一种水力空化协同高浓度活性氧制备羟自由基的方法

摘要

一种水力空化协同高浓度活性氧制备羟自由基的方法，属于气体放电与环境保护应用技术领域，该方法通过采用分区激励式大气压平板等离子体反应器阵列，在大气压微流注与微辉光交替促成放电模式下规模化地产生包含O₃、O₂⁺、O₂^-等活性粒子的高浓度活性氧，结合水力空化气液混溶技术将高浓度活性氧高传质效率地注入到水中，在与水充分混溶过程中依靠水力空化效应产生的瞬态高温高压促进活性氧转化羟自由基反应的高效进行，并依靠羟自由基链反应维持其存在，依此实现羟自由基的规模化产生，进而为高级氧化水处理工程应用提供一种水力空化协同高浓度活性氧制备羟自由基的方法。

主权项

一种水力空化协同高浓度活性氧制备羟自由基的方法，其特征在于，该方法通过高浓度活性氧发生系统(G)和水力空化气液混溶系统(L)实现；其中，高浓度活性氧发生系统(G)用于将氧气转化为浓度不低于120g/m³、产量不低于200g/h的高浓度活性氧；水力空化气液混溶系统(L)用于将高浓度活性氧发生系统(G)制备的高浓度活性氧高传质效率地注入到水中，并依靠水力空化效应促进高浓度活性氧转化羟自由基反应的进行；高浓度活性氧发生系统(G)包括气体预处理装置、大气压平板等离子体反应器阵列、高频高压分区激励电源、冷却液循环装置和活性氧检测仪；其中，气体预处理装置包括空压机(4)、富氧机(5)、气体电磁阀(6)、气体流量计(7)和气体压力表(8)，用于将空气富集成氧气含量高于90％的富氧，并脱除空气中的水分，干燥的富氧作为原料气体输出给大气压平板等离子体反应器阵列(1)；大气压平板等离子体反应器阵列(1)由大气压平板等离子体反应器通过串联和并联的方式组合而成，每个串联组合包含的大气压平板等离子体反应器的数量由需要输出的活性氧浓度决定；大气压平板等离子体反应器并联组合数量由需要输出的单位时间内活性氧产量决定，依据Y＝X(17.5a+13)计算，其中，a为串联组合的级数，X为单位时间内活性氧产量，Y为并联组合数量，计算结果取整数；大气压平板等离子体反应器阵列(1)由高频高压分区激励电源驱动；高频高压分区激励电源由一个高频逆变控制装置(2)和若干个小型高频高压变压器(3)组成，小型高频高压变压器(3)的数量与大气压平板等离子体反应器阵列(1)中的大气压平板等离子体反应器单元模块数量相同，一个小型高频高压变压器(3)驱动一个单元模块；高频逆变控制装置采用半桥式IGBT功率变换技术或全桥式IGBT功率变换技术实现；小型高频高压变压器(3)的输入端通过功率输出汇流母线与高频逆变控制装置(2)连接，小型高频高压变压器(3)的高压输出端采用不低于50kV的高压软电缆与大气压平板等离子体反应器的高压端子相连；小型高频高压变压器3的磁芯采用饱和磁通密度大于0.4T的U型铁氧体磁芯，一次绕组和二次绕组分别布置在U型铁氧体磁芯的两柱上，设计最高驱动功率不高于400W，驱动频率为5～20kHz，最高输出电压控制在5～10kV；冷却液循环装置(10)用于控制大气压平板等离子体反应器的工作温度，根据需要冷却液的温度设定在0～10℃之间；大气压平板等离子体反应器阵列(1)需要设置两路活性氧输出通道，输出的高浓度活性氧用以满足水力空化混溶器(12)对活性氧气体输入工艺的需要；水力空化气液混溶系统(L)包括水力空化气液混溶器(12)、加压泵(13)、手动阀(14)、液体压力表(15)、液体流量计(16)、入水口(17)、引发剂入口(18)及富含羟自由基的水溶液出口(19)；水力空化气液混溶器(12)用于将水中局域压强降低到某一临界压强以下，并在水中产生大量的微小空穴，微小空穴通过不断重复压缩、反弹、溃灭，消失的过程，产生瞬态高温和高压促进羟自由基生成反应的进行。