[发明专利]一种等离子体活化水制备装置和方法

说明书

本发明公开了一种等离子体活化水制备装置和方法，涉及等离子体活化水制备领域，解决了现有技术中等离子体活化水制备装置对等离子体能量利用率低以及制备活化水效率较低的技术问题。本发明的等离子体活化水制备装置，包括容器、微气泡发生结构、放电组件、进气组件和进液组件，放电组件用于放电并使微气泡发生结构的微孔内的气体被电离产生等离子体，被电离后的等离子体在微气泡发生结构表面形成微气泡并进入待处理液体中。该装置通过实现气液两相间的微气泡放电，不仅可提高等离子体的能量利用率和气液传质效率，从而大大提高等离子体活化水的制备效率；而且相同条件下还可大大提高制备的活化水中H⁺、NO^2‑、NO^3‑、H₂O₂等活性粒子的浓度。

技术领域

本发明涉及等离子体活化水制备领域，尤其涉及一种等离子体活化水制备装置和方法。

背景技术

近年来，研究人员发现放电等离子体与蒸馏水、生理盐水或自来水等相互作用过程中，一方面会通过气液传质过程将气相放电产生的O₃、NO₂等产物直接扩散溶解于水中，产生H⁺、NO^2-、NO^3-等稳定粒子；另一方面，在等离子体与液体的交界面，等离子体与水反应会产生以·OH为代表的各类强氧化性短寿命自由基，并最终转化为H₂O₂。由于这些活性粒子的存在，使得等离子体处理过的水溶液在杀菌消毒、果蔬清洗、食品保鲜等领域具有广泛的应用前景。

微气泡一般指直径在10μm～50μm范围内的气泡。研究发现微气泡在水中存留时间要长于普通气泡，而且微气泡体积小，比表面积大，因而气液接触面积大，有利于提高气液传质效率。由于微气泡在提高气液传质效率上的显著优势，将放电等离子体与微气泡结合，利用微气泡-水这种混合放电系统，可提高放电等离子体的能量利用效率，提高等离子体活化水的制备效率。

现有技术中公开了一种高效等离子体活化水产生设备，其包括壳体、水容器、等离子体发生器、气泵、水泵和高压电源；等离子体发生器包括地电极、高压电极和介质管；高压电极外层为介质管，介质管外层为地电极，地电极外层是四氟套管作为绝缘层；等离子体发生器一端固定在水容器底部，另一端通过聚四氟乙烯管连接沸石，沸石固定在水容器底部两端，水容器顶部开设有排气口，水容器外部连接水泵，水泵进水管与水容器相连通，水泵出水管可拆卸固定于壳体上；等离子体发生器的地电极和高压电极分别连接高压电源。

然而，申请人发现，传统的等离子体活化水制备装置至少存在如下缺陷：(1)传统的等离子体活化水制备装置都是先进行气相放电产生等离子体，再将电离的气体通入液体中形成气泡，该种方式只能利用等离子体放电产生的长寿命组分，如O₃、NO₂和NO，这些长寿命组分通入水中后只能产生HNO₃和HNO₂，无法生成H₂O₂，导致等离子体活化水的杀菌效果较差，而且该种方式对等离子体的能量利用效率较低；(2)传统的等离子体活化水制备装置虽然能在一定程度上提高活化水的制备效率，但放电主要还是发生在气相，严格意义上说仍不属于气液混相的微气泡放电，使得等离子体与液体的接触面积小，因而在气、液交界面放电产生的H₂O₂和其他自由基的效率较低，气相放电产生的活性气体与液体的传质效率也比较低，导致活化水的制备效率较低。

因此，急需对现有技术中的等离子体活化水制备装置进行改进。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种等离子体活化水制备装置，解决了现有技术中等离子体活化水制备装置对等离子体能量利用率低以及制备活化水效率较低的技术问题。本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：