[發(fā)明專利]一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210059444.7
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN116492954A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李超;徐德龍;林偉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: B01J19/10
• 分類號: B01J19/10;B01J19/08;B01J19/00;C10G32/02;C10G31/00
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明屬于聲空化及其化學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體是一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化裝置及方法，所述等離子體強(qiáng)化裝置包括容器(3)，容器(3)中設(shè)置超聲換能器(1)，在超聲換能器(1)的超聲輻射端(5)形成的超聲空化區(qū)域(6)兩側(cè)設(shè)置電極(2)。本發(fā)明解決了目前超聲空化的化學(xué)效應(yīng)強(qiáng)度較弱的問題，提高聲空化的化學(xué)效應(yīng)的效率，推聲化學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲空化及其化學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，可用于重油降粘處理、超聲消毒殺菌及促進(jìn)和加快化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。具體是一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化裝置及方法。

背景技術(shù)

超聲波在液體中傳播時(shí)，會(huì)在液體中產(chǎn)生大量微氣泡，這些氣泡在聲壓的周期變化過程中不斷膨脹、壓縮最后破碎。在破碎瞬間，氣泡內(nèi)氣體會(huì)被劇烈壓縮產(chǎn)生局部瞬間的高溫高壓環(huán)境，氣體中所含的水蒸汽就會(huì)被分解成羥基、氫離子等活性自由基。自由基具有強(qiáng)氧化性，能夠促進(jìn)和加快化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，使原來常溫環(huán)境不能進(jìn)行或速度較慢的化學(xué)反應(yīng)得以改善，因此聲空化具有一定的化學(xué)效應(yīng)。

國內(nèi)外經(jīng)過大量的研究認(rèn)為，空化效應(yīng)對大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都能起到加快或改善的效果，并且在污水污泥處理，有機(jī)物降解、合成以及重油降粘等方面都能產(chǎn)生獨(dú)特的效果。隨著對聲空化效應(yīng)在化學(xué)領(lǐng)域研究的深入，已經(jīng)形成一門新的學(xué)科—聲化學(xué)。隨著對聲空化研究的深入，聲空化的化學(xué)效應(yīng)在諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用的前景，但是由于空化產(chǎn)生自由基的量不足，對化學(xué)反應(yīng)的能力還需提高才能實(shí)現(xiàn)聲空化在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的可能。

等離子體電離技術(shù)是指在電極和溶液之間加以一定的電壓，擊穿電極周圍氣體，產(chǎn)生放電等離子體，進(jìn)而對溶液進(jìn)行處理的技術(shù)。由于放電產(chǎn)生的等離子體狀態(tài)含有大量高能活性粒子(自由基)，因此能與液體中的分子發(fā)生反應(yīng)，甚至產(chǎn)生常溫條件下不可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，具有促進(jìn)和加速化學(xué)反應(yīng)的作用。等離子產(chǎn)生的過程中首先要在電場作用下氣化電極間的液體，形成微小氣泡，然后擊穿氣泡中氣體，才能形成等離子體。聲空化過程中產(chǎn)生大量活性自由基能降低化學(xué)反應(yīng)條件、提高化學(xué)反應(yīng)速度，在污水污泥處理、新材料反應(yīng)等方面發(fā)揮獨(dú)特作用，化學(xué)效應(yīng)是空化效應(yīng)的一個(gè)重要性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化裝置，解決了目前超聲空化的化學(xué)效應(yīng)強(qiáng)度較弱的問題，提高聲空化的化學(xué)效應(yīng)的效率，推聲化學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化裝置，所述等離子體強(qiáng)化裝置包括容器，容器中設(shè)置超聲換能器，在超聲換能器的超聲輻射端形成的超聲空化區(qū)域兩側(cè)設(shè)置電極。

本發(fā)明還提供了一種基于超聲空化效應(yīng)的等離子體強(qiáng)化方法，所述等離子體強(qiáng)化方法包括以下步驟：

1)在容器內(nèi)放入待處理液體；

2)將超聲換能器插入液體中，超聲換能器的超聲輻射端下方區(qū)域?yàn)槌暱栈瘏^(qū)域；

3)將產(chǎn)生電場的正負(fù)電極插入超聲空化區(qū)域的待處理液體中，在電場作用下，空化區(qū)域內(nèi)的氣泡內(nèi)部被等離子化。

優(yōu)選地，所述待處理液體為水、污泥或重油。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的原理為在空化氣泡外加一個(gè)電場，在電場的作用下氣泡內(nèi)部形成等離子狀態(tài)，促進(jìn)氣泡內(nèi)部自由基的產(chǎn)生，強(qiáng)化空化的化學(xué)效應(yīng)。本發(fā)明將空化和電離體兩種產(chǎn)生自由基的方法結(jié)合到一起，強(qiáng)化聲空化過程中自由基的產(chǎn)生和向液體的擴(kuò)散，從而強(qiáng)化空化作用的聲化學(xué)效應(yīng)。一方面在強(qiáng)超聲作用下，液體中產(chǎn)生大量含有液體(比如水)蒸汽分子的微氣泡，這些氣泡在超聲波作用下，不斷膨脹、壓縮直至崩潰，在氣泡內(nèi)部形成高溫高壓環(huán)境使氣體分解成自由基；另一方面在外界電場作用下，泡內(nèi)氣體分子被電離成等離子體狀態(tài)進(jìn)一步促進(jìn)自由基的產(chǎn)生；同時(shí)，氣泡的不斷膨脹壓縮過程中，促進(jìn)內(nèi)部產(chǎn)生的自由基向液體擴(kuò)散，提高自由基與液體中物質(zhì)的化學(xué)作用。

附圖說明