專利名稱：一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及羥基自由基的生成方法，屬于氣體電離放電、等離子體化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重, 直接影響了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，先進(jìn)氧化技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大潛在的 應(yīng)用前景，引起了學(xué)術(shù)界的重視，并進(jìn)行了大量研究工作。先進(jìn)氧化技術(shù)主張從根本上解 決環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)零環(huán)境污染、零廢物排放，且具有高效性、普適性和氧化降解的徹 底性等優(yōu)點(diǎn)。其研究?jī)?nèi)容是羥基自由基(，OH)的產(chǎn)生及其誘發(fā)一系列的鏈反應(yīng)，降解有 機(jī)物、微生物等為C02、 H20和微量無(wú)機(jī)鹽的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。該技術(shù)是在不斷提高，OH產(chǎn)生效 率和應(yīng)用效率的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
OH是一種能凈化污染物的強(qiáng)氧化劑，是進(jìn)攻性最強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)之一，與氟的氧化能 力相當(dāng)，幾乎能與所有的生物大分子、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物發(fā)生不同類型的化學(xué)反應(yīng)；，OH的化 學(xué)反應(yīng)屬于游離基反應(yīng)，速度極快，反應(yīng)后不存在有毒有害的殘留物，剩余的 OH最終分 解成無(wú)公害的仏0和02。
OH的這些先進(jìn)氧化特性使它能夠廣泛應(yīng)用在污水深度處理等方面， 是污染治理的綠色藥劑。解決先進(jìn)氧化技術(shù)工程化的關(guān)鍵問(wèn)題是如何制取高濃度、大產(chǎn)量 的羥基自由基。產(chǎn)生羥基自由基傳統(tǒng)的方法有過(guò)氧化氫法、電子輻射法、光催化法、水
激勵(lì)法等。而常規(guī)產(chǎn)生羥基自由基方法存在的問(wèn)題是加工羥基自由基時(shí)需外加大量的催 化劑、氧化劑等，存在二次污染、安全和增加成本等問(wèn)題；受各種因素制約，多數(shù)工藝尚
未實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)模化生成高濃度羥基自由基，難以應(yīng)用到實(shí)際污染物處理工程上。目前尚 沒(méi)有采用超聲波霧化與強(qiáng)電離放電技術(shù)聯(lián)合生成羥基自由基的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有羥基自由基產(chǎn)生技術(shù)中存在的安全性、成本及實(shí)際工程應(yīng)用等問(wèn)題， 提出一種利用超聲波將水霧化、并與氧氣混合在強(qiáng)電離放電作用下生成羥基自由基的裝置 及方法。
本發(fā)明裝置采用的技術(shù)方案是包括超聲波霧化器、閥和流量計(jì)，將超聲波霧化器的 管路和氧氣輸入管路接入氣體混合器的輸入端，氣體混合器的輸出管路連接強(qiáng)電離放電等 離子體反應(yīng)器，電源連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器。
本發(fā)明方法采用的技術(shù)方案是將液態(tài)水經(jīng)超聲波霧化器霧化，霧氣與氧氣一起進(jìn)入 氣體混合器進(jìn)行混合，然后進(jìn)入強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器，在高頻高壓電源的作用下生 成羥基自由基。
本發(fā)明的有益效果是
1. 能產(chǎn)生濃度為10% 20%的羥基自由基；
2. 加工羥基自由基的流程簡(jiǎn)單、操作方便；
3. 采用&0、氧氣作為綠色原料；對(duì)環(huán)境無(wú)害；
4. 不使用外加催化劑及氧化劑等輔助藥劑，避免這些藥劑使用所帶來(lái)的二次污染等問(wèn)題。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的裝置連接示意圖。 圖中l(wèi).超聲波霧化器；2.閥；3.流量計(jì)；4.閥；5.流量計(jì)；6.氣體混合器；7.強(qiáng)電離放 電等離子體反應(yīng)器；8.水；9.氧氣；IO.高頻高壓電源；ll.羥基自由基。
具體實(shí)施例方式
如圖1，液態(tài)水8在超聲波霧化器1中，將超聲波霧化器1的管路和氧氣9輸入管路 接入氣體混合器6的輸入端，超聲波霧化器1管路上還連接閥2和流量計(jì)3，氧氣9輸入 管路上還連接閥4和流量計(jì)5。氣體混合器6的輸出管路連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7， 電源10連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7，從強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7輸出的是羥基 自由基ll。
首先采用超聲波霧化器1將液態(tài)水8霧化，然后將霧氣與氧氣9以0. 8 2 : 1的比例進(jìn) 入氣體混合器6，混合均勻后，進(jìn)入強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7中，電源10將高頻高壓 施加到放電極上，在強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7中形成強(qiáng)電離放電，在放電作用下強(qiáng)電 離放電等離子體反應(yīng)器7中生成高濃度的羥基自由基11 。
超聲波是物理介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，具有聚束、定向、反射及透射等特性。超聲 波霧化的機(jī)理是借助壓電晶體的壓電作用，將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為液體的機(jī)械振動(dòng)，又由 于空化作用使溶液的波頭被打散而成霧；而強(qiáng)電離放電則在等離子體反應(yīng)器7中通過(guò)強(qiáng)電
場(chǎng)引起氧、水分子的激發(fā)、超激發(fā)和電離反應(yīng)，從而產(chǎn)生羥基自由基ll。 實(shí)施例1
超聲頻率為1. 7MHz土l(m的超聲波霧化器1輸出的霧氣流量通過(guò)閥2及流量計(jì)3控制， 最大霧化率》4mL/min，將氧氣9的流量通過(guò)閥4及流量計(jì)5控制，兩管路匯集處的霧氣與 氧氣的流量比值為0.8 : 1;強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7中的放電為窄間隙強(qiáng)電離氣體放 電，反應(yīng)器中的放電折合電場(chǎng)強(qiáng)度要求大于380Td。羥基自由基11的濃度通過(guò)調(diào)節(jié)電源10 的電壓、頻率及放電間隙等參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。羥基自由基測(cè)定時(shí)，以苯為清除劑，并用高效液 相色譜法進(jìn)行測(cè)定，產(chǎn)生羥基自由基11的濃度達(dá)到12. 5%。 實(shí)施例2
超聲頻率為1. 7MHz土10免的超聲波霧化器1輸出的霧氣流量通過(guò)閥2及流量計(jì)3控制， 最大霧化率^4mL/min,將氧氣9的流量通過(guò)閥4及流量計(jì)5控制，兩管路匯集處的霧氣與 氧氣的流量比值為1. 5 : 1;強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7中的放電為窄間隙強(qiáng)電離氣體放 電，反應(yīng)器中的放電折合電場(chǎng)強(qiáng)度要求大于380Td。羥基自由基11的濃度通過(guò)調(diào)節(jié)電源10 的電壓、頻率及放電間隙等參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。羥基自由基11濃度達(dá)到17.3%。 實(shí)施例3
超聲頻率為1. 7MHz士10y。的超聲波霧化器1輸出的霧氣流量通過(guò)閥2及流量計(jì)3控制， 最大霧化率》4mL/min，將氧氣9的流量通過(guò)閥4及流量計(jì)5控制，兩管路匯集處的霧氣與 氧氣的流量比值為1 : l;強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器7中的放電為窄間隙強(qiáng)電離氣體放電， 反應(yīng)器中的放電折合電場(chǎng)強(qiáng)度要求大于380Td。羥基自由基11的濃度通過(guò)調(diào)節(jié)電源10的 電壓、頻率及放電間隙等參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。羥基自由基11濃度達(dá)到14.2%。
權(quán)利要求
1.一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的裝置，包括超聲波霧化器(1)、閥和流量計(jì)，其特征是將超聲波霧化器(1)的管路和氧氣(9)輸入管路接入氣體混合器(6)的輸入端，氣體混合器(6)的輸出管路連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器(7)，電源(10)連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的裝置，其特征是: 超聲波霧化器(1)管路上連接閥(2)和流量計(jì)(3)，氧氣(9)輸入管路上連接閥(4) 和流量計(jì)(5)。
3. —種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的方法，其特征在于生成羥基自由基的步 驟是將液態(tài)水(8)經(jīng)超聲波霧化器(1)霧化，霧氣與氧氣(9) 一起進(jìn)入氣體混合器(6)進(jìn)行混合，然后進(jìn)入強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器(7)，在高頻高壓電源(10)的作 用下生成羥基自由基(11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的方法，其特征是 超聲波霧化器(1)的超聲頻率為1.7MHz±10%，最大霧化率》4mL/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的方法，其特征是: 進(jìn)入氣體混合器(6)的霧氣與氧氣的流量比值為0.8 2: 1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的方法，其特征是: 強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器(7)中的放電為窄間隙強(qiáng)電離氣體放電，放電折合電場(chǎng)強(qiáng)度 大于380Td。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波協(xié)同強(qiáng)電離放電生成羥基自由基的裝置及方法，將超聲波霧化器的管路和氧氣輸入管路接入氣體混合器的輸入端，氣體混合器的輸出管路連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器，電源連接強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器。將液態(tài)水經(jīng)超聲波霧化器霧化，霧氣與氧氣一起進(jìn)入氣體混合器進(jìn)行混合，然后進(jìn)入強(qiáng)電離放電等離子體反應(yīng)器，在高頻高壓電源的作用下生成羥基自由基。本發(fā)明能產(chǎn)生濃度為10％～20％的羥基自由基，加工流程簡(jiǎn)單、操作方便；采用H₂O、氧氣作為綠色原料；對(duì)環(huán)境無(wú)害；不使用外加催化劑及氧化劑等輔助藥劑，避免這些藥劑使用所帶來(lái)的二次污染等問(wèn)題。
文檔編號(hào)B01J19/08GK101367031SQ20081015693
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者儲(chǔ)金宇, 吳春篤, 波 張, 寧 李, 趙如金 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)