催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法制造方法及图纸

催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法，本发明专利技术公开了一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，通过改变通入催化区气体种类、催化剂腔底部超声电功率等催化区输入参量下放电液相活性成分生成特性实验研究装置及方法，其装置包括缓冲气室A、缓冲气室B、分离箱、超声波电源、示波器、高压交流/脉冲电源、变压器以及高压电极放电反应器。本发明专利技术利用气液两相放电的旋转滑动弧放电产生等离子体与雾化的液滴直接接触，增加了接触面积，更有利于固定氮气，并且反应得到的液体可以直接应用于植物施肥，并且能够使得系统在最佳能效比附近稳定运行，施肥更加稳定、可调。

Experimental research device and method for the formation characteristics of active components in catalytic CO discharge

【技术实现步骤摘要】
催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法
本专利技术涉及一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，通过改变通入催化区气体种类、催化剂腔底部超声电功率等催化区输入参量下放电液相活性成分生成特性实验研究装置及方法，属于高压电极放电

技术介绍
目前现有的固氮的技术有哈伯法工业合成氨技术、合成硝酸法和化学模拟生物固氮法。工业合成氨和合成硝酸法能耗高，污染大，化学模拟生物固氮尚处于实验研究阶段，未投入到实际应用，且产量较低。自然雷电可以将空气电离，产生氮氧化物溶于水中生成硝酸盐和亚硝酸盐。全球通过雷电放电每年可以产生氮氧化物1.6×107吨，而大气压等离子体放电现象与自然雷电相似，放电将分子电离激化，发生一系列的化学过程，产生富含HNOx、NOx、·OH、H2O2、O3、·O等物质。气液两相滑动弧放电等离子体技术是一种新型的低温等离子体技术，集氧化作用、酸作用、紫外照射作用等物理化学作用于一体。在水中或与水接触的气液两相放电等离子体，由于电子碰撞和紫外线辐射而产生大量活性物质(也称为活性物种)，例如HNOx、NOx、·OH、H2O2、O3、·O等，这些活性成分可广泛应用于农业生产、环境保护、材料加工、生物医学等领域。气液两相滑动弧等离子体具有结构简单、使用方便、能效低等优点，其在固氮方面有着广阔的前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，通过改变通入催化区气体种类、催化剂腔底部超声电功率等催化区输入参量下放电液相活性成分生成特性实验研究装置及方法。本专利技术的技术方案如下：一种高压电极放电反应器，所述放电反应器包括第一进气口、第二进气口、第一进水口、第二进水口、出气口、出水口、雾化喷嘴、旋风叶片、金属垫片、高压电极、石英管、催化剂腔、金属底板、环形超声换能器、低压电极、负载TiO2的石英小球以及固定套；所述放电反应器分为三个区域，分别为雾化区、放电区以及协同作用区；雾化喷嘴及其下方区域组成雾化区，所述第一进气口位于雾化喷嘴的顶部，第一进水口位于雾化喷嘴的侧壁；金属垫片、高压电极、石英管和低压电极组成的放电区，其中金属垫片外接高压电源，内与高压电极接触，低压电极接地，实现两电极之间的放电，金属垫片外侧设有密封圈和抱箍，旋风叶片与低压电极同轴放置，位于低压电极正上方，轴向位于两个金属垫片中央；催化剂腔、石英小球、以及底部的环型超声换能器组成紫外线、超声波、催化剂协同作用区；所述催化剂腔包裹在石英管的外部，内部填充满石英小球，环形超声换能器位于催化剂腔下方，同样包裹在石英管的外部，第二进水口和出气口位于催化剂腔的顶部，第二进气口和出水口位于催化剂腔的底部，所述金属底板位于催化剂腔的底部，所述石英管的底部设有固定套。优选地，上述低压电极为螺旋状结构。优选地，上述高压电极包括金属套筒、梭形电极和叶片，梭形电极位于金属套筒内，四周通过倾斜设计的叶片与金属套筒内壁连接。优选地，上述固定套为中空状的圆柱体，圆柱体侧壁下方设置若干用于固定低压电极的螺孔，圆柱体侧壁上方设置若干用于调节电极间距的螺孔，所述螺旋状的低压电极的底部固定在固定套上之后同轴放入石英管内部。优选地，上述石英小球的TiO2负载工艺如下：选用粒径为0.50-5.00mm的石英小球烧成具有多孔的石英小球,然后将小球浸入钛酸丁酯酒精溶液中，再慢慢向上提，并使用风扇对吹促进酒精挥发，使溶液在石英小球表面生成钛酸薄膜，然后再将多孔石英小球放350-400℃的炉内高温焙烧脱水2小时，形成TiO2薄膜。一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，通过改变通入催化区气体种类、催化剂腔底部超声电功率等催化区输入参量下放电液相活性成分生成特性实验研究装置，上述装置包括缓冲气室A、缓冲气室B、分离箱、超声波电源、示波器、高压交流/脉冲电源、变压器以及上述的高压电极放电反应器；所述缓冲气室A的进口通过若干气源供气，出口连接放电反应器的第一进气口；所述缓冲气室B的进口通过若干气源供气，出口通过气泵连接放电反应器的第二进气口，出口还连接分离箱，分离箱内的水箱A放置经放电区收集到的溶液，分离箱内中水箱A内储存经放电区收集的待检测溶液通过液泵连接第二进水口；水箱C中的待处理水通过液泵连接第一进水口，出水口连接水箱B，水箱B中储存经催化区收集到的溶液；所述金属垫片连接高压交流/脉冲电源的输出端，低压电极接地，在两电极间进行放电，所述高压交流/脉冲电源通过变压器连接市电，并且连接一个示波器；所述示波器分别连接高压探头和电流探头来采集电压和电流数据，所述超声波电源为环形压电换能器供电。一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，不同催化区气体种类对放电液相活性成分生成特性的实验方法，利用上述的装置，其步骤如下：(7-1)放电区水、气流量设置；(7-2)催化区水、气流量设置；(7-3)高压交流/脉冲电源电压设置；(7-4)超声电功率设置；(7-5)改变催化区气体种类通过控制阀门组的通断来选择气体的种类，选择单一气体或者混合气体；(7-6)活性成分检测放电结束后，取一定量收集到的溶液为待检测水样，进行活性成分生成量的检测，结合放电时间计算一个放电周期内活性成分产量；(7-7)电信号采集用高压探头、电流探头采集电压、电流信号并输送到示波器上，存储电压、电流数据；(7-8)能效比计算采用瞬时功率法，将步骤(7-7)中采集到的电压、电流数据导入Origin进行数据处理，绘制出功率谱图，再用半峰全宽法计算出一个供电周期的能量；一个放电周期活性成分生成量除以一个放电周期的能量就得到了能效比；(7-9)图像绘制再以通入催化区的气体种类为横坐标，分别以活性成分生成量与能效比为纵坐标绘制柱状图。一种在超声、催化、紫外、臭氧协同下，不同超声电功率对催化区液相活性成分生成特性的实验方法，利用上述的装置，其步骤如下：(8-1)放电区水、气流量设置；(8-2)催化区水、气流量设置；(8-3)高压交流/脉冲电源电压设置；(8-4)超声电功率设置根据拟定好的超声电功率实验点设置超声波电源改变超声电功率；(8-5)活性成分检测放电结束后，取一定量收集到的溶液为待检测水样，进行活性成分生成量的检测，结合放电时间计算一个放电周期内活性成分产量；(8-6)电信号采集用高压探头、电流探头采集电压、电流信号并输送到示波器上，存储电压、电流数据；(8-7)能效比计算采用瞬时功率法，将步骤(8-6)中采集到的电压、电流数据导入Origin进行数据处理，绘制出功率谱图，再用半峰全宽法计算出一个供电周期的能量；一个放电周期活性成分生成量除以一个放电周期的能量就得到了能效比；(8-8)图像绘制再以超声电功率为横坐标，分别以活性成分生成量与能效比为纵坐标绘制柱状图。本专利技术所达到的有益效果：专利CN10258327本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压电极放电反应器，其特征在于：所述放电反应器包括第一进气口、第二进气口、第一进水口、第二进水口、出气口、出水口、雾化喷嘴、旋风叶片、金属垫片、高压电极、石英管、催化剂腔、金属底板、环形超声换能器、低压电极、负载TiO

【技术特征摘要】
1.一种高压电极放电反应器，其特征在于：所述放电反应器包括第一进气口、第二进气口、第一进水口、第二进水口、出气口、出水口、雾化喷嘴、旋风叶片、金属垫片、高压电极、石英管、催化剂腔、金属底板、环形超声换能器、低压电极、负载TiO2的石英小球以及固定套；
所述放电反应器分为三个区域，分别为雾化区、放电区以及协同作用区；
雾化喷嘴及其下方区域组成雾化区，所述第一进气口位于雾化喷嘴的顶部，第一进水口位于雾化喷嘴的侧壁；
金属垫片、高压电极、石英管和低压电极组成的放电区，其中金属垫片外接高压电源，内与高压电极接触，低压电极接地，实现两电极之间的放电，金属垫片外侧设有密封圈和抱箍；旋风叶片与低压电极同轴放置，位于低压电极正上方，轴向位于两个金属垫片中央；
催化剂腔、石英小球、以及底部的环型超声换能器组成紫外线、超声波、催化剂协同作用区；所述催化剂腔包裹在石英管的外部，内部填充满石英小球，环形超声换能器位于催化剂腔下方，同样包裹在石英管的外部，第二进水口和出气口位于催化剂腔的顶部，第二进气口和出水口位于催化剂腔的底部，所述金属底板位于催化剂腔的底部，所述石英管的底部设有固定套。


2.根据权利要求1所述的一种高压电极放电反应器，其特征在于所述低压电极为螺旋状结构。


3.根据权利要求1所述的一种高压电极放电反应器，其特征在于所述高压电极包括金属套筒、梭形电极和叶片，梭形电极位于金属套筒内，四周通过倾斜设计的叶片与金属套筒内壁连接。


4.根据权利要求2所述的一种高压电极放电反应器，其特征在于所述固定套为中空状的圆柱体，圆柱体侧壁下方设置若干用于固定低压电极的螺孔，圆柱体侧壁上方设置若干用于调节电极间距的螺孔，所述螺旋状的低压电极的底部固定在固定套上之后同轴放入石英管内部。


5.根据权利要求1所述的一种高压电极放电反应器，其特征在于所述石英小球的TiO2负载工艺如下：
选用粒径为0.50-5.00mm的石英小球烧成具有多孔的石英小球,然后将小球浸入钛酸丁酯酒精溶液中，再慢慢向上提，并使用风扇对吹促进酒精挥发，使溶液在石英小球表面生成钛酸薄膜，然后再将多孔石英小球放350-400℃的炉内高温焙烧脱水2小时，形成TiO2薄膜。


6.一种催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置，其特征在于所述装置包括缓冲气室A、缓冲气室B、分离箱、超声波电源、示波器、高压交流/脉冲电源、变压器以及权利要求1所述的高压电极放电反应器；
所述缓冲气室A的进口通过若干气源供气，出口连接放电反应器的第一进气口；所述缓冲气室B的进口通过若干气源供气，出口通过气泵连接放电反应器的第二进气口，出口还连接分离箱，分离箱内的水箱A储存经放电区收集到的溶液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清阳，陈秉岩，王进华，耿镇，唐颖，马昕悦，钱俊成，蒋永锋，
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