【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及等离子体，尤其涉及一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应的装置与方法。
技术介绍
1、氮是生物体必不可少的组成部分，它是氨基酸、蛋白质、核酸等的重要成份，固氮过程与人类生存息息相关。由于氮气分子中的n≡n键非常稳定，空气中的氮元素无法被大多数生物体直接转化利用。生物固氮无法满足社会日益增长的需求，促进了人工固氮的研究和发展。近年来，开发可持续、绿色低碳的固氮技术已经逐渐成为研究热点，主要包括电催化、光催化、生物技术和等离子体技术等。利用这些技术中的氮气还原产生nh3和氮气氧化产生no3-/no2-等反应实现氮气的固定，可以用于生产氨基肥料等用途，其中非热等离子体技术因其具有低温温和和高反应活性等特点而备受关注，并被广泛应用于固氮技术的研究中。
2、n2固定是一个至关重要的过程，非热等离子体固定n2产生的产物通常有两种类型，即nh3和nox，它们是肥料的主要成分，也是农业的必需品。这是由于等离子体中含有大量的高能电子、高活性粒子、激发态物种和自由基，可使在常规条件下不易发生的n2解离等反应在常温常压下进行。此外，等离子体技术在有机废水的处理中也具有广阔的应用前景，等离子体中的高能电子和h2o2、·oh、o3等关键活性物种能够作用于有机废水中有机物分子，发生一系列物理化学反应进而破坏有机物的化学分子结构，实现有机废水的高效降解处理。
3、现已有许多非热等离子体放电系统，包括介质阻挡放电(dielectric barrierdischarge，dbd)、射频放电、辉光放电和微波放电等。与其它的放
4、因此，需要一种基于等离子体辅助co2和n2转化为植物营养元素的液膜反应装置与方法，以实现固氮/固碳(主要由含有co2、ch4气体的气源参与)等离子体化学反应，生成液相含碳氮有机物和有机废水降解的作用。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置与方法，该装置能够在常温常压下，利用常用气体(n2、co2、ch4或o2)、空气和水等为原料，进行液膜-介质阻挡微等离子体放电，在温和的条件下实现固氮/固碳和有机废水降解。该装置结构简单，小巧便携，气体廉价，技术成本低，具有反应速度快、能量效率高的特点，能够利用固氮/固碳过程的产物进行农作物滴灌，提供碳、氮等元素，促进农作物生长。
2、本专利技术的第一个目的在于提供基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，包括电源、介质阻挡微放电装置和液体输入系统；所述介质阻挡微放电装置包括绝缘介质、高压电极和接地电极，所述电源分别与高压电极和接地电极相连；所述液体输入系统包括液体容器和输水管，所述液体容器通过输水管与所述介质阻挡微放电装置的进水端相连；所述介质阻挡微放电装置包括三通式介质阻挡微放电装置、平面式单介质阻挡微放电装置或平面式双介质阻挡微放电装置；所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质为三通管状结构，高压电极设置于绝缘介质内部；所述平面式单介质阻挡微放电装置和平面式双介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质为片状结构。
3、本专利技术的一种实施方式中，所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质包括相互连通的上管段与下管段，三通式介质阻挡微放电装置的高压电极包括相互连通的金属空心圆柱体与空心端头；所述绝缘介质的下管段为液体流动通道，其一侧为进水端，另一侧为出水端；所述高压电极的空心端头架设于绝缘介质的上管段上，空心端头为介质阻挡微放电装置的进气端，所述高压电极的空心圆柱体位于绝缘介质的上管段内部并延伸至绝缘介质的下管段内部；高压电极的空心圆柱体的底部为放电端，其开设有与液体流动方向垂直的开孔；所述接地电极贴设于所述绝缘介质的下管段远离上管段一端的外壁。
4、本专利技术的一种实施方式中，还包括供气系统，所述供气系统包括空气泵、气体瓶和输气管，所述空气泵、气体瓶和输气管之间通过三通管连接，所述输气管的另一端与所述介质阻挡微放电装置的进气端相连，所述输气管设置有气体流量计。
5、本专利技术的一种实施方式中，所述高压电极的空心圆柱体的直径范围为3.0～5.0mm，所述高压电极的空心圆柱体的底部放电端的开孔直径范围为0.5～1.5mm。
6、本专利技术的一种实施方式中，所述平面式单介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质相对布置，所述高压电极与绝缘介质之间的两侧均设置有隔离层垫片，两个所述隔离层垫片之间形成有供液体流动的流动通道，流动通道的一端为介质阻挡微放电装置的进水端，另一端为介质阻挡微放电装置的出水端；所述接地电极设置于绝缘介质底部中心的外壁；所述流动通道为划槽形式、凹槽形式和磨砂形式。
7、本专利技术的一种实施方式中，所述流动通道的宽度范围为1.0～15.0mm；所述绝缘介质的厚度范围为1.0～2.0mm；所述隔离层垫片的材质为玻璃、石英、陶瓷或三氧化二铝。
8、本专利技术的一种实施方式中，所述平面式双介质阻挡微放电装置的两个所述绝缘介质相对布置，其中一个绝缘介质的上方设置高压电极，另一个绝缘介质的下方设置接地电极，两个所述绝缘介质之间的两侧均设置有隔离层垫片，两个所述隔离层垫片之间形成有供液体流动的流动通道，流动通道的一端为介质阻挡微放电装置的进水端，另一端为介质阻挡微放电装置的出水端；所述接地电极设置于其中一个绝缘介质底部中心的外壁，所述高压电极设置于另一个绝缘介质顶部中心的外壁；所述流动通道为划槽形式、凹槽形式和磨砂形式。
9、本专利技术的一种实施方式中，所述电源为高压电源，其输出的电压范围为1.0～5.0kv；所述接地电极为网状、线状或片状，紧贴在绝缘介质外壁，并与高压电源的接地端相连；所述接地电极与高压电极之间的放电间距范围为1.0～10.0mm；所述绝缘介质的材质为玻璃、石英、陶瓷或三氧化二铝，所述高压电极、接地电极的材质为铜、锡、铝、钨、钛、不锈钢或金属合金。
10、本专利技术的第二个目的在于提供一种基于介质阻挡微放电的液膜反应装置的固氮、固碳或降解有机废水方法，所述方法使用了所述的一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，包括以下步骤：
11、步骤1：启动电源，通过空气泵或气体瓶将放电气体输送到三通式介质阻挡微放电装置中的高压电极的空心圆柱体中，或平面式单介质阻挡微放电装置/平面式双介质阻挡微放电装置的流动通道的输入端，放电气体在接地电极与高压电极之间发生介质阻挡放电；
12、步骤2：将反应液体通过输水管从输水端流入，形成均匀的水膜，经过流动通道；
13、步骤3：在反应进行过程中，定时取样并及时补给反应液体。
14、本专利技术的一种实施方式中，所述的反应液体包括去离子水、纯水和有机污染物溶液；所述的步骤2中的反应液体流速流量为5.0～20.0ml/min；所述的步骤1中的放电气体为氩气、氧气、氮气、空气或者其混合的气体，流量为1.0～8.0l/min；控制放电电压在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，包括电源、介质阻挡微放电装置和液体输入系统；所述介质阻挡微放电装置包括绝缘介质、高压电极和接地电极，所述电源分别与高压电极和接地电极相连；所述液体输入系统包括液体容器和输水管，所述液体容器通过输水管与所述介质阻挡微放电装置的进水端相连；所述介质阻挡微放电装置包括三通式介质阻挡微放电装置、平面式单介质阻挡微放电装置或平面式双介质阻挡微放电装置；所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质为三通管状结构，高压电极设置于绝缘介质内部；所述平面式单介质阻挡微放电装置和平面式双介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质为片状结构。
2.根据权利要求1所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质包括相互连通的上管段与下管段，三通式介质阻挡微放电装置的高压电极包括相互连通的金属空心圆柱体与空心端头；所述绝缘介质的下管段为液体流动通道，其一侧为进水端，另一侧为出水端；所述高压电极的空心端头架设于绝缘介质的上管段上，空心端头为介质阻挡微放电装置的进气端，所述高压电极的空心圆柱体位于
3.根据权利要求2所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，还包括供气系统，所述供气系统包括空气泵、气体瓶和输气管，所述空气泵、气体瓶和输气管之间通过三通管连接，所述输气管的另一端与所述介质阻挡微放电装置的进气端相连，所述输气管设置有气体流量计。
4.根据权利要求2所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述高压电极的空心圆柱体的直径范围为3.0～5.0mm，所述高压电极的空心圆柱体的底部放电端的开孔直径范围为0.5～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述平面式单介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质相对布置，所述高压电极与绝缘介质之间的两侧均设置有隔离层垫片，两个所述隔离层垫片之间形成有供液体流动的流动通道，流动通道的一端为介质阻挡微放电装置的进水端，另一端为介质阻挡微放电装置的出水端；所述接地电极设置于绝缘介质底部中心的外壁；所述流动通道为划槽形式、凹槽形式和磨砂形式。
6.根据权利要求5所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述流动通道的宽度范围为1.0～15.0mm；所述绝缘介质的厚度范围为1.0～2.0mm；所述隔离层垫片的材质为玻璃、石英、陶瓷或三氧化二铝。
7.根据权利要求1所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述平面式双介质阻挡微放电装置的两个所述绝缘介质相对布置，其中一个绝缘介质的上方设置高压电极，另一个绝缘介质的下方设置接地电极，两个所述绝缘介质之间的两侧均设置有隔离层垫片，两个所述隔离层垫片之间形成有供液体流动的流动通道，流动通道的一端为介质阻挡微放电装置的进水端，另一端为介质阻挡微放电装置的出水端；所述接地电极设置于其中一个绝缘介质底部中心的外壁，所述高压电极设置于另一个绝缘介质顶部中心的外壁；所述流动通道为划槽形式、凹槽形式和磨砂形式。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述电源为高压电源，其输出的电压范围为1.0～5.0kV；所述接地电极为网状、线状或片状，紧贴在绝缘介质外壁，并与高压电源的接地端相连；所述接地电极与高压电极之间的放电间距范围为1.0～10.0mm；所述绝缘介质的材质为玻璃、石英、陶瓷或三氧化二铝，所述高压电极、接地电极的材质为铜、锡、铝、钨、钛、不锈钢或金属合金。
9.一种基于介质阻挡微放电的液膜反应装置的固氮、固碳或降解有机废水方法，其特征在于，所述方法使用了权利要求1-8任一项所述的一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于介质阻挡微放电的液膜反应装置的固氮、固碳或降解有机废水方法，其特征在于，所述的反应液体包括去离子水、纯水和有机污染物溶液；所述的步骤2中的反应液体流速流量为5.0～20.0mL/min；所述的步骤1中的放电气体为氩气、氧气、氮气、空气或者其混合的气体，流量为1.0～8.0L/min；控制放电电压在1.0～5.0kV之间变化，脉冲频率调节在10.0～16.0kHz之间。
...【技术特征摘要】
1.一种基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，包括电源、介质阻挡微放电装置和液体输入系统；所述介质阻挡微放电装置包括绝缘介质、高压电极和接地电极，所述电源分别与高压电极和接地电极相连；所述液体输入系统包括液体容器和输水管，所述液体容器通过输水管与所述介质阻挡微放电装置的进水端相连；所述介质阻挡微放电装置包括三通式介质阻挡微放电装置、平面式单介质阻挡微放电装置或平面式双介质阻挡微放电装置；所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质为三通管状结构，高压电极设置于绝缘介质内部；所述平面式单介质阻挡微放电装置和平面式双介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质为片状结构。
2.根据权利要求1所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述三通式介质阻挡微放电装置的绝缘介质包括相互连通的上管段与下管段，三通式介质阻挡微放电装置的高压电极包括相互连通的金属空心圆柱体与空心端头；所述绝缘介质的下管段为液体流动通道，其一侧为进水端，另一侧为出水端；所述高压电极的空心端头架设于绝缘介质的上管段上，空心端头为介质阻挡微放电装置的进气端，所述高压电极的空心圆柱体位于绝缘介质的上管段内部并延伸至绝缘介质的下管段内部；高压电极的空心圆柱体的底部为放电端，其开设有与液体流动方向垂直的开孔；所述接地电极贴设于所述绝缘介质的下管段远离上管段一端的外壁。
3.根据权利要求2所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，还包括供气系统，所述供气系统包括空气泵、气体瓶和输气管，所述空气泵、气体瓶和输气管之间通过三通管连接，所述输气管的另一端与所述介质阻挡微放电装置的进气端相连，所述输气管设置有气体流量计。
4.根据权利要求2所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述高压电极的空心圆柱体的直径范围为3.0～5.0mm，所述高压电极的空心圆柱体的底部放电端的开孔直径范围为0.5～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的基于介质阻挡微等离子体放电的液膜反应装置，其特征在于，所述平面式单介质阻挡微放电装置的高压电极与绝缘介质相对布置，所述高压电极与绝缘介质之间的两侧均设置有隔离层垫片，两个所述隔离层垫片之间形成有供液体流动的流动通道，流动通道的一端为介质阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝小龙，毕羚珊，缪龙宇，张传宗，石朝阳，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。