脉冲电晕放电水雾合成双氧水装置设计及参数调控方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了脉冲电晕放电水雾合成双氧水装置设计及参数调控方法，该装置包括气液入口控制单元、气液混合发生单元、高压激励单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元、H2O2分离单元、吸光度检测单元、数据采集与控制单元、以及用于测得气液压力的压力传感器和测得气液流量的流量传感器。本装置采用线线阵列式高压脉冲电晕放电，通过电气参数调控，调节最佳放电环境，在水雾喷雾中建立了非平衡等离子体处理系统，采用喷嘴喷射水雾射流，扩散区域广，处理流量大，由于线线阵列式反应器制作简单，可减小自身电容，减少能耗损失，因此本发明专利技术适用于大规模制取双氧水。

Design and parameter control method for hydrogen peroxide synthesis by pulsed corona discharge water mist

The invention discloses the design and parameter control method of a water mist synthesis hydrogen peroxide device by pulsed corona discharge. The device comprises a gas-liquid inlet control unit, a gas-liquid mixing generating unit, a high-pressure excitation unit, a gas-liquid separation unit, an O2, an O3 separation unit, an O2 circulation unit, an H2O2 separation unit, an absorbance detection unit, and a data acquisition unit. The control unit, the pressure sensor for measuring the pneumatic and hydraulic pressure, and the flow sensor for measuring the pneumatic and hydraulic flow rate. A non-equilibrium plasma treatment system was established in water mist spray by using high voltage pulsed corona discharge with wire-line arrays and adjusting the optimum discharge environment by adjusting the electrical parameters. A water mist jet with a nozzle was used to spray water mist. The diffusion area was wide and the flow rate was large. Therefore, the invention is suitable for large scale production of hydrogen peroxide.

【技术实现步骤摘要】
脉冲电晕放电水雾合成双氧水装置设计及参数调控方法
本专利技术涉及等离子体合成化学品
，尤其涉及脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置和方法。
技术介绍
近年来，放电等离子体的环境应用已成为科学研究的前沿，并成为越来越热门的课题。作为一种高级氧化工艺(AOPs)，放电等离子体具有更显著的特点，相比于生物降解吸收的过程，其具有效率高、速度快的优点。此外，在大气压或更高的气压下可以产生放电等离子体(APP)，不必使用昂贵的真空设备，有更多的经济和应用价值。所以放电等离子体APPs在空气净化、水处理、臭氧合成、表面处理、生物医药、材料改性等领域具有很好的应用前景。空气中的放电等离子体伴随着紫外线(UV)辐射和电子碰撞，可以产生大量的活性物种，例如羟基自由基(OH)，氧自由基(O)，氮氧化物(NOx)，臭氧(O3)和其他活性物种。等离子体在环境应用中，羟基自由基(OH)，氧自由基(O)非常重要。目前，过氧化氢(H2O2)通常被认为是绿色化学中的重要试剂，因为水是H2O2中涉及氧化反应的唯一副产物，且双氧水具有氧化性，是一种重要的化工原料，被广泛应用于纸浆漂白、电子工业、污水处理、化学合成等领域。目前全世界绝大多数的H2O2采用蒽醌法生产，用蒽醌法生产双氧水存在工艺复杂，设备投资大以及环境污染等严重问题。采用钯、金等贵金属负载催化剂将氢氧直接合成H2O2已经有许多研究，但该过程存在着高选择性与高转化率不可兼得，生成的如O2需要分离等弊端。非平衡等离子体已经广泛用于材料处理及环境保护领域，在化学转化及合成领域也有很好的应用前景。用非平衡等离子体活化氢氧分子合成的H2O2虽早在上世纪60年代就有文献报道，但生成H2O2的产率很低。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有非平衡等离子体活化氢氧分子合成H2O2的产率很低的问题。为了实现上述目标，本专利技术采用以下的技术方案：(一)脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：该装置包括气液入口控制单元、气液混合发生单元、高压激励单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元、H2O2分离单元、吸光度检测单元、数据采集与控制单元以及用于测得气液压力大小的压力传感器以及测得气液流量大小的流量传感器；其中，所述气液混合发生单元包含气液雾化单元和电晕放电单元；所述O2循环单元包含O2储存器以及气泵；所述电晕放电单元包括线线式阵列反应器；所述气液雾化单元包括雾化喷嘴；所述高压激励单元包括PDM高压脉冲激励电源；所述装置末端包含O3储存、H2O2储存以及溶液存储；所述气液入口控制单元出口与气液混合发生单元中气液雾化单元入口相连；所述数据采集与控制单元入口与吸光度检测单元、高压激励单元出口相连，所述数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口、液源、电晕放电单元相连；所述数据采集与控制单元中包括中央控制器MCU；所述气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述吸光度检测单元出口与数据采集单元入口相连；所述O2、O3分离单元一个出口与O2循环单元中O2储存器入口相连，所述O2储存器出口与气泵入口相连，所述气泵出口与气液入口控制单元中气源入口相连；所述O2、O3分离单元的另一个出口与O3储存入口相连；所述H2O2分离单元的一个出口与溶液存储入口相连，所述溶液存储的出口与液源入口通过液泵相连；液源的出口连接到气液入口控制单元的入口；H2O2分离单元的另一个出口与H2O2储存入口相连；所述中央调控单元出口分别与气液入口控制单元、O2循环单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述气液入口控制单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元以及H2O2分离单元内设置有阀门；所述溶液入口控制单元与O2循环单元中分别设置有液泵和气泵；所述气液混合发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；所述数字采集与控制单元包含带有电压电流探头的数字示波器。(二)上述装置参数调控的方法，其特征在于：包括以下步骤:(1)打开气液入口单元阀门通入液源，打开气源阀门通入气源，启动液泵驱动器混合泵入溶液存储中的溶液与气源、液源混合至喷嘴处；(2)调节液泵驱动器和气泵驱动器以及液泵转速和阀门来调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小，保持雾化喷嘴打开一段时间；(3)在PDM模式下MCU通过调控可编程AD/DC电源的电压，使可编程AD/DC电源调控PDM高压脉冲激励电源放电时的电源供电电压和占空比；(4)MCU检测线线式阵列反应器的输入端电压电流，计算出其输入电能，通过PDM高压脉冲激励电源的供电电压、电流计算出PDM高压脉冲激励电源的供电电能；MCU根据接受到的数据采集与控制单元处理后的数据，重新利用牛顿爬山算法对高压脉冲电源激励反应器电压进行相应占空比的调控；该步骤具体包括以下步骤：(41)供电电压处理子程序：自动读取数字示波器上存储的“供电电压”采集通道的数据，之后得到供电电压的峰-峰值进行显示输出；(42)放电电流处理子程序：计算运行过程中的平均微放电强度和有效放电总时间；(43)供电能量计算子流程：该部分得到装置运行过程中的单个供电周期的能量平均值和总供电能量；根据得到的数据，进行单个供电周期平均能量；(45)等效参数计算子程序：计算线线式阵列反应器的等效电容；(46)吸光度产率能效比子程序：计算活性物种产率能效比；本专利技术的有益效果：本装置采用线线阵列式高压脉冲电晕放电，且通过电气参数调控，调节最佳放电环境，在水雾喷雾中建立了非平衡等离子体处理系统，采用喷嘴喷射水雾射流，扩散区域广，处理流量大。由于线线阵列式反应器制作简单，可减小自身电容，减少能耗损失，其大面积放电区域可适用于大流量生产，且采用电晕放电，电流小，功耗低。本装置制取双氧水液源优选为去氧化水或超纯水溶液，气源优选为氧气，原料易获取，产率高。本装置适用于大规模制取双氧水，是一种环境友好型的合成H2O2方法。附图说明图1是本专利技术的装置框架图；图2是本专利技术一个具体实施例的装置结构图；图3是本专利技术方法的系统工作流程图；图4是本专利技术一个具体实施例的装置主体结构图；图5是本专利技术一个具体实施例的雾化单元结构示意图；图6是负电极层、正电极层、模组示意图；图7是本专利技术电晕放电反应区结构示意图；图8是电晕放电反应区侧视图；图9是本专利技术一个具体实施例的反应区域截面示意图；图10是本专利技术一个具体实施例的反应器截面示意图；图11整体结构框架图；图12是本专利技术一个具体实施例的参数处理流程图；图13是本专利技术一个具体实施例放电电流处理子程序流程图；图14是本专利技术一个具体实施例供电能量计算子程序流程图；图15是本专利技术一个具体实施例的活性物种相对产率能效比计算子程序流程图；图16是本专利技术的牛顿爬山算法示意图；图17是本专利技术本专利技术一个具体实施例的吸光度检测电路；图18是本专利技术的数据采集与控制单元中的MCU整体结构工作图；图19是调控示意图；图20电磁阀工作原理图。具体实施例为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。(一)构建脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，图2示出了本实施例的装置结构图；在图2本装置采用单级循环电晕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：该装置包括气液入口控制单元、气液混合发生单元、高压激励单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元、H2O2分离单元、吸光度检测单元、数据采集与控制单元以及用于测得气液压力大小的压力传感器以及测得气液流量大小的流量传感器；其中，所述气液混合发生单元包含气液雾化单元和电晕放电单元；所述O2循环单元包含O2储存器以及气泵；所述电晕放电单元包括线线式阵列反应器；所述气液雾化单元包括雾化喷嘴；所述高压激励单元包括PDM高压脉冲激励电源；所述装置末端包含O3储存、H2O2储存以及溶液存储；所述气液入口控制单元出口与气液混合发生单元中气液雾化单元入口相连；所述数据采集与控制单元入口与吸光度检测单元、高压激励单元出口相连，所述数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口、液源、电晕放电单元相连；所述数据采集与控制单元中包括中央控制器MCU；所述气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述吸光度检测单元出口与数据采集单元入口相连；所述O2、O3分离单元一个出口与O2循环单元中O2储存器入口相连，所述O2储存器出口与气泵入口相连，所述气泵出口与气液入口控制单元中气源入口相连；所述O2、O3分离单元的另一个出口与O3储存入口相连；所述H2O2分离单元的一个出口与溶液存储入口相连，所述溶液存储的出口与液源入口通过液泵相连；液源的出口连接到气液入口控制单元的入口；H2O2分离单元的另一个出口与H2O2储存入口相连；所述中央调控单元出口分别与气液入口控制单元、O2循环单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述气液入口控制单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元以及H2O2分离单元内设置有阀门；所述溶液入口控制单元与O2循环单元中分别设置有液泵和气泵；所述气液混合发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；所述数字采集与控制单元包含带有电压电流探头的数字示波器。...

【技术特征摘要】
1.脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：该装置包括气液入口控制单元、气液混合发生单元、高压激励单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元、H2O2分离单元、吸光度检测单元、数据采集与控制单元以及用于测得气液压力大小的压力传感器以及测得气液流量大小的流量传感器；其中，所述气液混合发生单元包含气液雾化单元和电晕放电单元；所述O2循环单元包含O2储存器以及气泵；所述电晕放电单元包括线线式阵列反应器；所述气液雾化单元包括雾化喷嘴；所述高压激励单元包括PDM高压脉冲激励电源；所述装置末端包含O3储存、H2O2储存以及溶液存储；所述气液入口控制单元出口与气液混合发生单元中气液雾化单元入口相连；所述数据采集与控制单元入口与吸光度检测单元、高压激励单元出口相连，所述数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口、液源、电晕放电单元相连；所述数据采集与控制单元中包括中央控制器MCU；所述气液分离单元出口与吸光度检测单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述吸光度检测单元出口与数据采集单元入口相连；所述O2、O3分离单元一个出口与O2循环单元中O2储存器入口相连，所述O2储存器出口与气泵入口相连，所述气泵出口与气液入口控制单元中气源入口相连；所述O2、O3分离单元的另一个出口与O3储存入口相连；所述H2O2分离单元的一个出口与溶液存储入口相连，所述溶液存储的出口与液源入口通过液泵相连；液源的出口连接到气液入口控制单元的入口；H2O2分离单元的另一个出口与H2O2储存入口相连；所述中央调控单元出口分别与气液入口控制单元、O2循环单元、O2、O3分离单元以及H2O2分离单元入口相连；所述气液入口控制单元、气液分离单元、O2、O3分离单元、O2循环单元以及H2O2分离单元内设置有阀门；所述溶液入口控制单元与O2循环单元中分别设置有液泵和气泵；所述气液混合发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；所述数字采集与控制单元包含带有电压电流探头的数字示波器。2.根据权利要求1所述的脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：所述PDM高压脉冲激励电源的调节输出高压范围为6-30kV。3.根据权利要求2所述的脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：所述PDM高压脉冲激励电源的材料选用钨钼合金。4.根据权利要求3任一项权利要求所述的脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：所述线线式阵列反应器的相邻电极间距范围为3.00-9.00cm。5.根据权利要求1所述的脉冲电晕放电水雾合成双氧水的装置，其特征在于：所述雾化喷嘴的水雾射流夹角范围为90°-135°。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沁书，陈秉岩，余仔涵，易恬安，甘育麟，张瑞耕，殷澄，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32