[发明专利]一种可穿戴式等离子体降解危险化学品的装置及方法

说明书

本发明提出了一种可穿戴式等离子体降解危险化学品的装置及方法，该装置主要由纳米摩擦发电机、等离子体发生器和导线三部分组成。其中，纳米摩擦发电机依靠摩擦起电和静电感应原理利用人体运动将机械能转化为电能，从而驱动等离子体发生器产生等离子体；基于表面介质阻挡放电原理的等离子体发生器置于防护服表面上，以空气作为工作气体，在低电压下产生等离子体，对防护服表面危险化学品进行降解。本发明一种可穿戴式等离子体降解危险化学品的装置及方法的优点是不需要外接电源、简单便携可穿戴、成本低且安全有效，自驱动产生等离子体实现对防护服表面残余或渗透的危化品的高效降解，提高防护服使用的安全性，在生物安全领域也具有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及危险化学品安全领域，具体而言，涉及一种采用纳米摩擦发电机驱动的、可穿戴的表面等离子体降解危险化学品的装置及方法。

背景技术

近年来，危险化学品产量日益增加，在生产、经营、储存、运输和使用过程中发生的泄漏事故也不断增多。在进行应急处置过程中，应急人员要穿戴防护服第一时间深入现场作业，但是目前所用的防护服仅有物理隔离作用，只具备“被动”防御功能，在长时间暴露于危险化学品或者高浓度危险化学品环境中，残留气体的吸附或者渗透会对人体产生危害。本发明提出一种穿戴于防护服表面可对所接触的危险化学品进行降解的装置及方法，赋予防护服“主动”防御功能。

传统危险化学品降解技术主要有物理法、化学法等，存在效率低、腐蚀重、环境危害大等弊病。如过氧化物消毒技术降解危险化学品具有低毒、环境危害小的优点，但是反应慢、产生有毒中间产物亟待解决；光催化法降解危险化学品效率高、危害小，但是催化剂易失活、反应选择性差需要改进。

低温等离子体是一种新型高级氧化技术，已应用于生物医学、材料改性、废水处理等领域，被公认为一种绿色、清洁、高效的处置技术。中国专利CN106620762A公开了一种超薄射流与等离子体组合式洗消净化方法及其装置，通过液体输送管输送的洗消液与气体输送管输送的等离子体在双源喷头处汇流进行洗消，此装置能将等离子体携带的动量传递给洗消液并较好地维持等离子体的抑菌效果；中国专利CN105163476A公开了一种等离子体放电装置，此装置可应用于大气条件下消除一氧化氮、二氧化三氮、金属汞等有毒成分，增加气体内的含氧自由基含量，其结构简单、操作容易、易维护；中国专利CN105491782A提供了一种处理化工有害气体的等离子体装置，化工有害气体受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质，其装置结构简单合理且效率高，电能消耗低；中国专利CN109401786A提供了一种处理医疗废物的等离子体装置，其密闭式进料装置能够防止医疗废物的病菌、病毒等传染性物质扩散，但此装置只适用于固体密闭填料处理。尽管等离子体在危化品领域表现出高效的降解效率，但存在的主要问题是：激励产生低温等离子体所需电源电压较高，电源体积庞大，这在一定程度上限制了其应用。

纳米摩擦发电机基于摩擦起电效应和静电感应效应，实现自驱动供电，具有结构设计灵活、成本低廉等优点，有望作为等离子体的自驱动电源。中国专利CN1076124148公开了一种纳米摩擦发电机及其制备方法和应用，此装置可实现在复杂形状物体上的附着，并能收集能量进行传感；中国专利CN110661444A提出了基于纳米摩擦发电机的可持续高压源及其应用，此装置通过两个摩擦结构的相互转动持续输出直流电应用于电子仪器、电解实验等；文章(NATURE COMMUNICATIONS|DOI:10.1038/s41467-018-06198-x)中首次报道了纳米摩擦发电机驱动的等离子体研究，但由于所激励的为微等离子体，放电面积较小，且放电装置为射流式，需采用惰性气体作为工作气体，限制了其应用。由于等离子体产生的电压较高，因此如何降低等离子体击穿电压是当前的应用难点。

发明内容