利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于化學品制備技術領域，具體涉及利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置。本實用新型裝置由脈沖功率電源、蓄水池、可拆卸式外壁結構、超聲波霧化器、陣列式放電電極、出氣導流風扇和水霧凝結結構構成。本實用新型利用超聲波霧化器產生水霧；利用入氣孔、出氣導流風扇和裝置整體封閉的結構，形成一個從下向上的氣流，在通入氧氣的同時，攜帶霧狀水滴向上通過放電區域；在等離子體的作用下，發生雙介質阻擋放電，產生過氧化氫。本實用新型以水為原料，制備過程簡單、安全，并且在制備過氧化氫的生產過程中不產生任何污染物，真正做到了綠色氧化劑在大宗化學品生產技術清潔化。本實用新型也適用于過氧化氫在日常、工業和醫用領域的靈活制備。
【專利說明】
利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于化學品制備技術領域，具體涉及利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置。
【背景技術】
[0002]過氧化氫俗稱雙氧水，是一種無色透明的液體，對有機物有很強的氧化作用，一般作為氧化劑使用。由于發生氧化還原反應后不產生任何污染產物，過氧化氫又被譽為綠色氧化劑和最清潔的化工產品。過氧化氫主要應用于化學合成、環境、醫療和半導體材料等領域，可起到殺菌消毒和去除表面雜質的作用。此外，高濃度的過氧化氫也可以用作火箭動力燃料。
[0003]目前，工業規模化生產過氧化氫的主流方法是2-乙基蒽醌法(EAQ)。蒽醌法雖然技術成熟，但是制備過程復雜，涉及加氫、氧化、萃取、濃縮凈化和工作液及2-乙基蒽醌的循環利用等過程，存在設備投資大、生產成本過高等問題。此外，在蒽醌法制備過氧化氫的過程中會產生大量化學污染，有違綠色氧化劑在大宗化學品生產技術清潔化方面的應用前景。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種成本低，綠色、安全地制備過氧化氫的裝置。
[0005]本實用新型以水為原料，利用等離子體放電技術，并結合超聲波霧化技術，制備得到過氧化氫。本實用新型可應用于日常、工業和醫用過氧化氫的靈活制備，具有“隨開隨用”的特點。將制備的過氧化氫與水進行任意比例混合，可得到任意濃度的雙氧水，滿足殺菌消毒的需求。本實用新型能夠簡化雙氧水的配置過程，避免在雙氧水儲存和運輸過程中遇到的問題，降低額外成本。
[0006]本實用新型提出的利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置，采用等離子體雙介質阻擋放電技術。該裝置由脈沖功率電源、蓄水池、外壁、超聲波霧化器、陣列式放電電極、出氣導流風扇和水霧凝結結構構成。其中:
[0007]所述外壁圍成一長方體空間，構成裝置的反應腔;外壁的中部連接處為可拆卸式結構，該可拆卸式部分把反應腔分為下層的蓄水池和上層的放電區域兩部分；
[0008]所述脈沖功率電源用于對裝置提供放電條件；
[0009]所述陣列式放電電極由金屬細棒制成，其外層以尺寸合適的石英玻璃管緊密包裹;陣列式放電電極位于裝置的反應腔內部，形成放電區域；
[0010]陣列式放電電極分為高壓電極和地電極兩部分，高壓電極連接脈沖功率電源，地電極接地，兩種電極均勻交錯排列，分別從反應腔相對的兩個外壁交錯接入；
[0011]陣列式放電電極的具體數量可根據產量需求和脈沖功率電源的電參數進行調節；
[0012]所述外壁的中部連接處為可拆卸式結構，該可拆卸式部分把反應腔分為下層的蓄水池和上層的放電區域兩部分。上下兩部分連接處為階梯狀結構，使上層放電區域能夠穩固地套在下層蓄水池上，并且可拆卸；
[0013]所述蓄水池底部中間挖有凹槽，所述超聲波霧化器固定在該凹槽中；
[0014]蓄水池相對的兩個外壁頂部附近各設置有一個入氣孔；用于向反應腔內通入氧氣；
[0015]在陣列式放電電極上方相對的兩個外壁上各設置一個所述的出氣導流風扇，出氣導流風扇外套一個水霧凝結結構，用于收集裝置制備出的過氧化氫水溶液；
[0016]所述水霧凝結結構的底面采用兩邊高中間低的斜坡結構。
[0017]利用本實用新型裝置制備過氧化氫的流程為:
[0018](I)將超聲波霧化器放入蓄水池底部的凹槽中固定，并在蓄水池中倒入適量清水；
[0019](2)利用可拆卸式外壁結構，將上層放電區域套在蓄水池上；
[0020 ] (3 )將陣列式放電電極的高壓電極接到脈沖功率電源上，地電極接地；
[0021](4)打開出氣導流風扇，并從入氣孔通入氧氣，在反應腔內形成一個富氧環境；
[0022](5)打開脈沖功率電源和超聲波霧化器，開始反應，其中脈沖功率電源的具體電參數和超聲波霧化器產生水霧的速度可根據過氧化氫的實際生產需求進行調節；
[0023](6)利用入氣孔、出氣導流風扇和裝置整體封閉的結構，形成一個從下向上的氣流，在通入氧氣的同時，攜帶微米量級的霧狀水滴向上通過放電區域；
[0024](7)在等離子體的放電作用下，水分子中的氫氧鍵斷裂，分解為羥基自由基和活性氫原子;在富氧環境下，被等離子體激發的活性氧原子搶先和還原性更高的活性氫原子結合，生成水、羥基自由基或超氧化氫，而水分子中剩余的羥基自由基則兩兩組合生成過氧化氫;在正常環境下，羥基自由基和超氧化氫化學性質相當不穩定，會在極短的時間內，自發分解為水、氧氣和過氧化氫；
[0025](8)利用水霧凝結結構，將被出氣導流風扇從裝置中吹出的過氧化氫霧滴迅速聚合，方便收集過氧化氫溶液。
[0026]本實用新型中使用超聲波霧化器對水進行了霧化處理。接通電源后，超聲波霧化器以水的固有頻率進行振動，引起水分子共振，從而將其拋出水面，形成可懸浮于空氣的霧狀小水滴，極大地提升了水分子與氧氣的接觸面積，加快過氧化氫制備速率的同時，有效提升了裝置對電能的利用效率。與加熱霧化法相比，超聲波霧化法利用物理共振的原理對水進行霧化，避免了將水加熱沸騰的過程，能夠節省90%的能源。這種霧化方式既能避免氯離子等水中雜質在加熱過程中逸出水面，對過氧化氫的生成過程起到抑制作用，又能避免了過氧化氫在高溫條件下易分解的問題，能夠有效提高過氧化氫的產率。
[0027]本實用新型的優勢在于以水為原料，通過等離子體的雙介質阻擋放電來制備過氧化氫。相比于目前工業規模化生產過氧化氫的主流方法2-乙基蒽醌法(EAQ)，本發明具有制備過程簡單、安全的特點，能夠靈活制備過氧化氫的特點，真正做到隨開隨用，避免雙氧水在儲存、運輸過程中遇到的問題。本發明在制備過氧化氫的生產過程中不產生任何污染物，真正做到了綠色氧化劑在大宗化學品生產技術清潔化。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型整體結構示意圖的徑向側視圖。
[0029]圖2為本實用新型整體結構示意圖的橫向側視圖。
[0030]圖3為本實用新型陣列式放電電極頂層的俯視圖。[0031 ]圖4為本實用新型可拆卸式外壁結構的三維斜視圖。
[0032]圖中標號:I為蓄水池底部凹槽，2為超聲波霧化器，3為可拆卸式外壁結構，4為陣列式放電電極的地電極部分，5為水霧凝結結構，6為蓄水池，7為陣列式放電電極的高壓電極部分，8為導流水管，9為出氣導流風扇，10為入氣孔，11為陣列式放電電極外層包裹的石英玻璃管。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0034]實施例:
[0035]本實施例中，裝置外殼由有機玻璃制成，由可拆卸式外壁結構分為下層蓄水池和上層放電區域兩部分。其具體加工參數為:
[0036]I)上下兩部分反應腔的橫截面積都為100mm X 100mm;
[0037]2)蓄水池前后兩個相對外壁的頂端各有一個入氣圓孔；
[0038]3)蓄水池側壁頂端均做成內側長外側短的階梯狀結構，與上層放電區域對應，使上層放電區域能夠穩固地套在下層蓄水池上；
[0039]4)蓄水池底部中央挖出圓柱形凹槽，固定超聲波霧化器的位置；
[0040]5 )陣列式放電電極每層6根高壓電極、7根地電極，共8層;高壓電極和地電極均勻交錯排列，分別從左右兩壁插入并固定;放電電極由細銅棒制成，外層以石英玻璃管緊密包裹，構成雙介質阻擋放電；
[0041]7)高壓電極和地電極末端分別以預先打孔的銅片和螺母加以固定，形成分別并聯的結構;將高壓電極連接到脈沖功率電源;地電極接地；
[0042]8)在放電區域上方前后兩個相對的外壁上，各安裝一個出氣導流風扇；
[0043]9)水霧凝結結構整體封閉，擋板正對風扇，底部為兩邊高中間低的斜坡結構，液體只能從導流水管流出，方便收集。
[0044]本實例裝置的具體操作步驟如下:
[0045]I)將超聲波霧化器放入蓄水池底部的凹槽中固定，并在蓄水池中倒入適量清水；
[0046]2)將上層放電區域套在蓄水池上，并正確連結電路；
[0047]3)打開出氣導流風扇，并從入氣孔通入氧氣，形成一個從下向上的定向氣流；
[0048]4)等候5分鐘，在反應腔內形成一個富氧環境；
[0049]5)打開脈沖功率電源，將電壓調至適當電壓(15kV?35kV)，形成穩定、均勻的雙介質阻擋放電；
[0050]6)打開超聲波霧化器，生產微米量級的水霧；彌散在蓄水池頂部的水霧被入氣孔中通入的氧氣流攜帶，向上通過陣列式放電電極構成的放電區域；
[0051]7)在等離子體的放電作用下，水分子中的氫氧鍵斷裂，分解為羥基自由基和活性氫原子;在富氧環境下，被等離子體激發的活性氧原子搶先和還原性更高的活性氫原子結合，生成水、羥基自由基或超氧化氫，而水分子中剩余的羥基自由基則兩兩組合生成過氧化氫;在正常環境下，羥基自由基和超氧化氫化學性質相當不穩定，會在極短的時間內，又自發分解為水、氧氣和過氧化氫；
[0052]8)經過反應生成的過氧化氫水霧繼續被從下向上的氣流攜帶，離開反應區域；
[0053]9)被出氣導流風扇抽出反應腔的過氧化氫水霧，在水霧凝結結構的擋板上凝結成大液滴的過氧化氫水溶液，順著底面斜坡流入導流水管，流出裝置。
【主權項】
1.一種利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置，其特征在于由脈沖功率電源、蓄水池、外壁、超聲波霧化器、陣列式放電電極、出氣導流風扇和水霧凝結結構構成;其中: 所述外壁圍成一長方體空間，構成裝置的反應腔;外壁的中部連接處為可拆卸式結構，該可拆卸式部分把反應腔分為下層的蓄水池和上層的放電區域兩部分； 所述脈沖功率電源用于對裝置提供放電條件； 所述陣列式放電電極由金屬細棒制成，其外層以石英玻璃管緊密包裹；陣列式放電電極位于裝置的反應腔內部，形成放電區域； 陣列式放電電極分為高壓電極和地電極兩部分，高壓電極連接脈沖功率電源，地電極接地，兩種電極均勻交錯排列，分別從反應腔相對的兩個外壁交錯接入； 所述蓄水池底部中間挖有凹槽，所述超聲波霧化器固定在該凹槽中； 蓄水池相對的兩個外壁頂部附近各設置有一個入氣孔;用于向反應腔內通入氧氣； 在陣列式放電電極上方相對的兩個外壁上各設置一個所述的出氣導流風扇，出氣導流風扇外套一個水霧凝結結構，用于收集裝置制備出的過氧化氫水溶液。2.根據權利要求1所述的利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置，其特征在于所述陣列式放電電極的具體數量根據產量需求和脈沖功率電源的電參數進行調節。3.根據權利要求1所述的利用等離子體放電制備過氧化氫的裝置，其特征在于所述水霧凝結結構的底面采用兩邊高中間低的斜坡結構。
【文檔編號】C01B15/01GK205603215SQ201620285178
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】劉克富, 徐迪, 邱劍, 郝春靜
【申請人】復旦大學