[发明专利]一种超声波协同强电离放电生成羟基自由基的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及羟基自由基的生成方法，属于气体电离放电、等离子体化学技术领域。

背景技术

环境是人类生存和发展的物质基础。随着全球工业化的快速发展，环境污染日趋严重，直接影响了人类社会的可持续发展。近年来，先进氧化技术因其独特的优势和巨大潜在的应用前景，引起了学术界的重视，并进行了大量研究工作。先进氧化技术主张从根本上解决环境污染问题，实现零环境污染、零废物排放，且具有高效性、普适性和氧化降解的彻底性等优点。其研究内容是羟基自由基(·OH)的产生及其诱发一系列的链反应，降解有机物、微生物等为CO₂、H₂O和微量无机盐的化学反应过程。该技术是在不断提高·OH产生效率和应用效率的基础上发展起来的。

·OH是一种能净化污染物的强氧化剂，是进攻性最强的化学物质之一，与氟的氧化能力相当，几乎能与所有的生物大分子、有机物和无机物发生不同类型的化学反应；·OH的化学反应属于游离基反应，速度极快，反应后不存在有毒有害的残留物，剩余的·OH最终分解成无公害的H₂O和O₂。·OH的这些先进氧化特性使它能够广泛应用在污水深度处理等方面，是污染治理的绿色药剂。解决先进氧化技术工程化的关键问题是如何制取高浓度、大产量的羟基自由基。产生羟基自由基传统的方法有：过氧化氢法、电子辐射法、光催化法、水激励法等。而常规产生羟基自由基方法存在的问题是：加工羟基自由基时需外加大量的催化剂、氧化剂等，存在二次污染、安全和增加成本等问题；受各种因素制约，多数工艺尚未实现高效、规模化生成高浓度羟基自由基，难以应用到实际污染物处理工程上。目前尚没有采用超声波雾化与强电离放电技术联合生成羟基自由基的相关研究。

发明内容

本发明针对现有羟基自由基产生技术中存在的安全性、成本及实际工程应用等问题，提出一种利用超声波将水雾化、并与氧气混合在强电离放电作用下生成羟基自由基的装置及方法。

本发明装置采用的技术方案是：包括超声波雾化器、阀和流量计，将超声波雾化器的管路和氧气输入管路接入气体混合器的输入端，气体混合器的输出管路连接强电离放电等离子体反应器，电源连接强电离放电等离子体反应器。

本发明方法采用的技术方案是：将液态水经超声波雾化器雾化，雾气与氧气一起进入气体混合器进行混合，然后进入强电离放电等离子体反应器，在高频高压电源的作用下生成羟基自由基。

本发明的有益效果是：

1.能产生浓度为10％～20％的羟基自由基；

2.加工羟基自由基的流程简单、操作方便；

3.采用H₂O、氧气作为绿色原料；对环境无害；

4.不使用外加催化剂及氧化剂等辅助药剂，避免这些药剂使用所带来的二次污染等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明超声波协同强电离放电生成羟基自由基的装置连接示意图。

图中：1.超声波雾化器；2.阀；3.流量计；4.阀；5.流量计；6.气体混合器；7.强电离放电等离子体反应器；8.水；9.氧气；10.高频高压电源；11.羟基自由基。

具体实施方式

如图1，液态水8在超声波雾化器1中，将超声波雾化器1的管路和氧气9输入管路接入气体混合器6的输入端，超声波雾化器1管路上还连接阀2和流量计3，氧气9输入管路上还连接阀4和流量计5。气体混合器6的输出管路连接强电离放电等离子体反应器7，电源10连接强电离放电等离子体反应器7，从强电离放电等离子体反应器7输出的是羟基自由基11。

首先采用超声波雾化器1将液态水8雾化，然后将雾气与氧气9以0.8～2:1的比例进入气体混合器6，混合均匀后，进入强电离放电等离子体反应器7中，电源10将高频高压施加到放电极上，在强电离放电等离子体反应器7中形成强电离放电，在放电作用下强电离放电等离子体反应器7中生成高浓度的羟基自由基11。

超声波是物理介质中的一种弹性机械波，具有聚束、定向、反射及透射等特性。超声波雾化的机理是借助压电晶体的压电作用，将高频电磁振荡转化为液体的机械振动，又由于空化作用使溶液的波头被打散而成雾；而强电离放电则在等离子体反应器7中通过强电场引起氧、水分子的激发、超激发和电离反应，从而产生羟基自由基11。

实施例1