自由基发生器和使用方法技术

公开了适用于使用OH*自由基和臭氧的有机和无机污染物的高级氧化法的装置。任选地，提供OH*自由基的第一放电装置和提供臭氧的第二放电装置组合以提供理想的化学和杀生物特性。此外，公开了用于向目标流体传送自由基的高效混合系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自由基发生器和使用方法对相关申请的交叉引用本申请依赖于2017年9月1日提交的美国临时申请62/553,546并要求其优先权，其整个内容经此引用并入本文。
本公开涉及用于高级发生(advancedgeneration)自由基的装置和方法，自由基可用作各种工艺中的反应物。
技术介绍
高级氧化工艺(AOPs)利用有力的羟基自由基(OH*)作为主要氧化剂。OH*自由基的行为无选择性并快速与许多物类反应。OH*与有机化合物的反应产生碳中心自由基(R*或R*–OH)。借助O2，可将这些碳中心自由基转化成有机过氧自由基(ROO*)。由于羟基自由基具有极短寿命，它们通过不同的方法原位产生，包括氧化剂(如H2O2和O3)和/或水的辐照(如紫外线或冷等离子体)或催化剂(如二氧化钛)的组合。众所周知，臭氧(O3)是强氧化剂。直接O3氧化是一种选择性反应，其中O3优先与有机化合物的电离和解离形式而非中性形式反应，尽管在某些条件下，由O3产生OH*以引发不加选择的氧化。已经提出不同机制以如下描述OH*的发生：3O3+H2O→2OH*+4O2(1)在其它氧化剂或辐照的存在下，可以显著改进OH*收率。例如，在peroxone(O3/H2O2)体系中，由H2O2分解产生的氢过氧化物(HO2-)增强O3分解和OH*产量。H2O2→HO2-+H+(2)HO2-+O3→OH*+O2-+O2(3)此外，借助O3/紫外线(UV)辐照，主要通过O3光解生成H2O2作为附加氧化剂。O3+H2O+hv→H2O2+O2(4)H2O2+hv→2OH*(5)通过流注放电(streamerdischarge)以高密度和可靠性高效生成OH*自由基以实现切实可行的AOP是理想的。但是，缺乏用于实现这一点的现有系统和方法并且需要进一步改进。因此，提供用于有效AOP的新方法和装置。概述提供下列概述以利于理解本公开独有的一些创新特征并且无意构成完整描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要视为一个整体，可以获得本公开的各种方面的全面理解。理想的是，放电装置能够利用具有高湿含量(为了有用的OH*自由基)的进料气体(例如空气)在高级氧化工艺(AOP)所需的高效率下生成大量OH*自由基。但是，在进料气体(例如空气)中的悬浮水滴存在下，放电装置可能发生故障，以造成不想要的起弧，尤其是当放电头处的进料气体速度降低到一定阈值(例如2m/sec)以下时。或者，当水本身用作对电极时，表面波动和放电间隙变化会造成不均匀的AOP处理和装置故障。在本文中描述了可解决一个或多个这些问题的方法和装置。在至少一个方面中，描述了用于从进料气体中除去水滴的装置和方法。这可提高OH*自由基发生的浓度和效率。该装置和方法可在保持条件(压力和温度)以防止在放电间隙中形成微滴的同时使用具有高溶解湿含量的进料气体。该装置进一步包括蒸汽发生器以及气体加热器以使在进料气体中能有高溶解湿含量。在另一个方面中，提供一种从进料气体中除湿以选择性生成臭氧的方法。这可包括在进料气体流中的再生干燥剂轮(regenerativedesiccantwheel)，其向放电间隙连续供应干燥空气并由此主要产生臭氧。在再一个方面中，描述了一种连续供应OH*自由基和臭氧气体的装置和方法。这样的方法可用于例如除去有机和无机污染物。这可包括以所需比率生成OH*自由基和臭氧的放电装置或至少两个放电装置，一个主要提供OH*自由基，另一个主要提供臭氧以使高级氧化工艺成为可能。在再一个方面中，提供将来自放电装置的自由基导向应用场所并分布它们以与有机和无机污染物反应的方法。这可包括建立经过放电装置的吸力并将自由基气体与目标流体混合的方法。相应地，有可能解决上述问题并选择性地生成OH*自由基或O3或它们的组合(OH*/O3)，其可在放电间隙中使用或供应到用于高级氧化的应用场所。附图简述附图不一定成比例；一些特征可能放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本专利技术的代表性基础。由详述和附图更充分理解示例性方面，其中：图1是图解根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案具有四个流注点火点(streamerignitionpoints)以生成四个排斥流注(repellingstreamers)的电极端头(electrodetips)的示意图；图2是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案在接地电极内的组装放电电极的透视图；图3显示根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的比输出臭氧浓度变化vs放电装置中的放电间隙压力和湿含量；图4显示根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案在放电装置使用湿进料气体时的臭氧和OH*分子的相对输出浓度；图5A是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案包括用于从放电间隙的进料气体中除湿的再生干燥剂轮的放电装置的示意图；图5B是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的再生干燥剂轮的示意图；图6是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案任选为了生成OH*自由基而将溶解的水分添加到进料气体中的装置的示意图；图7是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案同时经吸入口(suctionport)从各自的发生器吸取OH*自由基和臭氧并将它们与经过收敛-扩散喷嘴组装件(convergent-divergentnozzleassembly)的流体混合的混合喷嘴的示意图；图8是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案同时经吸入口从各自的发生器吸取OH*自由基和臭氧并将它们与流体混合的涡轮混合系统的示意图；图9是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的涡轮混合系统的示意图；图10是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的图9的涡轮机的叶片的示意图；图11是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的图9的涡轮机的示意性侧视图；图12A是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的图11的涡轮机的第一透视图；图12B是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的图11的涡轮机的第二透视图；图13是根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案的再循环系统的示意图，其在具有来自再循环系统的低吞吐量气体排出(lowthroughputdischargeofagas)的同时提供经过放电装置的高流量；图14A显示图13的再循环系统的模拟流场，其证实根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案在具有来自再循环系统的低吞吐量排出气体(lowthroughputdischargegas)的同时经过放电装置的高流量；图14B显示图14A的再循环系统的模拟流场的缩放视图，其证实根据本文中显示和描述的一个或多个实施方案在具有来自再循环系统的低吞吐量排出气体(lowthroughputdischargegas)的同时经过放电装置的高流量；和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成自由基的高级氧化组装件，其包含：/n第一放电装置；/n第二放电装置；和/n收敛-扩散喷嘴组装件，其包含在喉部流体耦合到扩散喷嘴的收敛喷嘴，其中/n第一放电装置的反应器出口和第二放电装置的反应器出口在收敛-扩散喷嘴组装件的喉部流体耦合到收敛-扩散喷嘴组装件，和/n其中所述组装件配置为使得当流体从收敛喷嘴通往扩散喷嘴时，在收敛-扩散喷嘴组装件的喉部建立吸入压力以从第一放电装置的反应器出口和第二放电装置的反应器出口吸取流体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 US 62/553,5461.一种用于生成自由基的高级氧化组装件，其包含：
第一放电装置；
第二放电装置；和
收敛-扩散喷嘴组装件，其包含在喉部流体耦合到扩散喷嘴的收敛喷嘴，其中
第一放电装置的反应器出口和第二放电装置的反应器出口在收敛-扩散喷嘴组装件的喉部流体耦合到收敛-扩散喷嘴组装件，和
其中所述组装件配置为使得当流体从收敛喷嘴通往扩散喷嘴时，在收敛-扩散喷嘴组装件的喉部建立吸入压力以从第一放电装置的反应器出口和第二放电装置的反应器出口吸取流体。


2.一种用于生成自由基的高级氧化组装件，其包含：
第一放电装置；
第二放电装置；和
用于混合由第一放电装置生成的自由基和由第二放电装置生成的自由基的混合系统，所述混合系统包含：
电动机；
包括轴通道的空心轴；
包括一个或多个吸入口和耦合通道的联轴器；和
包括与多个侧通道流体耦合的吸入室的涡轮机，其中
所述电动机使涡轮机旋转并在吸入室中建立低压区以将含自由基的流体从第一放电装置的反应器出口和第二放电装置的反应器出口经过所述一个或多个吸入口、耦合通道、轴通道吸取到吸入室中，在此将所述流体分散在液体中。


3.一种用于生成自由基的高级氧化组装件，其包含：
再循环系统，其包含：
入口；
扩散器；
涡轮风扇；
冷凝器；和
出口，和
包括反应器出口的第一放电装置，其中
所述涡轮风扇经入口吸取流体并使所述流体经过再循环系统流向出口，
将第一放电装置安置在所述再循环系统中，在所述冷凝器下游和在所述出口上游，以使流体经过第一放电装置流出出口。


4.权利要求3的高级氧化组装件，其进一步包含第二放电装置。


5.权利要求1-4任一项的高级氧化组装件，其中第一放电装置包含：
反应器入口；
包括一个或多个针的放电电极组装件；和
对电极，其与所述放电电极组装件间隔放电间隙，其中
跨过所述放电间隙施加电压。


6.权利要求1、2或4任一项的高级氧化组装件，其中第一放电装置和第二放电装置配置为产生臭氧或羟基自由基，任选将第一放电装置配置为产生臭氧并将第二放电装置配置为产生羟基自由基。


7.权利要求5的高级氧化组装件，其中电压为5eV。


8.权利要求5的高级氧化组装件，其中电压为7eV。


9.权利要求1、2或4任一项的高级氧化组装件，其中第二放电装置包含：
反应器入口；
包括一个或多个针的放电电极组装件；和
对电极，其与所述放电电极组装件间隔放电间隙，其中
跨过所述放电间隙施加电压。


10.权利要求5的高级氧化组装件，其中所述一个或多个针各自包含具有四个点的尖端。


11.权利要求5的高级氧化组装件，其中各针之间的径向距离相等。


12.权利要求5的高级氧化组装件，其中各针之间的轴向距离相等。


13.权利要求9的高级氧化组装件，其中：
第一放电电极组装件的所述一个或多个针和第二放电电极组装件的所述一个或多个针从一个或多个圆盘向外延伸并且所述一个或多个针各自终结于具有4个点的尖端，其中当跨过放电间隙施加电压时，所述尖端生成四个流注。


14.权利要求12的高级氧化组装件，其中所述对电极为圆柱形。


15.权利要求13的高级氧化组装件，其中所述一个或多个针沿所述一个或多个圆盘的圆周基本均匀分布，以使所述一个或多个针发出的流注之间的距离基本一致。


16.权利要求13的高级氧化组装件，其中跨过放电间隙的电压由向所述放电电极组装件施加的电流脉冲生成并且流注跨过放电间隙所需的时间等于所述电流脉冲的半高全宽(FWHM)。


17.权利要求9的高级氧化组装件，其中第一放电装置进一步包含湿度控制装置，所述湿度控制装置包含：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·S·莫汉蒂，V·阿皮亚，T·琼德里，V·戈洛塔，R·乌加帕蒂，
申请(专利权)人：索尼奥环球控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US