processed.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СВЧ-ПЛАЗМЕННОЙ АКТИВАЦИИ ВОДЫ ДЛЯ СИНТЕЗА ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА METHOD AND DEVICE FOR MICROWAVE PLASMA WATER ACTIVATION FOR HYDROGEN PEROXIDE SYNTHESIS
Изобретение относится к электрофизическим способам получения химически чистого пероксида водорода (далее - ПВ, химическая формула Н2О2) в форме водного раствора, в результате прямого воздействия на воду плазмой безэлектродного СВЧ разряда в среде инертного газа и паров воды при атмосферном давлении и может быть использовано в здравоохранении, медицине, пищевой промышленности, растениеводстве и других областях техники, где используются активные формы кислорода (далее - АФК), безопасно сохраняемые в водном растворе. The invention relates to electrophysical methods for producing chemically pure hydrogen peroxide (hereinafter referred to as PV, chemical formula H2O2) in the form of an aqueous solution, as a result of direct exposure of water to electrodeless microwave discharge plasma in an inert gas environment and water vapor at atmospheric pressure and can be used in healthcare , medicine, food industry, crop production and other fields of technology where reactive oxygen species (hereinafter referred to as ROS) are used that are safely stored in an aqueous solution.
Известен способ получения активной воды или раствора, использующий физическое воздействие на воду, отличающийся тем, что в роли физического фактора используют ультрафиолетовое (УФ) излучение, создаваемое газоразрядными источниками в кварцевых оболочках с плотностью потока мощности, падающей на поверхность воды >0,4 Вт/см2 (Патент RU 2 151 742 С1). УФ излучение образует в воде радикалы ОН*, предшественники образования Н2О2. УФ излучение создавали, например, дуговой ртутной лампой (ДР Л). Граница пропускания УФ спектра излучения этой лампы с кварцевой оболочкой соответствует длине волны 170 нм, что обеспечивает выход излучения линии ртути 185 нм с энергией < 6,7 эВ. Существуют источники излучения вакуумной части УФ спектра, (далее - ВУФ) с энергиями квантов 10-15 эВ, которое не выходит через кварцевую оболочку ламп. Такие ВУФ источники могут быть реализованы в открытом пространстве вблизи поверхности активируемой воды. A known method for producing active water or a solution using a physical effect on water, characterized in that the role of a physical factor using ultraviolet (UV) radiation generated by gas-discharge sources in quartz shells with a power flux density incident on the water surface> 0.4 W/ cm 2 (Patent RU 2 151 742 C1). UV radiation forms OH* radicals in water, precursors to the formation of H2O2. UV radiation was created, for example, by a mercury arc lamp (ARL). The UV cutoff of this quartz-clad lamp is 170 nm, which provides an output of the 185 nm mercury line with an energy of < 6.7 eV. There are sources of radiation in the vacuum part of the UV spectrum (hereinafter referred to as VUV) with photon energies of 10-15 eV, which does not exit through the quartz shell of the lamps. Such VUV sources can be implemented in open space near the surface of the activated water.
Известен способ плазменной активации воды или водных растворов, разработанный в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН [1], [2], который осуществляют следующим образом: в объеме водного раствора электролита (например, физиологический раствор) формируют электродный плазменный разряд с высокочастотной накачкой. Электродами плазменного разряда являются погруженный в жидкость "горячий" металлический электрод и жидкий квазиэлектрод на границе плазма-электролит. Формирование жидкого квазиэлектрода вокруг поверхности металлического электрода ведет к образованию однородного по толщине (~ 1.5-1 О'4 м) плазменного слоя из паров воды с постоянной плотностью тока. Возбуждение плазмы производят высокочастотным током с частотой следования импульсов 110 кГц при амплитудном значении напряжения на металлическом электроде до 300 В. Для замыкания электрической цепи используется второй металлический электрод большей площади, также погруженный в жидкость. Замыкание тока между электродами внутри жидкости осуществляется в том случае, если вода содержит растворенные соли, т.е. является электролитом. Взаимодействие свободных горячих электронов (е) плазмы водяного пара с молекулами воды приводит к их диссоциации с образованием ионов и радикалов (Н- и Н*) и гидроксильных радикалов ОН*, которые в результате плазмохимических реакций приводят к образованию водорода и пероксида водорода Н2О2. A known method of plasma activation of water or aqueous solutions, developed at the Institute of General Physics. A.M. Prokhorov RAS [1], [2], which is carried out as follows: in the volume of an aqueous electrolyte solution (for example, saline) form an electrode plasma discharge with high-frequency pumping. Plasma discharge electrodes are a "hot" metal electrode immersed in a liquid and a liquid quasi-electrode at the plasma-electrolyte interface. Formation of liquid quasi-electrode around the surface of the metal electrode leads to the formation of a uniform thickness (~ 1.5-1 O' 4 m) plasma layer of water vapor with a constant current density. Plasma is excited by high-frequency current with a pulse repetition rate of 110 kHz at an amplitude value of the voltage on the metal electrode up to 300 V. To close the electrical circuit, a second metal electrode of a larger area, also immersed in liquid, is used. The short circuit of the current between the electrodes inside the liquid is carried out if the water contains dissolved salts, i.e. is an electrolyte. The interaction of free hot electrons (e) of water vapor plasma with water molecules leads to their dissociation with the formation of ions and radicals (H- and H*) and OH* hydroxyl radicals, which, as a result of plasma-chemical reactions, lead to the formation of hydrogen and hydrogen peroxide H2O2.
Указанный способ плазменной активации воды или водных растворов позволяет получать активированную воду, содержащую ПВ - эффективный регулятор роста растений, но так как активация является контактной - оба электрода погружены в активируемую жидкость, неизбежно растворение в воде материала электродов, что не позволяет широко использовать получаемую воду, активированную плазмой, например, в медицине. This method of plasma activation of water or aqueous solutions makes it possible to obtain activated water containing HP - an effective plant growth regulator, but since the activation is contact - both electrodes are immersed in the activated liquid, the dissolution of the electrode material in water is inevitable, which does not allow the widespread use of the resulting water, activated by plasma, for example, in medicine.
Также известен способ синтеза Н2О2 при прямом воздействии аргоновой плазмой на поверхность воды, раскрытый в статье «Прямой синтез пероксида водорода при взаимодействии плазмы с водой» [3], в котором плазма атмосферного давления зажигается от источника постоянного тока напряжением 500 В в зазоре шириной 3 мм между двумя вертикальными электродами, одним из которых служит вольфрамовая трубка, через которую в зазор подается аргон, а вторым - металлическая труба с открытым сверху торцом, по которой вверх подается вода, стекающая с края трубы. Вода содержит примесь соли и является проводящим электролитом, благодаря которому между вольфрамовой трубкой и водой через плазму и границу раздела плазмы и водным электролитом происходит перенос заряда. Синтез Н2О2 является следствием явления переноса зарядов в воду, включая распыление, эмиссию гидратированных ионов, вызванную электрическим полем, и испарение. Производительность по Н2О2 достигает ~ 1200 мкмоль/час, когда жидкий катод представляет собой очищенную воду или водный раствор NaCl с начальной проводимостью 10500 мкСм. Also known is a method for the synthesis of H2O2 with direct exposure to argon plasma on the surface of water, disclosed in the article "Direct synthesis of hydrogen peroxide in the interaction of plasma with water" [3], in which atmospheric pressure plasma is ignited from a direct current source with a voltage of 500 V in a gap 3 mm wide between two vertical electrodes, one of which is a tungsten tube through which argon is supplied into the gap, and the second is a metal pipe with an end open at the top, through which water flows upward from the edge of the pipe. Water contains an admixture of salt and is a conductive electrolyte, due to which charge transfer occurs between the tungsten tube and water through the plasma and the plasma interface and the aqueous electrolyte. The synthesis of H2O2 is a consequence of charge transfer phenomena in water, including sputtering, electric field-induced emission of hydrated ions, and evaporation. The H2O2 productivity reaches ~ 1200 µmol/h when the liquid cathode is purified water or an aqueous solution of NaCl with an initial conductivity of 10500 μS.
Данный способ плазменной активации воды или водных растворов позволяет получать активированную воду, содержащую ПВ, но так как активация является контактной, поскольку оба электрода погружены в активируемую жидкость, неизбежно растворение металла электродов с образованием окислов в получаемом растворе под влиянием ПВ, которые становятся катализаторами разложения самого ПВ, что, однако, не мешает использовать активированный раствор в течение продолжительности жизни ПВ в сельском хозяйстве для обработки семян и полива растений. This method of plasma activation of water or aqueous solutions makes it possible to obtain activated water containing HP, but since the activation is contact, since both electrodes are immersed in the activated liquid, the dissolution of the electrode metal with the formation of oxides in the resulting solution under the influence of HP, which become catalysts for the decomposition of HP itself, is inevitable. HP, which, however, does not prevent the use of the activated solution during the lifetime of HP in agriculture for seed treatment and watering plants.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и решаемой задаче является способ плазменной активации воды или водных растворов, в котором осуществляют прямое воздействие на поверхность воды струей низкотемпературной плазмы аргона, получаемой безэлектродным факельным СВЧ плазмотроном при атмосферном давлении (Патент RU № 2702594, опубл. 08.10.2019 г.). При этом активация воды идет одновременно двумя путями - прямым воздействием плазмы на поверхность воды и излучением плазмы, содержащим ВУФ. По сравнению с другими электрофизическими методами получения растворов ПВ с сопутствующими химическими продуктами, с учетом того, что вода исходно должна быть электролитом, имеющим электропроводность, преимущество данного метода активации состоит в том, что для получения чистых ПВ может быть использована дистиллированная вода, которая не имеет электропроводности, так как является диэлектриком. Closest to the claimed method in terms of technical essence and the problem to be solved is the method of plasma activation of water or aqueous solutions, in which a direct effect on the water surface is carried out with a jet of low-temperature argon plasma obtained by an electrodeless torch microwave plasma torch at atmospheric pressure (Patent RU No. 2702594, publ. 08.10 .2019). In this case, the activation of water proceeds simultaneously in two ways - by the direct action of the plasma on the surface of the water and by plasma radiation containing VUV. Compared with other electrophysical methods for obtaining HP solutions with accompanying chemical products, given that water should initially be an electrolyte with electrical conductivity, the advantage of this activation method is that distilled water can be used to obtain pure HP, which does not have electrical conductivity, as it is a dielectric.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство плазменной активации воды или водных растворов (Патент RU № 2702594, опубл. 08.10. 2019 г.). Устройство представляет собой СВЧ плазмотрон, состоящий из магнетрона, источника его питания, волноводной системы, системы подачи газов: аргона, используемого в качестве плазмообразующего газа, азота, используемого в качестве газа, стабилизирующего горение факела, и, наконец, самой коаксиальной «горелки» плазмотрона, формирующей в открытой атмосфере направленную струю плазмы аргона. Струя плазмы касается поверхности обрабатываемой воды (водного раствора) и может частично в нее погружаться. Мощность факельного СВЧ плазмотрона может составлять 1 кВт и более. Плотная сердцевина плазменной струи имеет диаметр 0.2-0.3 см, длину струи ~ 3 см для частоты СВЧ 2,45 ГГц. Температура газа в плазме достигает (4-г-5)х103 0 С, а электронная температура <1,5 эВ. Высокая скорость истечения аргона из узкого, диаметром 1,5 мм сопла на конце внутреннего проводника коаксиальной «горелки» не дает факельному разряду, фронт которого движется по струе аргона навстречу потоку, достигнуть сопла, благодаря чему сопло не нагревается плазмой, что позволяет данный тип факельного разряда считать безэлектродным. Отсутствие линий материала сопла в оптическом эмиссионном спектре плазмы характеризует отсутствие загрязнения плазмы материалом сопла. Closest to the claimed device is a device for plasma activation of water or aqueous solutions (Patent RU No. 2702594, publ. 08.10. 2019). The device is a microwave plasma torch, consisting of a magnetron, its power source, a waveguide system, a gas supply system: argon used as a plasma-forming gas, nitrogen used as a gas that stabilizes the combustion of the torch, and, finally, the coaxial "torch" of the plasma torch itself , which forms a directed jet of argon plasma in the open atmosphere. The plasma jet touches surface of the treated water (aqueous solution) and can be partially immersed in it. The power of a torch microwave plasma torch can be 1 kW or more. The dense core of the plasma jet has a diameter of 0.2–0.3 cm and a jet length of ~3 cm for a microwave frequency of 2.45 GHz. The temperature of the gas in the plasma reaches (4-g-5)x10 3 0 C, and the electron temperature is <1.5 eV. The high rate of argon outflow from a narrow nozzle 1.5 mm in diameter at the end of the inner conductor of the coaxial “burner” does not allow the torch discharge, the front of which moves along the argon jet towards the flow, to reach the nozzle, due to which the nozzle is not heated by the plasma, which allows this type of torch discharge is considered electrodeless. The absence of nozzle material lines in the optical emission spectrum of the plasma characterizes the absence of plasma contamination by the nozzle material.
Для изоляции от воздуха рабочей части плазмотрона, (далее - горелка), она помещается через уплотнение в герметичную камеру из нержавеющей стали, в которой работа плазмотрона на истекающей струе аргона стабилизируется молекулярными газами, например азотом, который дополнительно вводится в плазмотрон. To isolate the working part of the plasma torch (hereinafter referred to as the burner) from the air, it is placed through a seal into a sealed stainless steel chamber, in which the operation of the plasma torch on an outflowing argon jet is stabilized by molecular gases, such as nitrogen, which is additionally introduced into the plasma torch.
Данные способ и устройство позволяют получать достаточно чистые активированные растворы ПВ, не содержащие примесей, таких, например, как окислы металлов, которые могут быть катализаторами распада ПВ. Чистые растворы ПВ могут долго сохраняться и без добавления стабилизирующих добавок - ингибиторов ПВ. These method and device make it possible to obtain sufficiently pure activated solutions of HP that do not contain impurities, such as, for example, metal oxides, which can be catalysts for the decomposition of HP. Pure HP solutions can be stored for a long time even without the addition of stabilizing additives - HP inhibitors.
Однако упомянутые способ и устройство (Патент RU № 2702594), несмотря на присущие им достоинства, имеют следующие недостатки. Так, при включении СВЧ поля без предварительного создания вокруг струи аргона атмосферы молекулярного газа, протекающего внутри кварцевой трубки, может возникнуть дуговой разряд между соплом и стенкой коаксиального экрана плазмотрона, а не ожидаемая ионизация струи аргона с формированием факела. И, несмотря на наличие под плазмотроном воды или иной среды, плазмотрон может сгореть. Молекулярный газ необходим в качестве газового изолятора вокруг сопла плазмотрона, выполняя роль стабилизирующего фактора горения для защиты плазмотрона от пробоя, переходящего в дуговой разряд. Молекулярные газы вследствие диссоциации вокруг факела распадаются на атомы и уносимые потоком не успевают ионизироваться, чтобы спровоцировать дуговой разряд. При этом пар образуется на поверхности воды в установившемся факельном разряде при стабилизации азотом в процессе плазменной активации. However, the mentioned method and device (Patent RU No. 2702594), despite their inherent advantages, have the following disadvantages. Thus, when the microwave field is turned on without first creating an atmosphere of molecular gas around the argon jet flowing inside the quartz tube, an arc discharge can occur between the nozzle and the wall of the coaxial screen of the plasma torch, and not the expected ionization of the argon jet with the formation of a torch. And, despite the presence of water or other medium under the plasma torch, the plasma torch can burn out. Molecular gas is needed as a gas insulator around the plasma torch nozzle, acting as a stabilizing combustion factor to protect the plasma torch from breakdown, turning into an arc discharge. Molecular gases, due to dissociation around the flame, break up into atoms and carried away by the flow do not have time to ionize to provoke an arc discharge. In this case, steam is formed on the water surface in a steady-state torch discharge during stabilization with nitrogen in the process of plasma activation.
Между тем образование пара на поверхности воды в прототипе носит нестабильный характер, что не гарантирует надежной работы плазменного факела без применения азота в качестве стабилизирующего фактора. Meanwhile, the formation of steam on the water surface in the prototype is unstable, which does not guarantee reliable operation of the plasma torch without the use of nitrogen as a stabilizing factor.
Таким образом для надежной работы устройства и стабильного «горения» разряда необходим азот, который в высокотемпературной струе аргона при взаимодействии с водой и паром образует окислы азота, растворяемые в воде в виде нитритов и нитратов (NOX) одновременно с образованием ПВ. Полученная активированная вода, содержащая ПВ и окислы азота, находит применение в растениеводстве в качестве комплексного регулятора роста, благодаря его стимулирующему воздействию на рост растений и всхожесть семян, синергизму ПВ и окислов NOX. Между тем, не менее важно получать растворы чистого ПВ без каких-либо сопутствующих соединений, с целью их применения не только в сельском хозяйстве, но и в других областях - биологии и медицине. В частности, чистые растворы ПВ используются в гипероксигенационной терапии рака в виде инъекций [4]. Thus, for reliable operation of the device and stable "burning" of the discharge, nitrogen is required, which in a high-temperature argon jet, when interacting with water and steam, forms nitrogen oxides that dissolve in water in the form of nitrites and nitrates (NO X ) simultaneously with the formation of HP. The resulting activated water containing PS and nitrogen oxides is used in crop production as a complex growth regulator due to its stimulating effect on plant growth and seed germination, synergism of PS and NOX oxides . Meanwhile, it is equally important to obtain solutions of pure HP without any accompanying compounds, in order to use them not only in agriculture, but also in other areas - biology and medicine. In particular, pure solutions of HP are used in hyperoxygenation therapy of cancer in the form of injections [4].
Другой недостаток прототипа в осуществлении плазменной активации воды или водных растворов в воздушной атмосфере состоит в потере активированного пара, образующегося в зоне взаимодействия горячей плазмы с водой, поскольку пар удаляется вместе с отходящими газами в вентиляцию, что снижает эффективность данного способа получения активированной воды. Another disadvantage of the prototype in the implementation of plasma activation of water or aqueous solutions in the air is the loss of activated steam generated in the zone of interaction of hot plasma with water, since the steam is removed along with the exhaust gases into the ventilation, which reduces the efficiency of this method for obtaining activated water.
Основной задачей заявляемого способа и устройства СВЧ - плазменной активации воды или водных растворов для синтеза пероксида водорода является получение чистого раствора ПВ в водно-паровой атмосфере с помощью плазмы инертного газа (аргона), исключающее появление в растворе окислов азота или других примесей, а также устранение потерь из реактора активированного водяного пара. The main objective of the proposed method and device for microwave plasma activation of water or aqueous solutions for the synthesis of hydrogen peroxide is to obtain a pure solution of HP in a water-steam atmosphere using an inert gas (argon) plasma, excluding the appearance of nitrogen oxides or other impurities in the solution, as well as eliminating losses from the activated steam reactor.
Технический результат заявляемой группы изобретений - повышение степени чистоты водного раствора ПВ путем исключения примеси нитратов, и повышение надежности работы устройства за счет стабилизации его работы потоком пара вместо азота, и, тем самым, исключения его выхода из строя. The technical result of the claimed group of inventions is an increase in the degree of purity of an aqueous solution of HP by eliminating impurities of nitrates, and increasing the reliability of the device by stabilizing its operation with a steam flow instead of nitrogen, and, thereby, eliminating its failure.
Дополнительно достигается повышение эффективности и производительности устройства, за счет полного устранения потерь из реактора активированного водяного пара, а также расширение области применения полученного ПВ, поскольку отсутствие в нем окислов азота и иных примесей позволит применять раствор ПВ не только в сельском хозяйстве, но и в других областях - биологии и медицине. Additionally, an increase in the efficiency and productivity of the device is achieved by completely eliminating losses from the activated steam reactor, as well as expanding the scope of the obtained PS, since the absence of nitrogen oxides and other impurities in it will allow the use of the PS solution not only in agriculture, but also in other areas - biology and medicine.
Технический результат достигается тем, что в известном способе СВЧ - плазменной активации воды для синтеза пероксида водорода, основанном на непрерывной генерации плазмы безэлектродным факельным разрядом, который создают СВЧ плазмотроном, генерирующим в парогазовой среде направленную струю низкотемпературной плазмы инертного газа, воздействующей на обрабатываемую воду и водяной пар, возникающий в результате испарения поверхностного слоя воды в герметичной камере под воздействием газоплазменной струи, создают дополнительный поток водяного пара, который подают в СВЧ плазмотрон коаксиально направленному потоку плазмы инертного газа, в процессе плазменной активации воды осуществляют конденсацию пара, а полученный конденсат направляют в герметичную камеру с обрабатываемой водой. The technical result is achieved by the fact that in the known method of microwave - plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide, based on the continuous generation of plasma by an electrodeless torch discharge, which is created by a microwave plasma torch generating in a vapor-gas medium a directed jet of low-temperature inert gas plasma acting on the treated water and water steam resulting from the evaporation of the surface layer of water in a sealed chamber under the influence of a gas-plasma jet creates an additional flow of water vapor, which is fed into the microwave plasma torch to a coaxially directed flow of inert gas plasma, in the process of plasma activation of water, steam is condensed, and the resulting condensate is sent to a sealed treated water chamber.
В качестве инертного газа предпочтительно использовать гелий или аргон. Направленную струю низкотемпературной плазмы подводят к поверхности воды или водного раствора или частично погружают в него. Helium or argon is preferably used as the inert gas. A directed jet of low-temperature plasma is brought to the surface of water or an aqueous solution or partially immersed in it.
Поток водяного пара пропускают сквозь плазмотрон по коаксиальному каналу плазмотрона, сформированному кварцевой или керамической трубкой- изолятором. The flow of water vapor is passed through the plasma torch through the coaxial channel of the plasma torch, formed by a quartz or ceramic insulator tube.
Конденсацию пара предпочтительно осуществлять в конденсаторе, установленном вертикально над герметичной камерой, при этом образовавшийся конденсат возвращают в камеру с активируемым плазмой водным раствором. The vapor condensation is preferably carried out in a condenser mounted vertically above a sealed chamber, with the resulting condensate being returned to the plasma-activated aqueous solution chamber.
Оптимально осуществлять регулирование скорости подачи инертного газа, пара, уровня СВЧ мощности разряда и скорости отбора воды с пероксидом водорода с помощью системы автоматического управления. Предпочтительно удалять отработанный инертный газ через конденсатор. It is optimal to regulate the rate of supply of inert gas, steam, the level of microwave power of the discharge and the rate of withdrawal of water with hydrogen peroxide using an automatic control system. It is preferable to remove the spent inert gas through a condenser.
Технический результат достигается также тем, что в известное устройство СВЧ - плазменной активации воды для синтеза пероксида водорода, содержащее СВЧ плазмотрон, включающий магнетрон, прямоугольный волновод и коаксиальный волновод, содержащий центральный проводник, причем рабочая часть СВЧ плазмотрона размещена в герметичной камере с обрабатываемой водой, и баллон сжатого газа, соединенный с центральным проводником, дополнительно введены парогенератор, соединенный с коаксиальным волноводом плазмотрона, и конденсатор, соединенный с герметичной камерой. The technical result is also achieved by the fact that in the known device for microwave plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide, containing a microwave plasma torch, including a magnetron, a rectangular waveguide and a coaxial waveguide containing a central conductor, and the working part of the microwave plasma torch is placed in a sealed chamber with treated water, and a compressed gas cylinder connected to the central conductor, a steam generator connected to the coaxial waveguide of the plasma torch, and a capacitor connected to the sealed chamber are additionally introduced.
Предпочтительно конденсатор установить вертикально над герметичной камерой, соединенной с конденсатором через патрубок. It is preferable to install the condenser vertically above a sealed chamber connected to the condenser through a branch pipe.
Трубопровод, соединяющий парогенератор с плазмотроном, предпочтительно снабдить термоизоляцией. The pipeline connecting the steam generator with the plasma torch is preferably provided with thermal insulation.
Центральный проводник коаксиального волновода может быть выполнен в виде медной трубки, содержащей сопло для формирования направленной струи плазмообразующего газа. The central conductor of the coaxial waveguide can be made in the form of a copper tube containing a nozzle for forming a directed jet of plasma gas.
Оптимально коаксиальный волновод герметично изолировать от прямоугольного волновода радиопрозрачной кварцевой трубкой-изолятором. Optimally, the coaxial waveguide is hermetically isolated from the rectangular waveguide with a radio-transparent quartz insulator tube.
Конденсатор может иметь кожухо-трубную конструкцию, снабженную в верхней части вентилем для выхода инертного газа в атмосферу. The condenser may have a shell-and-tube design, provided in the upper part with a valve for the release of inert gas into the atmosphere.
Герметичная камера содержит регулируемый сливной клапан. The sealed chamber contains an adjustable drain valve.
Устройство может дополнительно содержать циркулятор с поглощающей нагрузкой. The device may further comprise a circulator with an absorbing load.
Предпочтительно ввести в устройство систему автоматического управления, выполненную с возможностью регулирования режимов скорости подачи пара, уровня СВЧ мощности разряда и скорости отбора обработанной воды для обеспечения постоянного уровня воды в реакторе. It is preferable to introduce an automatic control system into the device, which is configured to control the steam supply rate, the microwave power level of the discharge, and the treated water withdrawal rate to ensure a constant water level in the reactor.
Герметичная камера может быть снабжена датчиком уровня воды. The sealed chamber can be equipped with a water level sensor.
Оптимально выполнить герметичную камеру с оптически прозрачными окнами для мониторинга характеристик плазменного факела по оптическим эмиссионным и абсорбционным спектрам, фиксируемым с помощью спектрометров. Герметичная камера и конденсатор содержат контуры водяного охлаждения. It is optimal to make a sealed chamber with optically transparent windows for monitoring the characteristics of a plasma torch using optical emission and absorption spectra recorded using spectrometers. The sealed chamber and condenser contain water cooling circuits.
Герметичная камера может дополнительно содержать емкость для обрабатываемой воды. The sealed chamber may further comprise a container for treated water.
Указанная совокупность отличительных существенных признаков заявляемого способа и устройства обеспечивает надежную и стабильную работу СВЧ плазмотрона за счет использования водяного пара, подаваемого в плазмотрон вместо азота в связи со следующим. Использование с той же целью молекулярных газов химических элементов, из которых состоит вода: кислорода или водорода является небезопасным из-за проблем, порождаемых их химической активностью. Так, плазма аргона в кислородной среде может спровоцировать химическое горение сопла плазмотрона, переход факельного режима разряда в дуговой разряд с повреждением всех важных частей плазмотрона: сопла, изолирующей кварцевой трубки и коаксиального волновода, что приведет к полному выходу плазмотрона из строя. Поджиг разряда в атмосфере водорода взрывоопасен из-за возможного присутствия кислорода или остатков воздуха в камере реактора на старте. Вследствие этого наиболее предпочтительной возможностью решения задачи стабилизации горения факельного разряда является использование водяного пара, который является продуктом горения, но при атмосферном давлении в сочетании с плазмой аргона безопасен. В заявляемом изобретении в реакциях участвуют только вода, водяной пар и инертный газ, например, аргон. При этом введение парогенератора, позволяет дополнительно реализовать две функции, одна из которых - подготовка пара для стабилизации горения факела, а другая - непрерывное пополнение герметичной камеры водой для поддержания ее уровня за счет конденсации пара и возврата его из конденсатора в камеру. В прототипе процесс обработки воды не был поточным (непрерывным), в нем камера заполнялась заданным количеством воды, которое уменьшалось в процессе обработки из-за потери воды вместе с паром, уходящим вместе с аргоном. The specified set of distinctive essential features of the proposed method and device provides reliable and stable operation of the microwave plasma torch due to the use of water vapor supplied to the plasma torch instead of nitrogen in connection with the following. The use of molecular gases of the chemical elements that make up water: oxygen or hydrogen for the same purpose is unsafe due to the problems generated by their chemical activity. Thus, argon plasma in an oxygen environment can provoke chemical combustion of the plasma torch nozzle, the transition of the torch discharge mode to an arc discharge with damage to all important parts of the plasma torch: the nozzle, the insulating quartz tube and the coaxial waveguide, which will lead to the complete failure of the plasma torch. Ignition of a discharge in a hydrogen atmosphere is explosive due to the possible presence of oxygen or air residues in the reactor chamber at the start. As a result, the most preferable option for solving the problem of torch discharge combustion stabilization is the use of water vapor, which is a product of combustion, but is safe at atmospheric pressure in combination with argon plasma. In the claimed invention, only water, water vapor and an inert gas, such as argon, are involved in the reactions. At the same time, the introduction of a steam generator makes it possible to additionally implement two functions, one of which is the preparation of steam to stabilize the burning of the torch, and the other is the continuous replenishment of the sealed chamber with water to maintain its level by condensing the steam and returning it from the condenser to the chamber. In the prototype, the water treatment process was not in-line (continuous), in which the chamber was filled with a given amount of water, which decreased during treatment due to water loss along with steam leaving with argon.
При этом в связи с реализацией практически непрерывного процесса производства перекиси водорода в заявляемом устройстве возникает дополнительный технический результат - повышение эффективности в связи с устранением потерь пара из реактора. В техническом решении по прототипу пар с отработанным аргоном удаляется через вентиляцию, а в заявляемом устройстве с помощью конденсатора, установленного над герметичной камерой, пар в виде конденсата возвращается в камеру, а отработанный аргон удаляется. At the same time, in connection with the implementation of a practically continuous process for the production of hydrogen peroxide in the claimed device, an additional technical result arises - an increase in efficiency due to the elimination of steam losses from the reactor. In the technical solution for the prototype steam with exhaust argon is removed through ventilation, and in the inventive device, using a condenser installed above a sealed chamber, steam in the form of condensate is returned to the chamber, and exhaust argon is removed.
Таким образом использование независимого источника пара, который создается не в самой камере, а вне ее, и пропускается через кварцевую трубку, выступающую в роли парового изолятора, защищающего плазмотрон от дугового пробоя между соплом и экраном коаксиального волновода, позволяет обеспечить надежную работу плазмотрона, за счет создания устойчивого режима горения факела. Thus, the use of an independent source of steam, which is created not in the chamber itself, but outside it, and is passed through a quartz tube, which acts as a vapor insulator that protects the plasma torch from arcing between the nozzle and the screen of the coaxial waveguide, makes it possible to ensure reliable operation of the plasma torch, due to creation of a stable torch burning mode.
При этом исключается необходимость использования молекулярных газов, и в том числе наиболее безопасного в отношении пробоя - азота. Исключение азота устраняет присутствие окислов азота, растворенных в воде, концентрация которых может в разы превышать концентрацию пероксида водорода. В качестве главных компонентов взаимодействия при этом остаются аргон, вода и водяной пар из парогенератора. Вследствие этого обеспечивается непрерывное производство пероксида водорода высокой степени чистоты. This eliminates the need to use molecular gases, including the safest in terms of breakdown - nitrogen. The exclusion of nitrogen eliminates the presence of nitrogen oxides dissolved in water, the concentration of which can be many times higher than the concentration of hydrogen peroxide. In this case, argon, water, and water vapor from the steam generator remain as the main components of the interaction. As a result, a continuous production of high purity hydrogen peroxide is ensured.
Водяной пар с трудом поддается ионизации, поскольку даже относительно небольшая его концентрация достаточна для того, чтобы факельный разряд не перешел в режим разрушительного дугового разряда. Water vapor is difficult to ionize, since even a relatively small concentration of it is sufficient to ensure that the torch discharge does not go into the destructive arc discharge mode.
Использование вместо азота водяного пара для поддержания стабильного горения СВЧ факела позволяет добиться следующих преимуществ: надежной стабилизации горения СВЧ факела; исключения многообразных химических реакций в сочетании с различными химическими элементами (кроме водорода и кислорода); организации непрерывного цикла пополнения воды с поступлением пара и отбора активированной воды (раствора) без остановки процесса СВЧ обработки. The use of water vapor instead of nitrogen to maintain stable combustion of the microwave flame allows you to achieve the following advantages: reliable stabilization of the combustion of the microwave flame; exclusion of diverse chemical reactions in combination with various chemical elements (except hydrogen and oxygen); organization of a continuous cycle of water replenishment with steam supply and selection of activated water (solution) without stopping the microwave treatment process.
Заявляемый способ и устройство поясняются следующими чертежами. The inventive method and device are illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 схематично представлена конструкция заявляемого устройстваIn FIG. 1 schematically shows the design of the proposed device
На фиг. 2 изображен вид сверху конструкции заявляемого устройства Устройство для осуществления бесконтактной плазменной активации воды или водных растворов содержит СВЧ-плазмотрон 1, включающий магнетронный генератор 2, прямоугольный 3 и коаксиальный 4 волноводы. Внутренний объем коаксиального волновода 4 герметично изолирован от объема прямоугольного волновода 3 кварцевой трубкой-изолятором 5, установленной на витоновых уплотнительных кольцах 6. Центральный проводник 7 коаксиального волновода 4 представляет собой медную трубку для подачи плазмообразующего инертного газа, например, аргона или гелия, поступающего из баллона 8 со сжатым газом через редуктор 9. Центральный проводник 7 заканчивается соплом 10 с отверстием, диаметром, например, 1,5 мм для формирования направленной струи инертного газа, в которой в результате ионизации под действием СВЧ поля образуется струя плазмы 11. Рабочая часть СВЧ-плазмотрона 1 помещена через сальниковое уплотнение 12 из витона в герметичную камеру 13, выполненную из нержавеющей стали с двойными стенками 14, образующими контур водяного охлаждения камеры, наполненной обрабатываемой водой или водным раствором. Герметичная камера может быть снабжена дополнительной емкостью (на чертеже не показана), в которой можно разместить обрабатываемую воду. Давление в камере 13 поддерживается выше атмосферного р>1 атм, при этом аргон и часть водяного пара из герметичной камеры 13 выходят через выпускной патрубок 15, к которому сверху присоединен конденсатор 16, имеющий кожухо-трубную конструкцию, и контур водяного охлаждения 17. Пар, конденсируется в полых трубках конденсатора 16, конденсат стекает в камеру 13, а плазмообразующий газ через вентиль 18 (фиг.1) выходит в атмосферу, либо может использоваться в дальнейшей работе устройства. In FIG. 2 shows a top view of the design of the proposed device The device for non-contact plasma activation of water or aqueous solutions contains a microwave plasma torch 1, including a magnetron generator 2, rectangular 3 and coaxial 4 waveguides. The internal volume of the coaxial waveguide 4 is hermetically sealed from the volume of the rectangular waveguide 3 by a quartz insulator tube 5 mounted on Viton sealing rings 6. The central conductor 7 of the coaxial waveguide 4 is a copper tube for supplying a plasma-forming inert gas, for example, argon or helium, coming from a cylinder 8 with compressed gas through a reducer 9. The central conductor 7 ends with a nozzle 10 with a hole, for example, 1.5 mm in diameter to form a directed jet of inert gas, in which, as a result of ionization under the action of a microwave field, a plasma jet 11 is formed. The plasma torch 1 is placed through a gland seal 12 made of Viton into a hermetic chamber 13 made of stainless steel with double walls 14 forming a water cooling circuit of the chamber filled with treated water or an aqueous solution. The sealed chamber can be equipped with an additional container (not shown in the drawing) in which the treated water can be placed. The pressure in the chamber 13 is maintained above atmospheric p>1 atm, while argon and part of the water vapor from the sealed chamber 13 exit through the outlet pipe 15, to which the condenser 16 is connected from above, having a shell-and-tube design, and the water cooling circuit 17. Steam, condenses in the hollow tubes of the condenser 16, the condensate flows into the chamber 13, and the plasma-forming gas through the valve 18 (figure 1) goes into the atmosphere, or can be used in the further operation of the device.
Для эффективной передачи СВЧ мощности от магнетрона 2 в плазменный факел используется настройка согласования СВЧ плазмотрона поршнем 19 (Фиг. 2). For efficient transfer of microwave power from magnetron 2 to the plasma torch, the adjustment of the matching of the microwave plasma torch by piston 19 is used (Fig. 2).
Защита магнетрона 2 от отраженной волны при погаснувшем плазменном факеле из сопла 10 обеспечивается циркулятором 20 с поглощающей нагрузкой 21, который отводит энергию отраженной волны по волноводному ответвлению 22 к нагрузке 21, имеющей свой контур водяного охлаждения (на чертежах не показан). Герметичная камера 13 заполняется обрабатываемой водой (водным раствором) до заданного рабочего уровня, который поддерживается неизменным, например, с помощью системы автоматического управления (далее - САУ) в течение всего времени обработки воды плазменным факелом. САУ поддерживает оптимальные условия для обработки воды, (или водного раствора) в области соприкосновения плазменного факела с поверхностью воды. САУ соединена с датчиком уровня жидкости 23, установленным в камере 13. Датчик уровня 23 может быть выполнен в различных вариантах исполнения. Например, представлять собой поплавок с герконом (гермоконтактом), с нормально замкнутым/разомкнутым контактом, срабатывающим вблизи магнита, закрепленного на стенке камеры 13. Для визуального наблюдения факела в камере 13 могут быть выполнены оптически прозрачные окна 24, через которые можно также вести мониторинг характеристик плазменного факела 11 по оптическим эмиссионным и абсорбционным спектрам, фиксируемым с помощью спектрометра 25. The protection of the magnetron 2 from the reflected wave when the plasma flame from the nozzle 10 is extinguished is provided by the circulator 20 with an absorbing load 21, which removes the energy of the reflected wave through the waveguide branch 22 to the load 21, which has its own water cooling circuit (not shown in the drawings). Sealed chamber 13 is filled with treated water (water solution) to a predetermined operating level, which is maintained unchanged, for example, using an automatic control system (hereinafter referred to as ACS) during the entire time of water treatment with a plasma torch. ACS maintains optimal conditions for water treatment (or aqueous solution) in the area of contact between the plasma torch and the water surface. The ACS is connected to a liquid level sensor 23 installed in the chamber 13. The level sensor 23 can be made in various versions. For example, it can be a float with a reed switch (hermetic contact) with a normally closed/open contact that operates near a magnet fixed on the wall of the chamber 13. For visual observation of the torch, optically transparent windows 24 can be made in the chamber 13, through which it is also possible to monitor the characteristics plasma torch 11 according to optical emission and absorption spectra recorded using a spectrometer 25.
Для стабилизации работы СВЧ плазмотрона паром, его подают в плазмотрон от генератора пара 26 через трубопровод 28 и вентиль 27, создавая вокруг сопла и горящего плазменного факела 11 коаксиальный поток водяного пара. Для исключения конденсации пара в трубопроводе 28 и вентиле 27 предусмотрен слой теплоизоляции (на чертежах не показан), благодаря чему они нагреваются до равновесной температуры потоком самого пара. При стабилизации разряда паром, объем воды в камере 13 будет увеличиваться за счет воды из конденсированного пара, что может привести к чрезмерному затоплению плазменного факела 11 и прекращению стабильной работы плазмотрона. Поэтому необходимо непрерывно поддерживать баланс между поступлением воды с паром и отбором обработанной воды через регулируемый сливной кран 29. Этот баланс может поддерживаться САУ, алгоритм управления которой основан на поддержании постоянного уровня воды в камере 13, контролируемого с помощью датчика уровня 23. САУ связана с системой газоснабжения, представленной баллоном сжатого газа 8 и редуктором 9, генератором пара 26, системой подачи воды (на чертежах не показана), источником высоковольтного питания магнетрона (на чертежах не показан), с датчиком уровня 23 воды и регулируемым сливным краном 29 для отбора воды из герметичной камеры 13. При превышении уровня воды в камере 13 выше установленного, сигнал с датчика 23 поступает в САУ для управления скоростью отбора воды или ограничения подачи пара. При понижении уровня воды в камере, когда плазменный факел И выходит из контакта с водой, вследствие чего эффективность обработки воды резко снижается, датчик 23 подает сигнал в САУ, которая соответственно подает сигнал управления на снижение скорости отбора воды или усиления потока пара в соответствии с заданным алгоритмом. Функция управления отбором воды или регулирования подачи пара реализуется с помощью регулируемого клапана 27 и регулируемого сливного крана 29, управляемых САУ. To stabilize the operation of the microwave plasma torch with steam, it is fed into the plasma torch from the steam generator 26 through the pipeline 28 and the valve 27, creating a coaxial flow of water vapor around the nozzle and the burning plasma torch 11. To prevent steam condensation in pipeline 28 and valve 27, a thermal insulation layer (not shown in the drawings) is provided, due to which they are heated to an equilibrium temperature by the flow of the steam itself. When the discharge is stabilized by steam, the volume of water in the chamber 13 will increase due to water from the condensed steam, which can lead to excessive flooding of the plasma torch 11 and the termination of the stable operation of the plasma torch. Therefore, it is necessary to continuously maintain a balance between the supply of water with steam and the withdrawal of treated water through an adjustable drain valve 29. This balance can be maintained by the ACS, the control algorithm of which is based on maintaining a constant water level in the chamber 13, controlled by a level sensor 23. The ACS is connected to the system gas supply, represented by a cylinder of compressed gas 8 and a reducer 9, a steam generator 26, a water supply system (not shown in the drawings), a high-voltage magnetron power supply (not shown in the drawings), with a water level sensor 23 and an adjustable drain valve 29 for sampling water from sealed chamber 13. When the water level in the chamber 13 exceeds the set value, the signal from the sensor 23 is sent to the automatic control system to control the rate of water withdrawal or limit the supply of steam. When the water level in the chamber decreases, when the plasma torch I goes out of contact with water, as a result of which the efficiency of water treatment is sharply reduced, the sensor 23 sends a signal to the automatic control system, which accordingly sends a control signal to reduce the rate of water withdrawal or increase the steam flow in accordance with the specified algorithm. The function of controlling the selection of water or regulating the supply of steam is implemented using an adjustable valve 27 and an adjustable drain cock 29, controlled by ACS.
Конденсатор 16, имеет кожухо-трубную конструкцию и представляет собой теплообменник, используемый для конденсации пара на внутренней поверхности тонких трубок из нержавеющей стали, объединенных в кассету, заключенную внутри трубы - кожуха. Наружная поверхность трубок конденсатора 16 охлаждается водой внутри кожуха, поступающей из контура водяного охлаждения 17. Общая поверхность трубок рассчитана на полную конденсацию пара, поступающего в холодильник даже при максимальных режимах парообразования. До вентиля 18 конденсатора 16 пар не доходит, превращаясь по пути к нему в конденсат, который стекает в камеру 13 через патрубок 15. В устройстве действуют два источника пара - парогенератор 26, стабилизирующий «горение» факела и пар, возникающий на поверхности активируемой воды при ее контакте с нагретой до 4000 К плазмы факела. Отношением интенсивности генерации пара обоими источниками можно управлять, изменяя мощность внешнего парогенератора и варьируя степень контакта плазмы факела с водой. При этом изменение уровня СВЧ мощности разряда, влечет за собой изменение скорости подачи пара для стабилизации разряда и скорости отбора воды, согласно заданному алгоритму, по которому работает САУ, управляющая работой узлов и блоков устройства. The condenser 16 has a shell-and-tube design and is a heat exchanger used to condense steam on the inner surface of thin stainless steel tubes, combined into a cassette enclosed inside the casing tube. The outer surface of the tubes of the condenser 16 is cooled by water inside the casing coming from the water cooling circuit 17. The total surface of the tubes is designed for complete condensation of the steam entering the refrigerator even at maximum steam generation modes. Steam does not reach the valve 18 of the condenser 16, turning into condensate on the way to it, which flows into the chamber 13 through the pipe 15. its contact with the torch plasma heated to 4000 K. The ratio of the intensity of steam generation by both sources can be controlled by changing the power of the external steam generator and varying the degree of contact between the flame plasma and water. At the same time, a change in the level of the microwave power of the discharge entails a change in the steam supply rate to stabilize the discharge and the rate of water withdrawal, according to a given algorithm, according to which the ACS operates, which controls the operation of the units and blocks of the device.
Мощность магнетрона факельного СВЧ плазмотрона может составлять 700-6000 Вт. В качестве источника плазмы в заявляемом способе бесконтактной плазменной активации воды или водных растворов используется факельный СВЧ плазмотрон 1 с емкостной связью, генерирующий в парогазовой среде при атмосферном давлении струю низкотемпературной плазмы, направленную сверху вниз. Плазменный столб факела образуется в струе вытекающего из сопла 10 инертного газа в результате его ионизации. СВЧ поле поверхностной электромагнитной волны, самоподцерживается границами плазменного столба. Поперечные размеры плазменного столба определяются газодинамическими характеристиками сопла. Длина проводящего столба плазмы определяется оптимальной длиной для несимметричной излучающей дипольной антенны, равной четверти длины СВЧ волны в пустоте. The power of the magnetron of the torch microwave plasma torch can be 700-6000 W. As a source of plasma in the proposed method of non-contact plasma activation of water or aqueous solutions, a torch microwave plasma torch 1 with capacitive coupling is used, which generates a jet of low-temperature plasma in a vapor-gas medium at atmospheric pressure, directed from above way down. The plasma column of the torch is formed in the jet of inert gas flowing out of the nozzle 10 as a result of its ionization. The microwave field of the surface electromagnetic wave is self-supported by the boundaries of the plasma column. The transverse dimensions of the plasma column are determined by the gas-dynamic characteristics of the nozzle. The length of the conductive plasma column is determined by the optimal length for an asymmetric radiating dipole antenna, equal to a quarter of the microwave wavelength in a vacuum.
Высокая скорость истечения газа из узкого сопла 10 не дает факельному разряду 11, фронт которого движется в обратном направлении навстречу потоку, достигнуть сопла, при этом сопло не греется, что позволяет данный тип факельного разряда считать безэлектродным. При появлении границы жидкости на пути плазменного факела газо-плазменная струя выдавливает на поверхности жидкости ямку в виде «мениска» и растекается в стороны и вверх симметрично от центра мениска по его поверхности в соответствии с законами газодинамики. The high speed of gas outflow from the narrow nozzle 10 does not allow the torch discharge 11, the front of which moves in the opposite direction towards the flow, to reach the nozzle, while the nozzle does not heat up, which allows this type of torch discharge to be considered electrodeless. When a liquid boundary appears on the path of the plasma jet, the gas-plasma jet squeezes out a pit in the form of a “meniscus” on the liquid surface and spreads to the sides and upwards symmetrically from the center of the meniscus along its surface in accordance with the laws of gas dynamics.
В уровне техники известно использование СВЧ плазмотрона факельного типа при атмосферном давлении в оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) в качестве источника сжатой ярко светящейся чистой плазмы [5], используемой для обработки, возбуждения и анализа газообразных сред [6]. Благодаря малому объему факел зажигается и устойчиво горит в окружении молекулярных паров и газов при атмосферном давлении даже при относительно низкой СВЧ мощности < 900 Вт, которая может быть получена от доступных на рынке магнетронов, например, бытовых СВЧ печей. Самосжатая форма плазменного факела имеет высокую удельную плотность поглощаемой СВЧ мощности < 104 Вт/смЗ, сравнимую с удельной плотностью в дуге постоянного тока. In the prior art, it is known to use a microwave torch-type plasma torch at atmospheric pressure in optical emission spectroscopy (OES) as a source of compressed brightly luminous pure plasma [5] used for processing, excitation and analysis of gaseous media [6]. Due to its small volume, the flame ignites and burns stably in an environment of molecular vapors and gases at atmospheric pressure, even at relatively low microwave power < 900 W, which can be obtained from commercially available magnetrons, for example, household microwave ovens. The self-compressed form of the plasma torch has a high specific density of absorbed microwave power < 10 4 W/cm3, comparable to the specific density in the DC arc.
При достаточно высокой скорости истечения струи аргона плазменный факел оторван от сопла, благодаря чему факельный СВЧ разряд относится к категории безэлектродных разрядов. At a sufficiently high flow rate of the argon jet, the plasma torch is torn off from the nozzle, due to which the torch microwave discharge belongs to the category of electrodeless discharges.
Заявляемое устройство, реализующее способ СВЧ - плазменной активации воды работает следующим образом. The inventive device that implements the method of microwave - plasma activation of water works as follows.
Магнетронный генератор 2, служащий источником энергии факельного СВЧ плазмотрона 1 , функционирует в режиме непрерывной генерации. При этом в прямоугольном волноводе 3 возбуждается волна низшего типа ТЕЮ, которая затем преобразуется в волну ТЕМ коаксиального волновода 4. В медную трубку 7, являющуюся центральным проводником коаксиального волновода 4 и заканчивающуюся узким соплом 10, подают плазмообразующий газ (аргон) из баллона сжатого газа 8, струя которого вытекает из сопла 10 с относительно высокой скоростью (расход аргона составляет 3-5 литров в минуту стандартной атмосферы), и в результате ионизации под действием СВЧ поля превращается в плазменный факел 11. The magnetron generator 2, which serves as a source of energy for the torch microwave plasma torch 1, operates in the continuous generation mode. In this case, a wave of the lowest type TEU is excited in the rectangular waveguide 3, which then it is converted into a TEM wave of the coaxial waveguide 4. The copper tube 7, which is the central conductor of the coaxial waveguide 4 and ends with a narrow nozzle 10, is supplied with plasma-forming gas (argon) from a compressed gas cylinder 8, the jet of which flows out of the nozzle 10 at a relatively high speed (flow rate argon is 3-5 liters per minute of a standard atmosphere), and as a result of ionization under the action of a microwave field, it turns into a plasma torch 11.
Инертный газ, например аргон, поступающий через сопло 10 в герметичный объем камеры 13, вытекает из нее в атмосферу через выпускной патрубок 15, конденсатор 16 и вентиль 18. СВЧ мощность магнетрона 2 транслируется в плазменный факел 11 через коаксиальный волновод 4 благодаря емкостной связи между соплом 10 на конце центрального проводника 7 и плазмой факела 11. Плазма факела И оторвана от сопла 10 потоком вытекающей струи аргона, направленная скорость истечения которой на выходе из сопла оказывается больше скорости распространения фронта ионизации, движущегося в факеле навстречу соплу. Герметичная камера 13 заполняется водой до рабочего уровня, определяемого положением датчика 23 относительно плазменного факела И, который может частично погружаться в жидкость. Время воздействия плазмы на обрабатываемую жидкость не ограничено. Для мониторинга характеристик плазменного разряда по оптическим эмиссионным спектрам в диапазоне длин волн 300-1000 нм используется спектрометр 25, например, типа AvaSpec-3648-USB2 (13) с разрешением 0,3 нм. Взаимодействие с водой низкотемпературной плазмы аргона с температурой, достигающей 4000 К, и содержащей высокую концентрацию метастабильно возбужденных атомов Аг* с энергией 11,5-11,7 эВ и временем жизни >1,3 секунды, способно активировать химические реакции в двойном поверхностном слое «вода-пар» с образованием смеси ионов и радикалов: Н-, Н«, ОН» с последующим их преобразованием в ПВ, как и в известном способе контактной плазменной активации воды или водных растворов, описанном выше. An inert gas, such as argon, entering through the nozzle 10 into the sealed volume of the chamber 13, flows out of it into the atmosphere through the outlet pipe 15, the condenser 16 and the valve 18. The microwave power of the magnetron 2 is transmitted to the plasma torch 11 through the coaxial waveguide 4 due to the capacitive coupling between the nozzle 10 at the end of the central conductor 7 and plasma of the torch 11. The plasma of the torch And is torn off from the nozzle 10 by the flow of the outflowing argon jet, the directed velocity of the outflow of which at the outlet of the nozzle is greater than the velocity of propagation of the ionization front moving in the torch towards the nozzle. The sealed chamber 13 is filled with water to the operating level determined by the position of the sensor 23 relative to the plasma torch And, which can be partially immersed in the liquid. The time of plasma exposure to the treated liquid is not limited. To monitor the characteristics of the plasma discharge by optical emission spectra in the wavelength range of 300-1000 nm, a spectrometer 25 is used, for example, of the AvaSpec-3648-USB2 type (13) with a resolution of 0.3 nm. Interaction with water of a low-temperature argon plasma with a temperature reaching 4000 K and containing a high concentration of metastablely excited Ar* atoms with an energy of 11.5-11.7 eV and a lifetime of >1.3 seconds is capable of activating chemical reactions in a double surface layer " water-steam" with the formation of a mixture of ions and radicals: H-, H ", OH" with their subsequent transformation into HP, as in the known method of contact plasma activation of water or aqueous solutions described above.
Ниже приведены примеры реализации способа с помощью опытных образцов устройства по прототипу и заявляемого устройства. Below are examples of the implementation of the method using prototypes of the prototype device and the claimed device.
Пример 1. Проводились испытания опытного образца устройства по прототипу со стабилизацией работы плазмотрона потоком азота. Example 1 A prototype device was tested according to the prototype with the stabilization of the plasma torch by a nitrogen flow.
Использовали магнетрон от бытовой микроволновой печи типа ОМ 75 Р (31), (частота 2,45 ГГц, длина волны 12,24 см, мощность 900 Вт, прямоугольный волновод сечением 45x90 мм2). Давление в камере поддерживалось выше атмосферного р> 1 атм, при этом отработанный аргон выходил в вытяжную вентиляцию. We used a magnetron from a household microwave oven of the type OM 75 R (31), (frequency 2.45 GHz, wavelength 12.24 cm, power 900 W, rectangular waveguide with a cross section of 45x90 mm 2 ). The pressure in the chamber was maintained above atmospheric p > 1 atm, while the spent argon was released into the exhaust ventilation.
При мощности СВЧ генерации 0,9 кВт, расходе аргона- 4,0 л/мин, расходе азота -3 л/мин, проводилась обработка дистиллированной воды объемом 2,7л, при расстоянии от сопла до поверхности воды 2,5 см в течение 3 часов. По данным йодной титриметрии был получен пероксид водорода с концентрацией 2хЮ'3 М, согласно измерениям TDS-3, проводимость 240х10‘6 См/см и pH = 6,0 при температуре воды 20° С. At a microwave generation power of 0.9 kW, an argon flow rate of 4.0 l/min, and a nitrogen flow rate of 3 l/min, distilled water with a volume of 2.7 l was treated at a distance from the nozzle to the water surface of 2.5 cm for 3 hours. According to iodine titrimetry, hydrogen peroxide was obtained with a concentration of 2x10' 3 M, according to TDS-3 measurements, conductivity 240x10' 6 S/cm and pH = 6.0 at a water temperature of 20°C.
Пример 2. Example 2
Проводились испытания опытного образца заявляемого устройства с использованием стабилизации работы плазмотрона дополнительным источником пара. A prototype of the proposed device was tested using the stabilization of the plasma torch with an additional source of steam.
В качестве генератора пара был использован бак емкостью 12 литров, наполненный водопроводной водой объемом 6 литров. Бак нагревался индукционной электроплитой с регулируемой мощностью от 0 до 1800 Вт. На патрубке для выхода пара устанавливался термометр. Фаза нагрева воды с 20° до 98° при мощности электроплиты 1800 Вт продолжалась около 30 минут, и была завершена на 40-й минуте выходом пара при 100° С. Для поддержания необходимого расхода пара мощность плиты нагрева переключалась на 1000 Вт, при которой объем воды, переходящей в пар, составлял 0,33 л/час (9 л/мин). Через 1 - 3 минуты при установлении режима стабильного парообразования, открывали кран, подающий пар в плазмотрон. Камера реактора предварительно наполнялась дистиллированной водой объемом 3,5 литра, расстояние от поверхности воды до сопла - 2,5 см. Термопара, установленная под потоком пара у сопла, для наблюдения роста температуры при подаче пара, через 5 минут, необходимых для разогрева плазмотрона, показывала 100° С. В этот момент плазмотрон был подготовлен к работе: включен накал магнетрона, в сопло подан аргон, расход которого составил -5,0 л/мин. Затем был включен источник высокого напряжения и возникал разряд при мощности СВЧ генерации 0,9 кВт. Испытания показали, что струя плазмы горела стабильно, благодаря стабилизации нисходящим потоком пара. Обработка дистиллированной воды плазмой проводилась в течение 3 часов. Для поддержания воды в камере на установленном уровне за время обработки периодически проводился отбор воды объемом по 60 мл. По данным йодной титриметрии концентрация пероксида водорода в объеме 3,5 л составила 3,1 ИО’3 М (моль/литр). Проводимость по измерениям TDS-3 в остывшем растворе при температуре 20° С составила 7x10'6 См/см, pH =7,9. A tank with a capacity of 12 liters filled with tap water with a volume of 6 liters was used as a steam generator. The tank was heated by an induction electric stove with adjustable power from 0 to 1800 W. A thermometer was installed on the steam outlet. The phase of water heating from 20° to 98° at the electric stove power of 1800 W lasted about 30 minutes, and was completed at the 40th minute with the release of steam at 100° C. To maintain the required steam flow, the power of the heating plate was switched to 1000 W, at which the volume of water turning into steam was 0.33 l/h (9 l/min). After 1 - 3 minutes, when the mode of stable vaporization was established, the tap was opened, supplying steam to the plasma torch. The reactor chamber was preliminarily filled with distilled water with a volume of 3.5 liters, the distance from the water surface to the nozzle was 2.5 cm. showed 100 ° C. At this moment, the plasma torch was prepared for work: the magnetron glow was turned on, in the nozzle was supplied with argon, the flow rate of which was -5.0 l/min. Then the high voltage source was turned on and a discharge occurred at a microwave generation power of 0.9 kW. Tests showed that the plasma jet burned stably, thanks to stabilization by the downward steam flow. Treatment of distilled water with plasma was carried out for 3 hours. To maintain the water in the chamber at the set level during the treatment, water was periodically sampled in a volume of 60 ml. According to iodine titrimetry, the concentration of hydrogen peroxide in a volume of 3.5 l was 3.1 IO' 3 M (mol/liter). The conductivity measured by TDS-3 in the cooled solution at a temperature of 20°C was 7x10' 6 S/cm, pH = 7.9.
Было проведено сравнение данных, полученных при испытаниях согласно представленным примерам, которые показали, что концентрация пероксида водорода в сопоставимых условиях экспериментов в случае стабилизации плазмотрона паром оказалась выше. A comparison was made of the data obtained during tests according to the presented examples, which showed that the concentration of hydrogen peroxide under comparable experimental conditions in the case of stabilization of the plasma torch with steam turned out to be higher.
При этом проводимость обрабатываемого водного раствора при испытаниях опытного образца согласно заявляемому изобретению снизилась в 34 раза, что означает существенное снижение в растворе окислов азота NOx, т.е. до 3% относительно содержания оксидов азота при стабилизации плазмотрона азотом. At the same time, the conductivity of the treated aqueous solution during testing of a prototype according to the claimed invention decreased by 34 times, which means a significant decrease in NOx in the solution of nitrogen oxides, i.e. up to 3% relative to the content of nitrogen oxides when the plasma torch is stabilized with nitrogen.
Заявляемые способ и устройство могут найти широкое применение в различных областях техники, т.к. получаемый в результате их реализации очищенный от примесей пероксид водорода сможет применяться в здравоохранении, медицине, пищевой промышленности, растениеводстве и т.д. При этом заявляемая группа изобретений обеспечивает следующие преимущества по сравнению с решениями, известными в уровне техники: надежную работу СВЧ плазмотрона, исключение многообразных химических реакций в сочетании с другими химическими элементами, кроме водорода и кислорода, высокую эффективность в связи с организацией непрерывного цикла поступления воды с паром и отбора активированной воды (раствора) из установки без остановки процесса СВЧ обработки, сбор попутного водорода, высвобождающегося из воды при получении раствора активированной воды с пероксидом водорода. Ссылочные обозначения. The claimed method and device can be widely used in various fields of technology, because hydrogen peroxide purified from impurities obtained as a result of their implementation can be used in health care, medicine, food industry, crop production, etc. At the same time, the claimed group of inventions provides the following advantages compared to the solutions known in the prior art: reliable operation of the microwave plasma torch, exclusion of various chemical reactions in combination with other chemical elements, except for hydrogen and oxygen, high efficiency due to the organization of a continuous cycle of water supply with steam and the selection of activated water (solution) from the installation without stopping the process of microwave treatment, the collection of associated hydrogen released from the water when receiving a solution of activated water with hydrogen peroxide. Reference designations.
I . СВЧ -плазмотрон I. microwave plasma torch
2. Магнетронный генератор 2. Magnetron generator
3. Прямоугольный волновод 3. Rectangular waveguide
4. Коаксиальный волновод 4. Coaxial waveguide
5. Кварцевая трубка-изолятор 5. Quartz insulator tube
6. Витоновые уплотнительные кольца 6. Viton O-rings
7. Центральный проводник коаксиального волновода7. Central conductor of the coaxial waveguide
8. Баллон сжатого газа 8. Cylinder of compressed gas
9. Редуктор 9. Reducer
10. Сопло 10. Nozzle
I I . Факел I I . Torch
12. Уплотнение из витона 12. Viton seal
13. Герметичная камера 13. Sealed chamber
14. Контур водяного охлаждения камеры 14. Chamber water cooling circuit
15. Патрубок 15. Pipe
16. Конденсатор 16. Capacitor
17. Контур водяного охлаждения конденсатора 17. Condenser water cooling circuit
18. Вентиль 18. Valve
19. Поршень 19. Piston
20. Циркулятор 20. Circulator
21. Поглощающая нагрузка 21. Absorbing load
22. Волноводное ответвление 23. Датчик уровня жидкости 22. Waveguide branch 23. Liquid level sensor
24. Оптически прозрачное окно 24. Optically transparent window
25. Спектрометр 25. Spectrometer
26. Генератор пара 26. Steam generator
27. Регулируемый клапан 27. Adjustable valve
28. Трубопровод 28. Pipeline
29. Регулируемый сливной клапан 29. Adjustable drain valve
Список используемой научно-технической литературы. List of used scientific and technical literature.
1. Н.В. Бабурин, С.В. Белов и др. Гетерогенная рекомбинация в плазме водяных паров как механизм воздействия на биологические ткани// Доклады Академии наук, Физика 2009, том 426, № 4, с. 468-470/ МАИК Наука, Москва. 1. N.V. Baburin, S.V. Belov et al. Heterogeneous recombination in water vapor plasma as a mechanism of action on biological tissues// Reports of the Academy of Sciences, Physics 2009, vol. 426, no. 4, p. 468-470/ MAIK Nauka, Moscow.
2. С.В. Белов, Ю.К. Данилейко и др. Особенности генерации низкотемпературной плазмы в высокочастотных плазменных электрохирургических аппаратах//М. Медицинская техника, № 2, 2011, с. 26- 32/МНТО приборостроителей и метрологов, Москва. 2. S.V. Belov, Yu.K. Danileiko et al. Features of low-temperature plasma generation in high-frequency plasma electrosurgical devices//M. Medical technology, No. 2, 2011, p. 26-32/MNTO instrument makers and metrologists, Moscow.
3. Liu, J. et al. Direct synthesis of hydrogen peroxide from plasma- water interactions. // Scienific Reports. 2016, 6, 38454; doi: 10.1038/srep38454 / Nature Publishing Group, England, London. 3. Liu, J. et al. Direct synthesis of hydrogen peroxide from plasma-water interactions. // Scientific Reports. 2016, 6, 38454; doi: 10.1038/srep38454 / Nature Publishing Group, England, London.
4. G Vilema-Enriquez, A Arroyo, M Grijalva, R I Amador-Zafra, J Camacho Molecular and Cellular Effects of Hydrogen Peroxide on Human Lung Cancer Cells: s // Potential Therapeutic Implications, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Special issue: Reactive Oxygen Species in Cancer Biology and Anticancer Therapy// V. 2016, Article ID 1908164, https://doi.org/10.1155/2016/1908164 /Hindawi, United Kingdom, London. 5. Власов Д.В., Сергейчев К.Ф., Сычев И.А. Применение плазменной СВЧ- горелки в аналитической спектроскопии// Физика плазмы, 2002, т. 28, №5, с. 484- 492/ МАИК Наука, Москва. 4. G Vilema-Enriquez, A Arroyo, M Grijalva, RI Amador-Zafra, J Camacho Molecular and Cellular Effects of Hydrogen Peroxide on Human Lung Cancer Cells: s // Potential Therapeutic Implications, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Special issue: Reactive Oxygen Species in Cancer Biology and Anticancer Therapy// V. 2016, Article ID 1908164, https://doi.org/10.1155/2016/1908164/Hindawi, United Kingdom, London. 5. Vlasov D.V., Sergeychev K.F., Sychev I.A. Application of plasma microwave torch in analytical spectroscopy // Plasma Physics, 2002, vol. 28, no. 5, p. 484-492/ MAIK Nauka, Moscow.
6. Лукина Н.А., Сергейчев К.Ф. Излучение инверсно-заселенных уровней атомарного кислорода в плазме аргонового СВЧ-факела, стимулируемое образованием озона// Физика плазмы, 2008, т. 34, №6. с. 567-572 / МАИК Наука, Москва. 6. Lukina N.A., Sergeychev K.F. Emission of inversely populated levels of atomic oxygen in the plasma of an argon microwave flame, stimulated by the formation of ozone// Plasma Physics, 2008, vol. 34, no. 6. With. 567-572 / MAIK Nauka, Moscow.

Claims

Формула Formula
1. Способ СВЧ-плазменной активации воды для синтеза пероксида водорода, основанный на непрерывной генерации плазмы безэлектродным факельным разрядом, который создают СВЧ плазмотроном, генерирующим в парогазовой среде герметичной камеры направленную струю низкотемпературной плазмы инертного газа, воздействующей на обрабатываемую воду и водяной пар, возникающий в результате испарения поверхностного слоя воды под воздействием газоплазменной струи, отличающийся тем, что создают дополнительный поток водяного пара, который подают в СВЧ плазмотрон коаксиально направленному потоку плазмы инертного газа, осуществляют конденсацию пара в процессе плазменной активации воды, а конденсат направляют в герметичную камеру с обрабатываемым водой. 1. The method of microwave plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide, based on the continuous generation of plasma by an electrodeless torch discharge, which is created by a microwave plasma torch that generates a directed jet of low-temperature inert gas plasma in the vapor-gas medium of a sealed chamber that acts on the treated water and water vapor that occurs in as a result of evaporation of the surface layer of water under the influence of a gas-plasma jet, characterized in that an additional flow of water vapor is created, which is fed into the microwave plasma torch to a coaxially directed flow of inert gas plasma, steam is condensed in the process of plasma activation of water, and the condensate is sent to a sealed chamber with treated water .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют гелий. 2. The method according to p. 1, characterized in that helium is used as an inert gas.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют аргон. 3. The method according to p. 1, characterized in that argon is used as an inert gas.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, направленную струю низкотемпературной плазмы подводят к поверхности водного раствора или частично погружают в него. 4. The method according to claim 1, characterized in that the directed jet of low-temperature plasma is brought to the surface of an aqueous solution or partially immersed in it.
5. Способ по и. 1, отличающийся тем, что поток водяного пара пропускают сквозь плазмотрон по коаксиальному каналу плазмотрона, сформированному кварцевой или керамической трубкой-изолятором. 5. Method according to and. 1, characterized in that the flow of water vapor is passed through the plasma torch through the coaxial channel of the plasma torch, formed by a quartz or ceramic insulator tube.
6. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что конденсацию пара осуществляют в конденсаторе, установленном вертикально над герметичной камерой. 6. The method according to p. 1, characterized in that the steam is condensed in a condenser installed vertically above a sealed chamber.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют регулирование скорости подачи инертного газа, пара, уровня СВЧ мощности разряда и скорости отбора обработанной воды с пероксидом водорода. 7. The method according to claim 1, characterized in that the rate of supply of inert gas, steam, the level of microwave power of the discharge and the rate of withdrawal of treated water with hydrogen peroxide are controlled.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный инертный газ удаляют через конденсатор. 8. The method according to claim 1, characterized in that the spent inert gas is removed through a condenser.
9. Устройство СВЧ-плазменной активации воды для синтеза пероксида водорода способом по п.1, содержащее СВЧ плазмотрон, включающий магнетрон, прямоугольный волновод и коаксиальный волновод, содержащий9. A device for microwave plasma activation of water for the synthesis of hydrogen peroxide by the method according to claim 1, containing a microwave plasma torch, including a magnetron, a rectangular waveguide and a coaxial waveguide containing
20 twenty
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) центральный проводник, причем рабочая часть СВЧ плазмотрона размещена в герметичной камере, и баллон сжатого газа, соединенный с центральным проводником, отличающееся тем, что в него введены парогенератор, соединенный с коаксиальным волноводом плазмотрона, и конденсатор пара, соединенный с герметичной камерой. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a central conductor, wherein the working part of the microwave plasma torch is placed in a sealed chamber, and a compressed gas cylinder connected to the central conductor, characterized in that it contains a steam generator connected to the coaxial waveguide of the plasma torch, and a steam condenser connected to the sealed chamber.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что центральный проводник коаксиального волновода выполнен в виде медной трубки, содержащей сопло для формирования направленной струи плазмообразующего газа. 10. The device according to claim 9, characterized in that the central conductor of the coaxial waveguide is made in the form of a copper tube containing a nozzle for forming a directed jet of plasma-forming gas.
11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что коаксиальный волновод герметично изолирован от прямоугольного волновода кварцевой трубкой- изолятором. 11. The device according to claim 9, characterized in that the coaxial waveguide is hermetically isolated from the rectangular waveguide by a quartz insulator tube.
12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что конденсатор имеет кожухотрубную конструкцию. 12. The device according to claim 9, characterized in that the condenser has a shell-and-tube design.
13. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что конденсатор содержит вентиль для выхода инертного газа в атмосферу. 13. The device according to claim 9, characterized in that the condenser contains a valve for the release of inert gas into the atmosphere.
14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что герметичная камера содержит регулируемый сливной клапан. 14. The device according to claim. 9, characterized in that the sealed chamber contains an adjustable drain valve.
15. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит циркулятор с поглощающей нагрузкой. 15. The device according to claim 9, characterized in that it additionally contains a circulator with an absorbing load.
16. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно содержит систему автоматического управления, выполненную с возможностью регулирования режимов скорости подачи пара, уровня СВЧ мощности разряда и скорости отбора обработанной воды для обеспечения постоянного уровня воды в герметичной камере. 16. The device according to claim 9, characterized in that it contains an automatic control system configured to control the modes of steam supply rate, the level of microwave power of the discharge and the rate of withdrawal of treated water to ensure a constant water level in the sealed chamber.
17. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что герметичная камера содержит датчик уровня воды. 17. The device according to claim. 9, characterized in that the sealed chamber contains a water level sensor.
18. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что герметичная камера содержит оптически прозрачные окна для мониторинга характеристик плазменного факела по оптическим эмиссионным и абсорбционным спектрам, фиксируемым с помощью спектрометров. 18. The device according to claim 9, characterized in that the sealed chamber contains optically transparent windows for monitoring the characteristics of the plasma torch according to optical emission and absorption spectra recorded using spectrometers.
19. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что герметичная камера и конденсатор содержат контуры водяного охлаждения. 19. The device according to claim 9, characterized in that the sealed chamber and the condenser contain water cooling circuits.
21 21
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2021/000594 2020-12-30 2021-12-27 Method and device for the super high frequency plasma activation of water for hydrogen peroxide synthesis WO2022146186A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143888A RU2761437C1 (en) 2020-12-30 2020-12-30 Method for uhf plasma activation of water for synthesising hydrogen peroxide and apparatus for implementation thereof
RU2020143888 2020-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022146186A1 true WO2022146186A1 (en) 2022-07-07

Family

ID=79174553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000594 WO2022146186A1 (en) 2020-12-30 2021-12-27 Method and device for the super high frequency plasma activation of water for hydrogen peroxide synthesis

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2761437C1 (en)
WO (1) WO2022146186A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2352699A1 (en) * 2008-10-28 2011-08-10 Arkema France Method for producing hydrogen peroxide
WO2016061051A1 (en) * 2014-10-13 2016-04-21 Advanced Plasma Solutions Inc. Apparatus for the production of plasma-catalytic enhanced water and method of using the same
RU2016109772A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Игорь Михайлович Пискарев The method of producing oxygenated (oxygen) water
CN109862920A (en) * 2016-06-17 2019-06-07 斯特里弗医疗股份有限公司 Sterilizing, disinfection, sanitized, purification and therapeutic device, system and method
RU2702594C1 (en) * 2018-11-28 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Method for plasma activation of water or aqueous solutions and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2352699A1 (en) * 2008-10-28 2011-08-10 Arkema France Method for producing hydrogen peroxide
WO2016061051A1 (en) * 2014-10-13 2016-04-21 Advanced Plasma Solutions Inc. Apparatus for the production of plasma-catalytic enhanced water and method of using the same
RU2016109772A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Игорь Михайлович Пискарев The method of producing oxygenated (oxygen) water
CN109862920A (en) * 2016-06-17 2019-06-07 斯特里弗医疗股份有限公司 Sterilizing, disinfection, sanitized, purification and therapeutic device, system and method
RU2702594C1 (en) * 2018-11-28 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Method for plasma activation of water or aqueous solutions and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2761437C1 (en) 2021-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5239021B2 (en) Plasma generator and plasma generation method using the same
JP5891341B2 (en) Plasma generating apparatus and method
CN107801286A (en) A kind of microwave plasma excitated system based on dielectric barrier discharge preionization
US7695673B2 (en) Processes and devices for sterilizing contaminated objects
CN111203164B (en) Gas phase reaction buffer chamber based on atmospheric pressure microwave plasma torch
Falahat et al. Optical characteristics of a RF DBD plasma jet in various Ar/O 2 mixtures
US20050205410A1 (en) Capillary-in-ring electrode gas discharge generator for producing a weakly ionized gas and method for using the same
RU2702594C1 (en) Method for plasma activation of water or aqueous solutions and device for its implementation
RU2761437C1 (en) Method for uhf plasma activation of water for synthesising hydrogen peroxide and apparatus for implementation thereof
Lu et al. Characteristic diagnostics of a laser-stabilized high-pressure argon plasma by optical emission spectroscopy
JPS61208743A (en) Ultraviolet treatment device
CN207531150U (en) A kind of microwave plasma excitated system based on dielectric barrier discharge preionization
US10796806B2 (en) First wall conditioning in a fusion reactor vessel
Gamaleev et al. Generation and diagnostics of ambient air glow discharge in centimeter-order gaps
US11133168B2 (en) Method for spectrometry
Barkhudarov et al. Electrodeless microwave source of UV radiation
Seong et al. Effects of operational parameters on plasma characteristics and liquid treatment of a DBD-based unipolar microsecond-pulsed helium atmospheric pressure plasma jet
Sergeichev et al. Physicochemical Activation of Distilled Water by a Jet of Microwave Plasma Argon in an Atmosphere of Water Vapor
JP7130899B2 (en) Plasma device
Huf et al. A microwave-induced plasma between electrodes as a detector for gas and liquid chromatography
US20240153754A1 (en) Method of Using Refractory Metal Arc Electrodes in Sulfur-Containing Plasma Gases and Sulfur Arc Lamp Based on Same
KR102566577B1 (en) Plasma Activated Water Fabrication apparatus using gliding arc plasmatron
Baeva et al. Characterization of atmospheric pressure microwave plasma in N2/O2/H2O gas mixtures
García et al. Spectroscopic study of an expanded argon microwave (2.45 GHz) plasma at atmospheric pressure in a helium environment
Stephens Observation of sputtering at atmospheric pressure

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21915936

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 11/12/2023)