【摘 要】
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等离子体因其组成粒子丰富、化学活性强等特征,在公共卫生和环保领域日益受到研究者的重视。以空气、氧气等作为载气的等离子体装置和设备在医疗杀菌消毒和工业污水废气处理中开始展露头角。然而,在等离子体在杀菌治污的大部分实践应用中,实际产生的等离子体有效化学活性物种单一,反应效率并不高,这极大制约了等离子体杀菌除污的实际效果。因此,反应活性成分单薄、有效浓度不高成为影响其高效应用的主要问题。针对上述问题,本
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等离子体因其组成粒子丰富、化学活性强等特征,在公共卫生和环保领域日益受到研究者的重视。以空气、氧气等作为载气的等离子体装置和设备在医疗杀菌消毒和工业污水废气处理中开始展露头角。然而,在等离子体在杀菌治污的大部分实践应用中,实际产生的等离子体有效化学活性物种单一,反应效率并不高,这极大制约了等离子体杀菌除污的实际效果。因此,反应活性成分单薄、有效浓度不高成为影响其高效应用的主要问题。针对上述问题,本文以引入气液两相混合物来增加化学活性物种种类及其强度为出发点,对气液两相混合物的产生方法、过程以及引入等离子体后对等离子体组分和状态产生的影响进行了研究。针对这一研究构想,提出将介质阻挡放电（Dielectric barrier discharge,DBD）等离子体激励与饱和碳酸氢钠溶液沸腾管结合,从而在沸腾过程中产生气液两相混合物;从气液两相混合物产生的相变过程和其对等离子体状态的影响两方面展开研究。首先,研究大气压等离子体激励作用下的饱和碳酸氢钠沸腾过程,重点探究沸腾管内DBD放电和气泡演化及其临界现象对产生气液混合物的影响;其次,研究气液两相混合物的注入对目标等离子体的影响,重点探究两者作用过程中等离子体活性物种种类、等离子体密度和产生范围的变化;最后针对DBD放电容性负载和针状容性负载的要求,开展与之匹配的差分电源设计工作,为目标等离子体的产生提供方案。针对目标等离子体内羟基自由基（OH）、高活性N、O等有效成分的产生,本文设计了一种简洁的双电极DBD等离子体加热和气液引入装置。与目标等离子体直接接触液体这种方式相比,这种组合式等离子体激励结构在控制上更加灵活简便,反应效率较高。在对沸腾管内饱和Na HCO3加热汽化研究中,我们发现:气泡主导参与的热量传递和沸腾过程中的DBD正反馈效应加速了气液混合物生成和喷射进程,最大喷射速度可达4000 mm/s;实验中利用光谱诊断和纹影诊断的方法表征了气液两相混合物对目标等离子体密度、范围和引入后高活性物种成分的变化。诊断结果表明:目标等离子体中心电子密度相较引入前降幅约38%,目标等离子体中心最大宽度约为原来4倍;波长为306-312 nm的OH发射光谱强度达到引入前的两倍水平,320-360 nm下的氮分子第二正带（N2Second positive（C-B）system,N2SPS）区域中出现两个显著增长峰,777.2 nm的活性O位置处,其光谱发射强度为引入前的8倍。以上研究结果验证了气液两相混合物引入目标等离子体可以改变其化学活性物种种类和强度的设想,为等离子体中化学活性物种成分单一、反应效率不高问题提供了思路和借鉴。
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