本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光增強(qiáng)臭氧合成裝置。
背景技術(shù)：
臭氧在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視，然而，推廣起來卻阻力重重，原因是能效太低。由于大氣壓下電荷運(yùn)動自由程極短，碰撞頻率極高，電場加速電荷距離太短，即使在高電場下電荷也難以獲得很高的能量。因此，電荷的非彈性碰撞頻率遠(yuǎn)低于彈性碰撞頻率，導(dǎo)致大量能量未被用于等離子體化學(xué)反應(yīng)，而是用于加熱氣體，使臭氧合成的能效比低下，嚴(yán)重制約了臭氧技術(shù)的廣泛應(yīng)用。由此可見，提高等離子體放電能效是解決臭氧合成能效低下問題的關(guān)鍵因素。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種臭氧合成能高的光增強(qiáng)臭氧合成裝置。
本發(fā)明提供的光增強(qiáng)臭氧合成裝置，通過在合成臭氧的放電區(qū)發(fā)生高強(qiáng)度光輻射，增強(qiáng)放電區(qū)能量密度和粒子碰撞頻率，可以在不增加裝置系統(tǒng)功率的前提下，增加臭氧合成效率，并分解空氣放電等離子體的副產(chǎn)物氮氧化物，提高了臭氧合成能效比。
本發(fā)明提供的光增強(qiáng)臭氧合成裝置，包括燈管、電極i、電極ii、金屬管、高壓電源和電源適配器，其中，電極i設(shè)置在燈管外管壁上，燈管設(shè)置在金屬管的中軸上，而電極ii設(shè)置在金屬管內(nèi)壁上，高壓電流輸出端分別接電極i和電極ii，電源適配器驅(qū)動燈管工作。
所述的電極i是透明性良好的金屬絲網(wǎng)，繞制在燈管外管壁上，可以讓燈管發(fā)出的光可以有效輻射出來。
所述的電極ii是若干條金屬網(wǎng)帶或者金屬網(wǎng)帶卷，均勻設(shè)置在金屬管內(nèi)壁上，金屬網(wǎng)帶與金屬管軸平行，或者金屬網(wǎng)帶卷與金屬管軸垂直。即電極ii可采用兩種設(shè)置方式，一種是平行于金屬管軸，即金屬網(wǎng)帶軸向設(shè)置在金屬管內(nèi)壁上，與金屬管軸平行；另一種是垂直設(shè)置方式，即圓環(huán)形金屬網(wǎng)帶卷，套在金屬管內(nèi)壁上，圓環(huán)形金屬網(wǎng)帶卷與金屬管同軸設(shè)置，金屬網(wǎng)帶卷的圓環(huán)形平面與金屬管軸垂直。
所述的電極i和電極ii的金屬絲經(jīng)過表面鈍化處理。電極表面經(jīng)過鈍化處理，如鋁合金絲表面陽極氧化處理，可提高表面電阻率，抑制尖端電弧，降低熱效應(yīng)，提高能效，也可抗腐蝕，延長電極壽命。
所述的燈管是一支氣體放電燈管，如低壓汞燈，或者一支設(shè)置有l(wèi)ed燈條的玻璃管。氣體放電燈管輻射光子能量更高，而led燈條的光電效率更高，二者混合使用可滿足不同應(yīng)用案例的需求。
所述的燈管的發(fā)射光譜在1.0-8.0ev之間。
所述的金屬管內(nèi)壁上設(shè)有反光涂層。
所述的高壓電源是交流電源，或者直流電源，或者脈沖電源。
所述的電源適配器是交流電源，或者直流電源，或者脈沖電源。
所述的光增強(qiáng)臭氧合成裝置也是廢氣處理裝置，可應(yīng)用于臭氧合成、廢氣無害化處理和消毒殺菌等領(lǐng)域。
在同軸設(shè)置的電極i和電極ii之間施加高電壓，使電極之間發(fā)生放電，在兩電極之間形成高密度等離子體，設(shè)置在裝置軸心上的大功率燈管向兩電極之間的等離子體區(qū)域投射高強(qiáng)度光子，高密度等離子體與高強(qiáng)度光子高度重疊，協(xié)同作用于通過該區(qū)域的氣體，氧氣源或者廢氣從管狀裝置的一端進(jìn)入，氣流在通過高密度等離子體和高強(qiáng)度光子區(qū)域時，將被等離子體子和光子激發(fā)，如果是無污染的氧氣源，由于沒有淬滅臭氧的反應(yīng)物質(zhì)，將會合成大量臭氧，有高濃度臭氧從裝置的另一端排出；如果是含氧和反應(yīng)性氣體進(jìn)行裝置，則等離子體和光子將優(yōu)先激發(fā)反應(yīng)性強(qiáng)的廢氣，如果也有大量氧氣存在，即使合成了一定深度的臭氧，由于有污染源與臭氧分子反應(yīng)，光催化作用反而增強(qiáng)了臭氧與污染物的反應(yīng)，此時，裝置消耗的能量大部分用于降解污染氣體，從裝置排出的是離解過的廢氣。
上述光增強(qiáng)臭氧合成裝置，通過將半透明的電極i和電極ii分別設(shè)置在同軸設(shè)置的燈管外壁和金屬管內(nèi)壁上，實現(xiàn)了等離子體放電區(qū)與光線輻射區(qū)的高度重合，即集中在金屬管與燈管之間的區(qū)域，在此區(qū)域中，光子與等離子體協(xié)同作用合成臭氧。其原理是，利用光子能量疊加效應(yīng)來增強(qiáng)等離子體對氧分子的分解，即等離子體激發(fā)的帶電粒子、激發(fā)態(tài)原子和分子的能量疊加上光子的能量，使低能電荷（電子和離子）疊加上光子能量后，便達(dá)到電離、激發(fā)氧原子和分子的能量閾值，或者達(dá)到分解氧分子的能量閾值，一方面提高了活化能，另一方面也增大了電離、激發(fā)、分解氧分子的有效碰撞截面，使等離子體中的氧分子加速分解，氧原子濃度提高，即增強(qiáng)了等離子體的產(chǎn)出氧原子的效率，氧原子是合成臭氧的前驅(qū)物，氧原子最終與氧分子合成臭氧；此外，等離子體中的副產(chǎn)物氮氧化物在光催化下轉(zhuǎn)化成臭氧分子。具體來說，光增強(qiáng)臭氧合成原理包括以下三個效應(yīng)：
光子能量疊加效應(yīng)：等離子體中的低能電子協(xié)同光子能量共同作用于氧原子和分子，使其電離、激發(fā)或者分解，增加臭氧合成所需的前驅(qū)物濃度，即提高臭氧合成反應(yīng)速率；
光子碰撞效應(yīng)：高強(qiáng)度的光子參與碰撞過程，使碰撞頻率大幅提高，并且，在等離子體中處于電離態(tài)或者激發(fā)態(tài)的原子和分子吸收光子后具有強(qiáng)反應(yīng)活性和更大的反應(yīng)截面，因此，電離態(tài)或者激發(fā)態(tài)的氧原子和分子有效壽命縮短，合成臭氧的反應(yīng)速率提高；
光子催化效應(yīng)：等離子體中的副產(chǎn)物氮氧化物在光催化下與氧分子碰撞合成臭氧，增加了臭氧合成通道，并且降低了有害副產(chǎn)物氮氧化物的濃度。
所述的光子能量在1.0-8.0ev范圍內(nèi)，高能光子的能量效應(yīng)作用更大，而低能光子也對提高碰撞頻率有貢獻(xiàn)。
附圖說明
圖1為光增強(qiáng)臭氧合成裝置示意圖。
圖中標(biāo)號：1為燈管，2為電極i，3為電極ii，4為金屬管，5為高壓電源，6為電源適配器。
具體實施方式
下面通過具體實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
燈管：在金屬管中軸設(shè)置一支功率為100w的低壓汞燈燈管，燈管直徑25mm，中心波長在253.7nm，燈管被電源適配器驅(qū)動發(fā)光。
電極i：透明性良好的金屬網(wǎng)帶繞制在燈管外管壁構(gòu)成電極i，電極i與800w高壓電源的低壓輸出端連接。
金屬管：金屬管內(nèi)直徑65mm，每支金屬管的內(nèi)壁上均勻設(shè)置有10條金屬網(wǎng)帶充當(dāng)電極ii，網(wǎng)帶平行管軸，金屬管以及金屬網(wǎng)帶與800w高壓電源的高壓輸出端連接。
本實施例裝置應(yīng)用光增強(qiáng)臭氧合成裝置，采用干燥清潔的空氣源做氧氣源時，出口臭氧濃度達(dá)13mg/l，與不設(shè)光增強(qiáng)的臭氧合成裝置(<10mg/l)相比，本實施例的臭氧產(chǎn)率提高了30%，由于更低的熱量和介質(zhì)損耗，能效比顯著提高了35%。