一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的放电模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的放电模块，包括放电单元封装板、套接在放电单元封装板进气端的通气元件Ⅰ和套接在放电单元封装板出气端的通气元件Ⅱ；放电单元封装板包括密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ，密封板件Ⅰ的下表面具有凹槽Ⅰ，密封板件Ⅱ的上表面具有与凹槽Ⅰ相对应的凹槽Ⅱ，凹槽Ⅰ与凹槽Ⅱ相对设置且通过两者的槽壁顶部将密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ贴合为一体；凹槽Ⅰ与凹槽Ⅱ所围空间内设有放电单元。本发明专利技术通过在附有薄片金属电极的介质板Ⅰ下表面和/或栅状金属电极表面镀一层半导体薄膜，以含氧气体为气源下，其较大的表面积可在与等离子体接触的过程中通过一系列多相反应进一步促进臭氧的合成。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块
本专利技术涉及一种臭氧合成模块，尤其涉及一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块。
技术介绍
臭氧作为一种公认的绿色强氧化剂，被广泛地应用于污水处理、空气净化等工农业生产中，且效果显著。近来，随着工农业生产的飞速发展，需应对的环境污染问题也趋于严重，这相应地增加了臭氧的需求量，因而对臭氧发生器的臭氧合成性能提出了更高的要求。就目前常用的介质阻挡放电臭氧发生器而言，增大反应器尺寸以及合理地设计电极结构均可有效地提高臭氧产量。但虽然反应器尺寸增大后使臭氧产量明显提高且该方法在工农业生产中也较为常用，然而对于需进行现场臭氧处理的应用来说，反应器尺寸的增加则会明显加大臭氧发生器的操作及运输难度。因而，为了研发高臭氧合成效率的中小型臭氧发生器以方便现场应用，在较小的反应器尺寸下，通过改变电极结构来提高臭氧合成是非常有效的手段。
技术实现思路
鉴于现已有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块。本专利技术具有较小的尺寸，其电极结构为一薄片金属电极附着在一介质板的上表面，一栅状金属电极与该介质板下表面相对并附着在另一介质板的上表面，两个介质板之间形成放电间隙，相较于传统的电极结构，该新颖的电极排布方式可在放电过程中显著地提高臭氧合成浓度和效率。相较于传统的沿面放电或体相放电的电极结构，本专利技术所采用的新颖电极结构之所以具有更高的臭氧合成效率，其主要原因在于放电特性的不同。交流电源供能时，本专利技术采用的电极结构在放电过程中除了可以在放电空间产生常规的体相微放电通道外，也可沿着栅状电极条的边缘产生大量的微放电通道，从而出现栅状电极处的电流脉冲叠加的现象，形成了更高的放电电流。也就是说，本专利技术的电极结构在放电过程中出现了类似于混合放电的放电特性。就臭氧合成而言，相同条件下，沿面放电的臭氧合成效果要好于体相放电，这是因为沿面放电可以产生较高密度的微放电以及较弱的臭氧分解反应。因本专利技术可同时形成体相放电和沿面放电，这就使得在相同的输入功率下，本专利技术可产生更高密度的微放电以及更强的电场强度，从而产生更多的等离子体活性物种，进而促进更多的氧分子(O2)解离出氧原子(O)以及臭氧合成反应，显著地提高臭氧浓度和效率(反应式1-2)。此外，本专利技术通过在附着板状电极的介质板的下表面和栅状金属电极表面镀一层半导体薄膜，该薄膜具有较小的厚度，避免了介质层厚度的增加，减少了能量的介质损耗，在以含氧气体为气源的放电过程中，显著地催化促进了臭氧的合成反应，进一步提高了臭氧浓度和效率。这是因为处于电场中的半导体薄膜具有较大的表面积，一方面其可提供足够多的活性位点与放电等离子体接触，从而吸附大量的O2于其表面上(反应式3)，而这些附着的氧分子(O2(ad))接下来可以通过反应式4非常容易地与O反应生成臭氧；同时，O2(ad)还可以与O-和反应从而释放出O和电子e(反应式5-6)，进而又推进了反应1-4，提高了臭氧合成效率；O2→O2(ad)(3)O2(ad)+O→O3(ad)→O3(4)另一方面，半导体薄膜的表面可充当第三物种(M)通过反应式7(反应式2的补充)加速臭氧的合成，或者通过表面碰撞使O(1D)转变为O(3P)(反应式8)，减少了O(1D)对臭氧的分解作用(反应式9-10)，大量的O(3P)则通过反应式2和4促进了臭氧合成。O(1D)+O3→2O2(9)O(1D)+O3→O2+O+O(10)再者，本专利技术的电极结构具有非常小的放电间隙，这不仅在放电过程中能够最大程度地提高电场强度，使得更多的O2解离出O以促进臭氧合成反应1-2；同时还使得半导体薄膜能够充分地与放电等离子体区中的反应物种接触，通过多相反应3-7进一步增加臭氧合成。另外，本专利技术采用镀膜的方式将半导体材料添加到介质层表面或栅状金属电极表面上，相较于浸渍或涂层方式，使得半导体膜的致密性好，附着力强，在臭氧合成放电过程中的稳定性高，从而延长了臭氧发生器模块的使用寿命。最后，需要说明的是，半导体材质也是有选择性的，即并不是所有的半导体材质形成的薄膜均可对臭氧合成产生催化促进作用。正如反应式7-8所示，TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2以及CeO2等半导体材料均可在本专利技术电极结构下于含氧气体的放电过程中显著地提高臭氧合成；而MnO、Ag2O等一些半导体薄膜不仅不会促进臭氧合成，反而会催化臭氧分解，导致反应器的臭氧浓度和效率下降。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块，包括放电单元封装板、套接在所述放电单元封装板进气端的通气元件Ⅰ和套接在所述放电单元封装板出气端的通气元件Ⅱ；所述通气元件Ⅰ的一端具有与所述放电单元封装板进气端相匹配的密封腔体Ⅰ，所述通气元件Ⅰ的另一端具有进气孔，所述进气孔通过气体缓冲区腔体Ⅰ与所述密封腔体Ⅰ连通；所述通气元件Ⅱ的一端具有与所述放电单元封装板出气端相匹配的密封腔体Ⅱ，所述通气元件Ⅱ的另一端具有出气孔，所述出气孔通过气体缓冲区腔体Ⅱ与所述密封腔体Ⅱ连通；所述放电单元封装板通过与所述密封腔体Ⅰ和所述密封腔体Ⅱ紧密结合与所述通气元件Ⅰ和所述通气元件Ⅱ紧密组装为一体；所述放电单元封装板包括密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ，所述密封板件Ⅰ的下表面具有凹槽Ⅰ，所述密封板件Ⅱ的上表面具有与所述凹槽Ⅰ相对应的凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ相对设置且通过两者的槽壁顶部将所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ贴合为一体；所述放电单元封装板进气端具有进气狭缝，所述进气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅰ与所述进气孔连通，所述进气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的进气槽；所述放电单元封装板出气端具有出气狭缝，所述出气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅱ与所述出气孔连通，所述出气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的出气槽；所述进气狭缝和所述出气狭缝均与所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间连通；所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间内设有放电单元；所述放电单元与电源连接；所述电源采用高压交流电源。气源能够在常压下无碍地依次通过所述进气孔、所述气体缓冲区腔体Ⅰ、所述进气狭缝、所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间、所述出气狭缝、所述气体缓冲区腔体Ⅱ和所述出气孔；所述气源为含氧气体，如纯氧或一种除了氧气外还含有氮气、氩气、氦气、氖气等其中一种或多种的混合气体；所述放电单元包括位于所述凹槽Ⅰ槽底的介质层Ⅰ和位于所述凹槽Ⅱ槽底的介质层Ⅱ；所述介质层Ⅰ和所述介质层Ⅱ之间构成放电间隙；所述介质层Ⅰ上表面附有薄片金属电极；所述介质层Ⅱ上表面附有栅状金属电极；所述介质层Ⅰ下表面和/或所述栅状金属电极表面镀有一层半导体薄膜；所述薄片金属电极和所述栅状金属电极分别连接所述电源相反的两端。所述介质层Ⅰ和介质层Ⅱ的材质均为高纯度氧化铝板或氧化锆板。所述栅状金属电极和所述薄片金属电极的材质相同，均为钛或不锈钢材质。所述介质层Ⅰ和所述介质层Ⅱ之间的间隙(放电间隙)在0.1mm～3mm。所述半导体薄膜的材质为TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2或CeO2，其厚度为0.01～0.1mm。所述半导体薄膜采用镀膜的方式形成，所述镀膜的方式包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、液相沉积法或热解法。所述半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块，其特征在于，包括放电单元封装板、套接在所述放电单元封装板进气端的通气元件Ⅰ和套接在所述放电单元封装板出气端的通气元件Ⅱ；所述通气元件Ⅰ的一端具有与所述放电单元封装板进气端相匹配的密封腔体Ⅰ，所述通气元件Ⅰ的另一端具有进气孔，所述进气孔通过气体缓冲区腔体Ⅰ与所述密封腔体Ⅰ连通；所述通气元件Ⅱ的一端具有与所述放电单元封装板出气端相匹配的密封腔体Ⅱ，所述通气元件Ⅱ的另一端具有出气孔，所述出气孔通过气体缓冲区腔体Ⅱ与所述密封腔体Ⅱ连通；所述放电单元封装板包括密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ，所述密封板件Ⅰ的下表面具有凹槽Ⅰ，所述密封板件Ⅱ的上表面具有与所述凹槽Ⅰ相对应的凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ相对设置且通过两者的槽壁顶部将所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ贴合为一体；所述放电单元封装板进气端具有进气狭缝，所述进气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅰ与所述进气孔连通，所述进气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的进气槽；所述放电单元封装板出气端具有出气狭缝，所述出气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅱ与所述出气孔连通，所述出气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的出气槽；所述进气狭缝和所述出气狭缝均与所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间连通；所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间内设有放电单元；所述放电单元与电源连接；所述电源采用高压交流电源。...

【技术特征摘要】
1.一种基于表面催化薄膜增强臭氧合成的新型放电模块，其特征在于，包括放电单元封装板、套接在所述放电单元封装板进气端的通气元件Ⅰ和套接在所述放电单元封装板出气端的通气元件Ⅱ；所述通气元件Ⅰ的一端具有与所述放电单元封装板进气端相匹配的密封腔体Ⅰ，所述通气元件Ⅰ的另一端具有进气孔，所述进气孔通过气体缓冲区腔体Ⅰ与所述密封腔体Ⅰ连通；所述通气元件Ⅱ的一端具有与所述放电单元封装板出气端相匹配的密封腔体Ⅱ，所述通气元件Ⅱ的另一端具有出气孔，所述出气孔通过气体缓冲区腔体Ⅱ与所述密封腔体Ⅱ连通；所述放电单元封装板包括密封板件Ⅰ和密封板件Ⅱ，所述密封板件Ⅰ的下表面具有凹槽Ⅰ，所述密封板件Ⅱ的上表面具有与所述凹槽Ⅰ相对应的凹槽Ⅱ，所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ相对设置且通过两者的槽壁顶部将所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ贴合为一体；所述放电单元封装板进气端具有进气狭缝，所述进气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅰ与所述进气孔连通，所述进气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的进气槽；所述放电单元封装板出气端具有出气狭缝，所述出气狭缝通过所述气体缓冲区腔体Ⅱ与所述出气孔连通，所述出气狭缝包括两个分别位于所述密封板件Ⅰ和所述密封板件Ⅱ上且相对设置的出气槽；所述进气狭缝和所述出气狭缝均与所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间连通；所述凹槽Ⅰ与所述凹槽Ⅱ所围空间内设有放电单元；所述放电单元与电源连接；所述电源采用高压交流电源。2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：所述放电单元包括位于所述凹槽Ⅰ槽底的介质层Ⅰ和位于所述凹槽Ⅱ槽底的介质层Ⅱ；所述介质层Ⅰ上表面附有薄片金属电极；所述介质层Ⅱ上表面附有栅状金属电极；所述介质层Ⅰ下表面和/或所述栅状金属电极表面镀有一层半...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，李猛，朱益民，王宁会，李铁，唐晓佳，周子皓，郑立彪，
申请(专利权)人：大连海事大学，大连懋源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21