大气压DBD的等离子体实验装置及实验方法

1、大气压DBD的等离子体实验装置及实验方法近二十年来由于工业等离子体化学合成与分解、环境污與治理等方面的需求，同时又由于材料科学和电力电子技术答相关学科也取得了较大的发展，披促进了对DBD等离子体理化特性与应用技术的研究，并很快成为餘温非平衡等离子体研究的个热点。同其它等离子体相比.介质阻抬放电摄大的特点星可以在较大空间内获得高能量、高密度的非平衡等离子体*能够满是髙療量流屋等离子体化学反应的需要.也是堆有可能茯得工业应用的方法之一。特别是近几年*各国筹离子体科学研究者为达到不同的应用和理论研究目标相继发明了多种大气压DBD放电装置。这从某种意义上极大推动了介质阻档理论和基础应用科学的发展，井缩

2、短了从实验室技术到工业生产的距离.D曲等离子休的特性与放电电源和放电结构密切相关.加衰大学者Leilln,等利用介质阻挡放电机理和射额电源设计了大气压薛光等离子体炬（APGDJ.利用惰性咒体氮气和输入几瓦的放电功率，该等离子体矩侵可产生£5師长.宏观气体温度只有50X2,如果通过一个毛细内电极把氧气导入等霸子体地尾渝.便可产生许多氧的活性粒子，故该DBD放电系统很有希望被应用左像皮肤组织、细胞处理等生物领域捷克科学家亡胡a等设计了与上面装置相似的单电极大气压多管等离子体炬并利用平行补偿探针技术和光学诊断发来测量大气压等离子体的电子温度和中性气体温度结果发现氮气的电子温度在27-6刮之

3、何并受射频功率和系统结构影响且中性气体的温度在400-800K之间。尽管真空曙离子体探针测呈电子温度理论不适宜于腐虽大气压等离子体.但经过特定优化和假设得到了谋差在2備左右的电子温度，故该等离子体微观参数诊新研究钮对大气压测量理论基础发展做出了勇敢尝试。GuerraMutis等I,L,也设计了一种新颖大气压DBD薛北等离子体矩.利用60Hz的高压电源和氧气在大压条件下产生APGD违,并便用高压探头和紫外-可叽光光谱仪对等离子琳放电特性和活性粒子进行了研究.该DBD等离子体炬可用来直接降解礁氢化物液体.Chen等*如发现用霾气和中频髙压电源在大气压条件下也可实现大气压条件下髀光鸳离子体的产生*且

4、铮离子体的評光均匀程度与输入功率及氮气气流速度有密切关系*他们命名这种擀光等离子体为大气压D现枪，并使用该等离子体枪对树脂表面进行改性，探究印刷性能的改变。卖验结果发现，未加範气等活性气体的条件下，只改变放电功率和氟流量就可大大提高有机耐脂的衷面能，印剧性能得到明显提高.树脂改性后表面印刷的油蜀增多，未出现不粘现象，而未处理的树脂表面粘瞧非常不均匀，故该放电装置在印刪局部改性方面具有很大的潜在应用价值*除了设计大气压条件下实现DBD辉光等离子建产生的装置外，平SIDBD放电系统研制也是另一个研究热点口Massines等伽'以两平行陶鶴扳柞为弁质放电阻描层井利用频率在200Hz-20kH

5、z连续订谓的奇压电源实现了大气压条呼下汤生故电.他们使用丸甲捱二硅氧烷作为聚合单体，详细的研究了大气压条件下聚合膜的生长机理。Zhang等以全氟甲基环己烷为反应单体，利用平板DBD等离子体发生装畫在硅片等基材上制备了单晶氛碳纳米管。纳米管的直径在60-1200纳米之间。这些新颖的实验装置都存在一定像外电极热量不易及时扩散等设计缺陷，故对APGD装置进一步优化研究是十分有意义的。§2.2本论文实验装畫及方法2.2.1DBD等藹子体污水处理装畫及分析方法可溶性有机污水等离子体处理装盍等离子体中发射出的紫外线对有机污染物也有降解作用，故处理可溶性有机污水时设计了如图2.1所示的DBD污水处

6、理装置.铜棒内电极被聚四氛和陶瓷轴套固定在内径为16毫米的石英放电管中心，且与高压电源的高压输出端相连。导电污水通过一个微型水泵在放电管的外套层和污水漕之间循环并作为放电的外电极与髙压电源的低压输出端连接。氧气、空气等气体经过放电区后通入污水漕。需要特别说明的是为提高活性气体的利用率，我们设计了鼓泡式气体分配器，这会让活性气体与污水内的有机污染物充分接傩，提高单位能耗的污水降解效率。图2.1可溶性有机污水DBD等离子体处理装置在实验过程中，我们主要研究活性气体流量、外电极电导率、放电功率等参数对污水降解的影响.对不同处理条件进行取样，然后通过紫外-可见光波段的紫外光谱仪(Hitachi,U30

7、10)对特定功能团的浓度进行测定，从而研究各放电工艺参数与污水降解率的关系及最佳污水处理工艺。城市污水等离子体处理装置城市污水的特点是成分复杂且悬浮物和沉淀物较多，这会导致污染物在奇压电场的作用下在介质层上沉积而影响正常介质阻挡放电的产生。因此，在处理像城市污水之类的液体污染物时采用图2.2所示的DBD等离子体系统。从图中可明显看出污水只受到等离子体活性尾流气体的作用，氯化钾溶液封闭在放电管的外套中充当放电一极。其它系统配置与处理透明可溶性有机污水的装置相同。根据城市污水的特点，在用DBD等离子体对城市污水处理之前要通过滤网、滤纸对污水样品进行简单的过滤，以便后期的各项分析。不同活性气体、放电

8、参数处理的废水样品除了做紫外-可见光光谱仪测定外,还通过化学滴定法测出污水的化学需氧量(COD),生物需氧量(BOD)；采用电导率仪测定污水导电性能变化；采用高速离心机检测处理前后悬浮物的差异。TeflonFittingsnnerlectrodeGasInletSysteoVIIIITubemjInnerCermnicFittingsOuterLiquidElectrodeJointCpGasDistributor图2.2城市污水DBD等离子体处理装毬示意图2.2.2DBD等离子体废气处理装置图2.3是我们模拟汽车尾气和锅炉烟气同时脱硫脱硝所采用的DBD等离子体处理装置示意图。中心铜棒电极被聚四氟绝缘材料固定在图2.3DBD了离子体废气处淳装龙结构示意图放电管的中心且与高压电源的高压输出端连接。铜棒处干放电管的中心能使介质阻挡放电管内等离子体更加均匀，另一方面可防止局部增强放电导致介质层击穿现象的发生，故会提髙装置的运行时间。O.lmol/L的氯化钾溶液作为外电极并与高压电滾的低压输出端相连。一定配比氮氧化物与活性气体(02,空气)通过浮子流量计和气体分配签进入放电管。在该区域或气体输出管内，氮氧化物与活性粒子产生反应而生成易被吸收的产物。氮化物浓度变化是通过在线时时废气监测仪(Testo360)来测定，该仪器的标准气流流量为l.OL/Min,采集数据间隔为5秒。