本发明专利技术公开了一种常压无内电极等离子体流化床装置及其在粉体改性中的应用。所述常压无内电极等离子体流化床装置，包括：中空的床体，底端设置进气口，顶部设置进料口和出气口；沿床体底部周向均匀分布的至少2套等离子体射流预电离装置，等离子体射流预电离装置为常压介质阻挡放电装置，包括放电管、套设在放电管外底部且接地的套管电极和设于放电管内的高压电极，套管电极、高压电极分别外接等离子体电源的低压输出端和高压输出端，放电管上设有射流进气口和朝向床体内部的射流出气口；缠绕在床体外侧壁上的射频感应线圈，位于出气口和等离子体射流预电离装置之间，外接射频电源。外接射频电源。外接射频电源。
【技术实现步骤摘要】
一种常压无内电极等离子体流化床装置及其应用
[0001]本专利技术涉及等离子体领域，具体涉及一种常压无内电极等离子体流化床装置及其应用。
技术介绍
[0002]近年来，流化床在化工生产过程中广泛应用，且设备工艺不断完善。流化床是将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征。这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。流化床在燃烧技术、粉碎技术、干燥技术等应用中具有效率高，适应性好，环保等多项优点。将流化床结合等离子体应用于材料表面改性不仅高效、环保，而且大量离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子作用到固体样品表面，可清除表面原有的污染物和杂质，产生刻蚀作用和接枝极性基团。同时，等离子体改性使样品表面变得粗糙，形成许多纳米坑洼从而增大了样品的比表面积，而极性基团提高了固体表面的润湿性能。同时，等离子体中能量在0～20eV的粒子可以使固体聚合物表面大部分键能在0～10eV的化学键断裂。等离子体中的自由基将会与这些键形成网状交联结构，大大地激活了材料表面的活性。Bretagno采用流化床和低压等离子体相结合的方法对低密度聚乙烯粉末进行了表面改性。氮和氨等离子体处理均使表面处理后的粉末亲水性增强。改性后的粉末表面加入了碳氮、碳氧基等新的功能基团，氮等离子体处理比氨等离子体能更好地掺入含氮官能团；Guangliang Chen设计了一种液体电极常压等离子体流化床，并对其放电特性进行了研究。等离子体流化床在粉末表面涂覆的有机硅聚合物大大降低粉末表面能。这种表面改性过程使粉体的润湿性由超亲水性变为超疏水性，改性后粉体表面的水接触角大于160
°
。但此设计等离子体流化床中中心电极影响粉体动力学，高电压电极会使带电粉体聚集从而影响改性效率，限制了其大范围应用。因此，迫切需要研发出新型的常压无电极高效等离子体流化床，实现粉体材料的高效改性。
[0003]目前多相光催化法以n型半导体(如TiO2、ZnO、CdS等)为催化剂，其在光照下产生活性因子，使有机物失电子被氧化。相关研究表明几乎所有的有机污染物都可被多相光催化氧化法进行分解。然而由于ZnO和CdS等在光照时不稳定易发生光腐蚀，使水中出现Zn
2+
、Cd
2+
等离子。而TiO2化学性质则十分稳定，并且无毒价廉易获取，近年来受到很多研究者的关注。同时，无机纳米Ag具有较强的抑菌特性，因抑菌活性强、使用安全、性质稳定且无耐药性而成为抑菌消毒领域中的研究热点。然而大量研究表明无机Ag纳米材料的抑菌活性受Ag纳米颗粒的粒径大小、形态形貌、分散性以及载体材料性质等诸多因素的影响。因此制备抑菌活性更高无机Ag复合纳米材料将成为今后研究的重点和难点。如果将高活性纳米Ag牢固负载在商业TiO2表面就可对水中或空气中的有机物和细菌病毒进行有效处理，故在废水和空气净化领域应用潜力巨大。然而，将两种纳米颗粒牢固形成复合催化剂仍然面对许多挑战，直接影响复合催化剂的稳定性。
技术实现思路
[0004]针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种常压无内电极等离子体流化床装置，床体内无电极，提高了材料改性空间和射频放电环境的均匀性，对床体内流化态的粉体改性均一且效率高。
[0005]一种常压无内电极等离子体流化床装置，包括：
[0006]中空的床体，底端设置进气口，顶部设置进料口和出气口；
[0007]沿床体底部周向均匀分布的至少2套等离子体射流预电离装置，等离子体射流预电离装置为常压介质阻挡放电装置，包括放电管、套设在所述放电管外底部且接地的套管电极和设于所述放电管内的高压电极，所述套管电极、高压电极分别外接等离子体电源的低压输出端和高压输出端，所述放电管上设有射流进气口和朝向床体内部的射流出气口；
[0008]缠绕在床体外侧壁上的射频感应线圈，位于出气口和等离子体射流预电离装置之间，外接射频电源。
[0009]本专利技术中，进气口、射流进气口可以通入稀有气体，也可以根据具体改性需求通入相应的反应性气体。
[0010]本专利技术采用外接射频线圈结合360
°
环形等离子体射流预电离装置，等离子体射流预电离装置同时发挥吹粉搅拌和预电离功能。在一优选例中，等离子体射流预电离装置(2)共有3套，两两之间夹角为120
°
。
[0011]在一优选例中，出气口外接旋风分离器，旋风分离器底部设有粉尘收纳袋。
[0012]在一优选例中，所述放电管为石英管。
[0013]在一优选例中，所述套管电极为铜皮薄管，内径为4
‑
6毫米，侧壁厚为0.2～0.5毫米。
[0014]在一优选例中，床体为透明石英管，侧壁厚为0.5～1毫米，内径20～30毫米。
[0015]在一优选例中，进料口通过带阀门的管道外接进料斗。
[0016]在一优选例中，进气口为漏斗形，通过带有气体流量计的进气管道外接气源。
[0017]在一优选例中，床体内位于进气口和等离子体射流预电离装置之间设有气体分配器。
[0018]本专利技术还提供了所述的常压无内电极等离子体流化床装置在粉体改性中的应用。具体改性时间可根据需求和粉体的物化特性进行调整，一般可以为5～20min。
[0019]在一优选例中，所述等离子体射流电源的输出电压大于0V且不大于30kV，频率为20～40kHz；
[0020]射频电源的射频功率大于0W且不大于2000W(即0～2000W连续可调)，频率为13.56MHz。两者结合实现常压射频放电，对床体内流化态粉体进行均匀改性。
[0021]本专利技术还提供了一种粉体改性方法，采用所述的常压无内电极等离子体流化床装置，包括：将干燥的粉体加入到床体中，调控进气口和所述射流出气口的流化气体速度使所述粉体处于流化态，开启等离子体射流预电离装置对流化气体进行预电离，调控射频电源的射频功率进行常压射频放电，对所述粉体进行改性。最优条件的选取可主要依据放电电源的商品化程度、放电最优条件及装置改性最佳参数和最低成本。
[0022]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种纳米Ag/TiO2复合催化剂，TiO2上负载纳米Ag颗粒，且TiO2是以P25为原料通过所述的粉体改性方法改性得到，其中流化气体为
稀有气体。
[0023]所述纳米Ag/TiO2复合催化剂中，纳米Ag颗粒的负载量可高达30wt％(相对于催化剂总质量)。此超高Ag纳米颗粒负载量归功于氩气等稀有气体常压射频放电清除了二氧化钛表面污染物和杂质的同时，扩大比表面积并提高润湿性能。
[0024]射频等离子体中的高活性粒子在TiO2表面形成许多纳米坑洼，纳米级Ag正好填入并附着在这些坑洼中，极大地增强了其与TiO2的结合牢度，实现TiO2在可见光和紫外线下同步具有杀菌、抗病毒、降解有机物的功能，在光催化领域的应用更加广泛。
[0025]所述纳米Ag/TiO2复合催化剂可有效降解污水中的有机物和消杀空气中的细菌、病毒、微生物。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种常压无内电极等离子体流化床装置，其特征在于，包括：中空的床体(1)，底端设置进气口(4)，顶部设置进料口(14)和出气口(11)；沿床体(1)底部周向均匀分布的至少2套等离子体射流预电离装置(2)，等离子体射流预电离装置(2)为常压介质阻挡放电装置，包括放电管、套设在所述放电管外底部且接地的套管电极和设于所述放电管内的高压电极，所述套管电极、高压电极分别外接等离子体电源的低压输出端和高压输出端，所述放电管上设有射流进气口(3)和朝向床体(1)内部的射流出气口；缠绕在床体(1)外侧壁上的射频感应线圈(9)，位于出气口(11)和等离子体射流预电离装置(2)之间，外接射频电源(10)。2.根据权利要求1所述的常压无内电极等离子体流化床装置，其特征在于，出气口(11)外接旋风分离器(12)，旋风分离器(12)底部设有粉尘收纳袋(13)。3.根据权利要求1所述的常压无内电极等离子体流化床装置，其特征在于，等离子体射流预电离装置(2)共有3套，两两之间夹角为120
°
。4.根据权利要求1所述的常压无内电极等离子体流化床装置，其特征在于，所述放电管为石英管；所述套管电极为铜皮薄管，内径为4
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6毫米，侧壁厚为0.2～0.5毫米；床体(1)为透明石英管，侧壁厚为0.5～1毫米，内径20～30毫米。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：陈光良，陈朝阳，周云正，吴科平，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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