光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，基于单级循环介质阻挡放电水雾合成双氧水，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2‑O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；采用棒状阵列式高压脉冲介质阻挡放电，且通过电气参数调控，调节最佳放电环境，由于棒状阵列式反应器制作简单，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，本装置制取双氧水原料为氯化钠溶液和氧气，易获取，产率高，适用于大规模制取双氧水。

【技术实现步骤摘要】
光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置
本专利技术涉及放电等离子体的环境应用领域，具体涉及一种光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置。
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
专利技术目的：本申请公开一种光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，采用棒状阵列式高压脉冲介质阻挡放电，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。由于棒状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，本装置制取双氧水原料为氯化钠溶液和氧气，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装置。本申请技术方案如下。光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，基于单级循环介质阻挡放电水雾合成双氧水，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2-O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵；数据采集与控制单元包括光谱仪，光谱仪与介质阻挡放电单元相连接；数据采集与控制单元基于光谱仪获得介质阻挡放电单元活性物质的相对产率能效比，基于相对产率能效比调整介质阻挡放电单元放电条件(放电条件包括电源供电电压、调功周期的频率，供电频率以及功率密度)。数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2-O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2-O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过容易存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连，气液分离单元出口与O2-O3分离单元和H2O2分离单元入口相连。气液入口控制单元、气液分离单元、O2-O3分离单元、O2循环单元和H2O2分离单元内设置有阀门；溶液入口控制单元设置有液泵；双氧水发生单元中设置有流量传感器、压力传感器；液源流入气液入口控制单元通过第一阀门V1控制；气液分离单元与H2O2分离单元之间设置第二阀门V2；溶液存储器与气液入口控制单元之间设置第一阀门V3；气源流入气液入口控制单元量通过第四阀门V4控制；H2O2分离单元与H2O2储存器之间设置有第五阀门V5；第六阀门V6控制O2-O3分离单元中分离的O3进入O3储存器中储存；第七阀门V7控制O2-O3分离单元中分离的O2进入O2储存器；第八阀门V8控制O2储存器中O2排出量；液泵M1将液源溶液或者H2O2分离器中分离后剩余溶液循环泵入气液入口控制单元，气泵M2将O2储存器中O2泵入气源中；第一压力传感器PM1与第二压力传感器PM2用于测量雾化喷嘴中的压力，第三压力传感器PM3测量氧气储存器入口处压力；第一流量传感器FM1测量泵入喷嘴中溶液的流速，第二流量传感器FM2测量泵入喷嘴中气体的流速；过滤器F过滤掉溶液中杂质。根据权利要求1所述的光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，工作过程包括以下步骤：S01，打开第一阀门V1通入NaCl溶液或水，同时打开第四阀门V4气源通出O2，打开液泵M1，由液泵M1混合泵入溶液与O2至气液雾化单元的喷嘴处；S02，控制液泵M1与气泵M2分别控制液体与气体压力，调节液泵M1转速与第四阀门V4分别控制液体与气体流量，调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小；S03，过滤器F过滤掉溶液中杂质，气液混合通过喷嘴形成水雾射流，均匀分布于反应区域；S05，保持气液雾化单元的喷嘴打开，使水雾射流均匀分布反应区域且排出容器中空气，打开高压电源激励反应器放电，产生H2O2和O3，同时，通过高压探头，电压电流探头连接示波器光纤探头连接光谱仪调控高压电源输出电压电流以及占空比进行数据采集和控制；S06，气液分离单元产生的O3与O2通过容器口分别进入O2分离器和O3分离器，剩余含有双氧水溶液进入H2O2分离单元中储存；S07，打开第六阀门V6，O3进入O3储存器，打开第七阀门V7，O2-O3分离器中分离出的O2先进入O2储存器，检测压力传感器PM3，待O2储存器中压力与外界大气压有一定压差，打开第八阀门V8和气泵，将O2泵入气源中。S08，待储存一定量的双氧水溶液，打开第二阀门V2进入H2O2分离单元，将双氧水与氯化钠分离并提纯，检测双氧水浓度，若达标则打开第五阀门V5，双氧水进入H2O2储存器中存储；若未达标则继续进行提纯操作，直至达标，剩余溶液通过打开第三阀门V3，循环至溶液入口夜源。介质阻挡放电单元的容器长为L，宽为W，双氧水发生单元中雾化单元高为H1，其中介质阻挡放电单元高为H2，介质阻挡放电单元能够积液的高度为H3，由气液雾化单元的喷嘴形成水雾射流夹角θ以及高度H1，可得：介质阻挡放电单元的棒状阵列式反应器电极间距d，电极与容器间距a，由于电极本身截面直径远远小于容器长宽，可忽略不计，则可得水平面反应器电极数为N1：由电极位置间距及位置关系可得铅锤面电极垂直间距b：b＝cos30°·d(3)则锤面上反应器电极数为N2其满足式(4)关系：介质阻挡放电单元基于棒状阵列式直流正介质阻挡放电或高压脉冲介质阻挡放电，调节输出高压范围为6-30kV；介质阻挡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，基于单级循环介质阻挡放电水雾合成双氧水，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2‑O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵；数据采集与控制单元包括光谱仪，光谱仪与介质阻挡放电单元相连接；数据采集与控制单元基于光谱仪获得介质阻挡放电单元活性物质的相对产率能效比，基于相对产率能效比调整介质阻挡放电单元放电条件；数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2‑O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2‑O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2‑O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过容易存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连，气液分离单元出口与O2‑O3分离单元和H2O2分离单元入口相连。...

【技术特征摘要】
1.光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，基于单级循环介质阻挡放电水雾合成双氧水，包括气液入口控制单元、O2循环单元、双氧水发生单元、数据采集与控制单元、O2-O3分离单元、高压激励单元、气液分离单元、H2O2分离单元、O3储存器、H2O2储存器和溶液存储器；双氧水发生单元包括气液雾化单元和介质阻挡放电单元，O2循环单元包括O2储存器和气泵；数据采集与控制单元包括光谱仪，光谱仪与介质阻挡放电单元相连接；数据采集与控制单元基于光谱仪获得介质阻挡放电单元活性物质的相对产率能效比，基于相对产率能效比调整介质阻挡放电单元放电条件；数据采集与控制单元连接气液入口控制单元、O2循环单元、O2-O3分离单元和H2O2分离单元；气液入口控制单元出口与气液雾化单元的入口相连，高压激励单元出口与介质阻挡放电单元入口相连；双氧水发生单元出口与气液分离单元、数据采集与控制单元入口相连，数据采集与控制单元出口与高压激励单元入口相连；O2-O3分离单元的O2出口与O2储存器入口相连，氧气储存器出口与气泵入口相连，气泵出口与气液入口控制单元上的气源入口相连；O2-O3分离单元的O3出口与O3储存器入口相连；H2O2分离单元的第一出口通过容易存储器与气液入口控制单元的液源入口相连；H2O2分离单元的第二出口与H2O2储存器入口相连，气液分离单元出口与O2-O3分离单元和H2O2分离单元入口相连。2.根据权利要求1所述的光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，液源流入气液入口控制单元通过第一阀门(V1)控制；气液分离单元与H2O2分离单元之间设置第二阀门(V2)；溶液存储器与气液入口控制单元之间设置第一阀门(V3)；气源流入气液入口控制单元通过第四阀门(V4)控制；H2O2分离单元与H2O2储存器之间设置有第五阀门(V5)；第六阀门(V6)控制O2-O3分离单元中分离的O3进入O3储存器中储存；第七阀门(V7)控制O2-O3分离单元中分离的O2进入O2储存器；第八阀门(V8)控制O2储存器中O2排出量；液泵(M1)将液源溶液或者H2O2分离器中分离后剩余溶液循环泵入气液入口控制单元，气泵(M2)将O2储存器中O2泵入气源中；第一压力传感器(PM1)与第二压力传感器(PM2)用于测量雾化喷嘴中的压力，第三压力传感器(PM3)测量氧气储存器入口处压力；第一流量传感器(FM1)测量泵入喷嘴中溶液的流速，第二流量传感器(FM2)测量泵入喷嘴中气体的流速；过滤器(F)过滤掉溶液中杂质。3.根据权利要求1所述的光电检测棒状阵列自动能量适配水雾合成双氧水装置，其特征在于，工作过程包括以下步骤：S01，打开第一阀门(V1)通入NaCl溶液或水，同时打开第四阀门(V4)气源通出O2，打开液泵(M1)，由液泵(M1)混合泵入溶液与O2至气液雾化单元的喷嘴处；S02，控制液泵(M1)与气泵(M2)分别控制液体与气体压力，调节液泵(M1)转速与第四阀门(V4)分别控制液体与气体流量，调控水雾射流的含水率与雾化液滴颗粒大小；S03，过滤器F过滤掉溶液中杂质，气液混合通过喷嘴形成水雾射流，均匀分布于反应区域；S05，保持气液雾化单元的喷嘴打开，使水雾射流均匀分布反应区域且排出容器中空气，打开高压电源激励反应器放电，产生H2O2和O3，同时，通过高压探头，电压电流探头连接示波器光纤探头连接光谱仪调控高压电源输出电压电流以及占空比进行数据采集和控制；S06，气液分离单元产生的O3与O2通过容器口分别进入O2分离器和O3分离器，剩余含有双氧水溶液进入H2O2分离单元中储存；S07，打开第六阀门(V6)，O3进入O3储存器，打开第七阀门(V7)，O2-O3分离器中分离出的O2先进入O2储存器，检测压力传感器(PM3)，待O2储存器中压力与外界大气压有一定压差，打开第八阀门(V8)和气泵(M2)，将O2泵入气源中；S08，待储存一定量的双氧水溶液，打开第二阀门(V2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秉岩，张瑞耕，余仔涵，甘育麟，易恬安，李沁书，徐小慧，
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