用于制备低温等离子体活化水的DBD反应装置、装备及方法

本发明属于废水处理领域，具体涉及用于制备低温等离子体活化水的dbd反应装置、装备及方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、抗生素废水具有化学需氧量高、可生化性差、毒性大的特点。常规工艺不能有效处理抗生素废水。因此，开发有效的抗生素废水处理技术具有重要的现实意义。

3、等离子体具有大量高能电子、离子和激发态自由基等高化学活性物种。通过声、光、电等物理化学过程在大气压、低温条件下产生的等离子体具有灵活可控、均匀稳定、操作简便等特点。介质阻挡放电(dbd)可利用流场和电场的作用，在高压电源的激励下使等离子体从管口中喷出，形成稳定的等离子体从而对反应物进行处理，能在传统方法达不到的工艺参数条件下进行材料制备和改性，具有广泛的应用前景。

4、利用低温等离子体活性气体处理水得到的低温等离子体活化水中包含许多活性物质，包括羟基自由基、单线态氧、超氧阴离子自由基和过氧化氢等，这些活性物质具有很强的氧化性，能够应用于杀菌、污水处理等。使用dbd反应装置制备低温等离子体活性气体，得到的低温等离子体活化水已被应用于废水处理领域。然而，现有技术中dbd反应装置存在气体无法补充、气液接触面积小、等离子体传播距离远的缺陷，导致等离子体活性粒子产量、气液交换率和化学反应速率低，使得制备出的等离子体活化水产率低，活性粒子含量少，有效时间短，废水处理能力弱。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于制备低温等离子体活化水的dbd反应装置、装备及方法，缩短放电产生等离子体的传播距离，增加活性粒子向水中的扩散路径，提高扩散效率，促进形成具有氧化性的低温等离子体活化水。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种dbd反应装置，包括同轴dbd反应器和活化水反应容器；

4、所述同轴dbd反应器为两层石英玻璃组成的同轴结构，内层石英玻璃内部置放高压电极棒，外层石英玻璃顶部开设进气孔并在周身均匀开设出气孔，外层石英玻璃包裹不锈钢均压网作为接地极；

5、所述活化水反应容器包括容器身和容器盖；

6、所述同轴dbd反应器固定于容器盖上。

7、第二方面，本发明提供了一种低温等离子体活化水制备装备，包括电源系统、上述dbd反应装置、气体控制系统和诊断系统；

8、所述气体控制系统与所述dbd反应装置的进气孔相连，用于调节dbd反应装置中通入反应气体的流量；

9、所述诊断系统用于检测放电产生粒子的发射光谱和放电形成的等离子体活化水的电导率和酸碱度，判断放电产物的组成成分以及不同条件下粒子激发态的相对变化。

10、第三方面，本发明提供了一种低温等离子体活化水制备方法，使用上述低温等离子体活化水制备装备，包括以下步骤：

11、步骤一：将实验用水装入活化水反应容器中，固定同轴dbd反应器，电源系统与高压电极棒相连并连接高压探头和电流线圈，气体控制系统通过气管与进气口相连，保证电路与气路均完整连通；

12、步骤二：打开气瓶与气体流量计，使反应原料气体通入dbd反应器；

13、步骤三：打开电源，施加电压，气体在介质玻璃管之间开始放电，同时放电产生等离子体以气泡形式通入水中与水融合形成等离子体活化水；

14、步骤四：放电时利用诊断系统对放电的电学和光学特性进行监测分析，放电结束后对活化水的特性进行检测分析。

15、本发明取得的有益效果如下：

16、(1)本发明整体装置灵活可控、放电过程均匀稳定、操作方法简便，具有实际工程意义。

17、(2)本发明实现对等离子体的产生、分布以及活性粒子与水的接触反应形成等离子体活化水的过程进行调控。

18、(3)本发明可有效地增强dbd过程中气相与液相中反应活性物质的扩散，提高气液传质比，以求最大化目标污染物的降解速率并提高工艺效率。

技术特征：

1.一种dbd反应装置，其特征在于，包括同轴dbd反应器和活化水反应容器；

2.如权利要求1所述的dbd反应装置，其特征在于，所述出气孔直径为0.5-1.5mm；

3.一种低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，包括电源系统、如权利要求1-2任一项所述的dbd反应装置、气体控制系统和诊断系统；

4.如权利要求3所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，所述电源系统为高频交流源或纳秒脉冲源；

5.如权利要求3所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，所述气体控制系统包括气瓶和气体流量计；

6.如权利要求3所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，所述诊断系统包括电流线圈、高压探头、数字示波器、光谱仪、电导率仪和ph计。

7.如权利要求6所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于所述数字示波器与高压探头和电流线圈相连；

8.如权利要求6所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，所述光谱仪用于检测放电产生粒子的发射光谱，判断放电产物的组成成分以及不同条件下粒子激发态的相对变化。

9.如权利要求6所述的低温等离子体活化水制备装备，其特征在于，所述电导率仪和ph计测量放电形成的等离子体活化水的电导率和酸碱度。

10.一种低温等离子体活化水制备方法，其特征在于，使用权利要求3-9任一项所述的低温等离子体活化水制备装备，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于废水处理领域，具体涉及用于制备低温等离子体活化水的DBD反应装置、装备及方法。本发明提供了一种DBD反应装置，以及由电源系统、上述DBD反应装置、气体控制系统和诊断系统组成的低温等离子体活化水制备装备及低温等离子体活化水制备方法，其中DBD反应装置包括同轴DBD反应器和活化水反应容器，同轴DBD反应器周身开出气孔可以缩短放电产生等离子体的传播距离，使之低损失地通入水中；气孔的数量远大于传统DBD反应器，增加活性粒子向水中的扩散路径，提高扩散效率和气液交换速率，形成具有氧化性的等离子体活化水。

技术研发人员：孙滢,荆琳,张远涛,王晓龙,邹亮,赵彤,刘亚迪,刘晨蕾
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12