[发明专利]一种窄间隙等离子体放电装置及方法

说明书

本发明公开了一种窄间隙等离子体放电装置，所述装置包括等离子体发生器、外部电源。所述等离子体发生器由内高压电极、外接地电极、石英管、放电通道、支撑件、进出气口、内高压电极上的排气孔组成，其主要特征在于：所述内高压电极处于所述石英管的中心位置，在所述内高压电极靠近所述出气口处分布有若干数量小孔，即所述内高压电极上的排气孔；所述外接地电极覆盖在所述石英管外表面；所述内高压电极、所述外接地电极从所述石英管内外分别引出导线与所述外部电源的两极连接；所述放电通道是所述内高压电极与所述石英管之间非常窄的、等间距的间隙。本装置产生等离子体的情况可以通过电源参数和气体流速进行调节，以用于废水降解等水处理领域。

技术领域

本发明涉及一种窄间隙等离子体放电装置及方法，具体为构建脉冲强电离介质阻挡放电装置及方法，以用于废水降解等水处理领域。

背景技术

随着经济的快速发展，各种污染物对人类的生存环境及身体健康状况带来很大影响。改革开放以来，我省的经济建设取得巨大成就，GDP保持了较快的增速。在经济快速增长的同时，环境污染问题亦不能忽视。工业废水、燃煤烟气和汽车尾气是导致环境破坏的主要污染物来源。以废水为例，工业废水是水域的重要污染源，特点是量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化且很难处理。

目前，国际上废水常用处理方法可按其作用分为四大类，即物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。如常规的几种主要物理/化学方法有电解、紫外线（UV）和臭氧。这几种方法应用都较为广泛，然而，这几种处理方法，都各自存在各种各样的问题。例如：电解法中较高的能耗以及电解副产物 NAClO的产生；UV 照射法中较长的处理时间（30~100 s）以及生物体的再生；相比较而言，臭氧法是水处理中最为有效的，但臭氧处理的同时会对设备产生明显的腐蚀增强。这些技术上的不足，使得目前所使用的传统水处理工艺不能从根本上满足废水短时间、低成本、无二次污染的处理要求。高级氧化技术（AOPs）以产生羟基（•OH）为标志，目前在饮用水处理领域逐渐成为研究热。但由于AOPs 在工业化技术上要求的反应条件较为苛刻，设备投资大，处理费用较高，且仅适用于高浓度、小流量的废水处理，难以在工程上进行规模化应用。

目前气体在强电离条件下的介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）及其在水处理、消毒杀菌中的应用，已经受到广泛关注，并已取得较好的效果。如白敏冬教授课题组高效利用强电离放电产生的强氧化剂羟基自由基快速杀灭海洋有害生物，使水处理成本大幅降低。DBD可以在大气压下产生稳定的低温等离子体，与其它低温等离子体产生方法相比，更适合于大规模工业化生产，在废气处理、废水处理、烟气除硫、杀菌消毒、材料表面改性、有机物氧化处理、薄膜沉积等领域，已经引起了许多研究者的高度关注。但传统的DBD放电由于放电间隙较大而使相当多的能量消耗在离子迁移上而使气体电离不够充分，却导致反应器温度升高。利用大气压强电场电离放电，可使电子加速并具有较高能量(10eV)，进而使气体分子发生离解、重组等物理化学过程，达到使气体充分电离的目的。

通常强电离条件下的DBD在高频交流供电下进行，能耗仍然较高。而脉冲DBD由于脉宽小，脉冲前沿上升时间短，其能量基本上不消耗在对产生自由基无用的离子加速迁移上，而是作用在自由电子上，使其具有形成高活性自由基所需的能量而获得更多的自由基等活性物质，从而提高放电效率，降低成本。

发明内容

强电场放电是通过窄间隙的介质阻挡气体放电来实现，要求具有很薄的阻挡介质和很窄的放电间隙，但是获得很窄的放电间隙在制作过程中要求也会更高。本发明的目的在于利用一种结构简单、耗能少的窄间隙等离子体发生器来构建脉冲强电离介质阻挡放电系统，以用于废水降解等水处理领域。