一种基于超声空化效应的等离子体强化装置及方法

本发明属于声空化及其化学效应的应用领域，可用于重油降粘处理、超声消毒杀菌及促进和加快化学反应的应用。具体是一种基于超声空化效应的等离子体强化装置及方法。

背景技术：

1、超声波在液体中传播时，会在液体中产生大量微气泡，这些气泡在声压的周期变化过程中不断膨胀、压缩最后破碎。在破碎瞬间，气泡内气体会被剧烈压缩产生局部瞬间的高温高压环境，气体中所含的水蒸汽就会被分解成羟基、氢离子等活性自由基。自由基具有强氧化性，能够促进和加快化学反应的进行，使原来常温环境不能进行或速度较慢的化学反应得以改善，因此声空化具有一定的化学效应。

2、国内外经过大量的研究认为，空化效应对大多数的化学反应都能起到加快或改善的效果，并且在污水污泥处理，有机物降解、合成以及重油降粘等方面都能产生独特的效果。随着对声空化效应在化学领域研究的深入，已经形成一门新的学科—声化学。随着对声空化研究的深入，声空化的化学效应在诸多领域都有应用的前景，但是由于空化产生自由基的量不足，对化学反应的能力还需提高才能实现声空化在各个领域应用的可能。

3、等离子体电离技术是指在电极和溶液之间加以一定的电压，击穿电极周围气体，产生放电等离子体，进而对溶液进行处理的技术。由于放电产生的等离子体状态含有大量高能活性粒子(自由基)，因此能与液体中的分子发生反应，甚至产生常温条件下不可能发生的化学反应，具有促进和加速化学反应的作用。等离子产生的过程中首先要在电场作用下气化电极间的液体，形成微小气泡，然后击穿气泡中气体，才能形成等离子体。声空化过程中产生大量活性自由基能降低化学反应条件、提高化学反应速度，在污水污泥处理、新材料反应等方面发挥独特作用，化学效应是空化效应的一个重要性质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于超声空化效应的等离子体强化装置，解决了目前超声空化的化学效应强度较弱的问题，提高声空化的化学效应的效率，推声化学技术在各个领域的应用。

2、为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种基于超声空化效应的等离子体强化装置，所述等离子体强化装置包括容器，容器中设置超声换能器，在超声换能器的超声辐射端形成的超声空化区域两侧设置电极。

4、本发明还提供了一种基于超声空化效应的等离子体强化方法，所述等离子体强化方法包括以下步骤：

5、1)在容器内放入待处理液体；

6、2)将超声换能器插入液体中，超声换能器的超声辐射端下方区域为超声空化区域；

7、3)将产生电场的正负电极插入超声空化区域的待处理液体中，在电场作用下，空化区域内的气泡内部被等离子化。

8、优选地，所述待处理液体为水、污泥或重油。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

9、本发明的原理为在空化气泡外加一个电场，在电场的作用下气泡内部形成等离子状态，促进气泡内部自由基的产生，强化空化的化学效应。本发明将空化和电离体两种产生自由基的方法结合到一起，强化声空化过程中自由基的产生和向液体的扩散，从而强化空化作用的声化学效应。一方面在强超声作用下，液体中产生大量含有液体(比如水)蒸汽分子的微气泡，这些气泡在超声波作用下，不断膨胀、压缩直至崩溃，在气泡内部形成高温高压环境使气体分解成自由基；另一方面在外界电场作用下，泡内气体分子被电离成等离子体状态进一步促进自由基的产生；同时，气泡的不断膨胀压缩过程中，促进内部产生的自由基向液体扩散，提高自由基与液体中物质的化学作用。

技术特征：

1.一种基于超声空化效应的等离子体强化装置，其特征在于，所述等离子体强化装置包括容器(3)，容器(3)中设置超声换能器(1)，在超声换能器(1)的超声辐射端(5)形成的超声空化区域(6)两侧设置电极(2)。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声空化效应的等离子体强化装置，其特征在于，所述容器为圆柱形或长方体形。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声空化效应的等离子体强化装置，其特征在于，所述电极为杆状铜镶钨电极。

4.一种基于超声空化效应的等离子体强化方法，所述等离子体强化方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于超声空化效应的等离子体强化方法，其特征在于，所述待处理液体为重油。

技术总结
本发明属于声空化及其化学效应的应用领域，具体是一种基于超声空化效应的等离子体强化装置及方法，所述等离子体强化装置包括容器(3)，容器(3)中设置超声换能器(1)，在超声换能器(1)的超声辐射端(5)形成的超声空化区域(6)两侧设置电极(2)。本发明解决了目前超声空化的化学效应强度较弱的问题，提高声空化的化学效应的效率，推声化学技术在各个领域的应用。

技术研发人员：李超,徐德龙,林伟军
受保护的技术使用者：中国科学院声学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13