[发明专利]氮氧化物模式与臭氧模式相结合的放电等离子体消毒装置

说明书

本发明公开了一种氮氧化物模式与臭氧模式相结合的放电等离子体消毒装置及方法，消毒装置中，第一甲电极和第一乙电极在第一电压下生成第一等离子体气体，第一等离子体气体以氮氧化物为主导产物；第二甲电极和第二乙电极在第二电压下生成第二等离子体气体，第二等离子体气体以臭氧为主导产物；活性气体混合腔室连接入口以混合第一等离子体气体和第二等离子体气体形成混合活性气体。混合活性气体可直接用于消毒灭菌，或者先处理水溶液，再用等离子体活化水消毒灭菌。

技术领域

本发明属于等离子体消毒领域，特别是一种氮氧化物模式与臭氧模式相结合的放电等离子体消毒装置及方法。

背景技术

病原微生物广泛地存在于我们的日常生活当中，我们时时刻刻接触着各种微生物，病原微生物感染已经成为威胁人类健康安全的重要因素，人们对高效的环境消毒和食品保鲜方法也有着巨大的需求。如何安全高效地实现体内抗感染和环境消毒一直是我们探索的问题。目前，最常用的抗感染方式是抗生素疗法，最常用的环境消毒方式是化学消毒剂。然而，抗生素药物存在耐药性和二重感染问题；传统的化学消毒剂通常存在难降解并会对环境造成污染等问题。因此，研发一种对人体安全、无毒副作用并对环境友好的微生物杀灭方法十分重要。

近年来，大气压冷等离子体技术在环境保护，生物医疗，材料改性和化工生产等领域被广泛的研究，使用等离子体杀菌消毒被证明有着广阔的应用前景。放电产生的等离子体气相活性粒子通过一系列溶解或者化学反应在水中生成H₂O₂、ONOOH、NO、OH等液相活性粒子，这些物质剂量不大，通常低于1mM的量级，却能对许多细菌、病毒有很好的杀灭效果。控制好剂量的等离子体可以在杀灭细菌的同时不对人体细胞造成伤害。与传统的消毒方式相比，使用等离子体消毒具有杀菌效率高、不易产生耐药性、无毒副作用和无环境污染等优点。

通常的等离子体消毒模式有氮氧化物主导模式放电和臭氧主导模式放电两种。产生的活性气体与水溶液反应生成的等离子体活化水能够有效去除水中的有机污染物与病原微生物。臭氧模式主要产生臭氧，氮氧化物模式主要产生低价态氮氧化物如NO和NO₂，二者对功率密度、气体温度非常敏感，例如：这两种模式常在气体温度介于40-60摄氏度之间发生模式转化。

臭氧模式用于消毒灭菌的主要问题是臭氧溶解度低，虽然在空气中能够产生高浓度臭氧，但是液态溶液中臭氧浓度低，对细胞膜渗透能力弱，限制了其灭菌能力。而氮氧化物模式用于消毒灭菌的主要问题是低价态的NO和NO₂灭菌活性低。单独使用其中一种模式的等离子体不易实现高灭菌效率。

在特定条件下，可以产生臭氧模式与氮氧化物模式的“过渡态”模式，若采用氮氧化物模式放电和臭氧模式放电的过渡态模式放电，生成的等离子体活性气体在水中的溶解性会极大地提高，并产生大量的对杀菌起关键作用的高价态氮氧化物，如NO₃和N₂O₅。但由于该模式下放电处于过渡态模式放电，过渡态对气体温度、气流速度、功率密度等非常敏感，难以稳定控制，从而容易向氮氧化物主导模式放电或臭氧主导模式放电转化，维持该模式放电的稳定对装置的功率密度控制和放电温度的控制有着极高的要求，这会大大增加等离子体消毒商业化制备的成本，装置的稳定性差，且活性粒子的产率不高。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容