基于微等离子体放电制备负氧离子的装置及方法

本发明涉及环境等离子体放电，具体涉及基于微等离子体放电制备负氧离子的装置与方法。

背景技术：

1、负氧离子被称为空气维生素，一般指单氧或双氧负离子，其具有促进人体新陈代谢、增强免疫力、抗氧化、防衰老、消除体内自由基、镇静等作用。病人吸入高浓度(10000个/cm3以上)生态级负氧离子空气后能加速伤口愈合，同时还能净化空气，杀灭病毒细菌。因此，负氧离子的应用已逐渐深入到日常生活中的环境健康领域。

2、通过自然的方法产生负氧离子由于受到环境的限制，其产量较低且难以收集，故人工制备负氧离子成为了获取负氧离子的主要途径。随着人工负离子生成技术的产生和发展，目前人工制备的负氧离子主要是由电晕放电、射线、紫外线、微波等方式所产生的。但是上述方法无一例外在产生负氧离子的同时，可能含有臭氧和氮氧化合物等有害身体健康的化学气体物质以及有明显的静电效应。

3、大气压等离子体射流是指可采用特殊电极结构(放电电极距离或间隙在毫米级)，利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出，形成在大气压条件下的非平衡等离子体射流，其具有温度低、化学活性高、可控性好、结构简单等特点，使之在生物医学、环境工程等应用领域表现出某些优势。微等离子体放电是被限制在一个有限的空间范围内(尺度为毫米量级甚至更低)的等离子体放电，兼具了常规等离子体的一些特性，但由于放电尺寸缩小到毫米量级甚至更低，使得微放电等离子体能够在大气压条件下产生，具有更高的等离子体密度和更好的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的针对现有技术的不足，提供了基于微等离子体放电制备负氧离子的装置及方法。本发明在微等离子体放电装置的工作区域施加高压电，通入气源后使得氧原子获取能量，内能和活性增强同时获得电子从而产生电离效应，使氧气分子中的共价键断裂生成负氧离子。本发明在满足负氧离子产生的同时，在微等离子体放电装置工作区域直径只有几毫米至几十微米的间隙处附近产生大量均匀的负氧离子，这种负氧离子带有微量的臭氧，该臭氧可通过调节导通管的长度来消除。

2、本发明的第一个目的在于提供基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，包括：

3、微等离子体放电装置，所述微等离子体放电装置用于制备负氧离子，包括同轴微等离子体放电结构、环轴微等离子体放电结构或同轴环微等离子体放电结构；

4、电源，所述电源与所述微等离子体放电装置的高压电极连接，用于为微等离子体放电装置提供高压电；

5、供气系统，所述供气系统与所述微等离子体放电装置连接，用于为微等离子体放电装置提供制备负氧离子所需的气源；

6、导通管，所述导通管与所述微等离子体放电装置的出口端连接，所述微等离子体放电装置接通所述电源形成微等离子体并产生负氧离子通过所述导通管扩散到空气中；

7、其中，所述同轴微等离子体放电结构包括金属管、金属轴和绝缘介质，所述金属轴位于所述金属管内，所述金属管作为接地电极与接地线连接，金属管通过接地线接地，所述金属轴作为高压电极与所述电源的高压输出端相连；所述金属管的侧壁设置有连通其内部的凸起管段，所述凸起管道内形成有进气孔，所述进气孔与供气系统连接；

8、所述环轴微等离子体放电结构包括介质管、金属轴和金属环，所述金属环套设于所述介质管上端的外壁外，金属环作为接地电极与接地线连接，所述金属轴位于介质管内，金属轴作为高压电极与所述电源的高压输出端相连；所述介质管的底端侧壁设置有连通其内部的凸起管段，所述凸起管道内形成有进气孔，所述进气孔与供气系统连接；

9、所述同轴环微等离子体放电结构包括金属管、金属喷头和绝缘介质，所述金属喷头顶部为金属圆环结构，所述金属管位于所述金属喷头内，所述绝缘介质位于所述金属管与金属喷头之间用于隔绝金属管与金属喷头，所述金属管的底端设置有连通其内部的进气孔，所述进气孔与供气系统连接，其中，所述金属喷头作为接地电极与接地线连接，所述金属管作为高压电极与所述电源的高压输出端相连。

10、在一种实施方式中，所述电源包括低频高压交流电源、高压直流电源、高压脉冲电源，输出电压范围为0-15kv。

11、在一种实施方式中，所述供气系统的气源包括氧气、氩气与氧气的组合；气体输出流量为1-8l/min。

12、在一种实施方式中，所述导通管的进气端与微等离子体放电装置的喷头连通，导通管的出气端连接有用于测量负氧离子浓度的容器。

13、在一种实施方式中，所述导通管还接通有曝气管。

14、在一种实施方式中，所述导通管的长度大于28cm。

15、在一种实施方式中，所述微等离子体反应装置的喷口间隙直径范围为1.0-10.0mm；所述接地电极与高压电极的间隙距离范围为0.5-3.0mm。

16、在一种实施方式中，所述金属轴直径范围为1.0-5.0mm，金属环包裹介质管的宽度范围为2.0-5.0mm。

17、在一种实施方式中，所述金属管和金属轴的材质包括但不限于铜、不锈钢、钨，金属环的材质包括但不限于铜、锡、铂，介质管的材质包括但不限于陶瓷、石英、玻璃、云母、氧化铝。

18、本发明的第二个目的在于提供一种所述的装置制备负氧离子的方法，所述方法应用了所述的基于微等离子体反应体系制备负氧离子的装置，包括以下步骤：

19、步骤一、组装所述装置；

20、步骤二、启动供气系统，将气体由管路、进气口通入等离子体放电装置内部；其中，将气体通入等离子体放电装置内部时排出等离子体放电装置内的空气杂质；

21、步骤三、启动电源，金属轴通电后作为高压电极并在反应间隙释放高能电子和活性粒子，将氧气在反应间隙转化为高活性、激发态的分子，从而产生电离效应，使氧气分子中的共价键断裂生成负氧离子，通过导通管扩散到空气中；

22、步骤四、制备一段时间后，使用负氧离子检测仪测量负氧离子浓度。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

24、1、本发明通过上述装置制备负氧离子，在微等离子体放电装置间隙处形成的微量臭氧可以通过调节导通管的长度来消除，同时导通管也避免了射流与空气接触反应产生副产物臭氧和氮氧化物，故不会产生有害物质。本发明基于微等离子体放电制备负氧离子的装置及方法能够显著提升安全性。

25、2、本发明的微等离子体放电装置具有多种结构，这些结构的微等离子体工作区域范围在几毫米至几十微米之间，能够有效提高负氧离子的产生效率。

26、3、本发明的装置结构简单，操作便捷，气体消耗和能量耗费低，有利于装置体积的小型化。

技术特征：

1.基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述电源包括低频高压交流电源、高压直流电源、高压脉冲电源，输出电压范围为0-15kv。

3.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述供气系统的气源包括氧气、氩气与氧气的组合；气体输出流量为1-8l/min。

4.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述导通管的进气端与微等离子体放电装置的喷头连通，导通管的出气端连接有用于测量负氧离子浓度的容器。

5.根据权利要求4所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述导通管还接通有曝气管。

6.根据权利要求4所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述导通管的长度大于28cm。

7.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述微等离子体反应装置的喷口间隙直径范围为1.0-10.0mm；所述接地电极与高压电极的间隙距离范围为0.5-3.0mm。

8.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述金属轴直径范围为1.0-5.0mm，金属环包裹介质管的宽度范围为2.0-5.0mm。

9.根据权利要求1所述基于微等离子体放电制备负氧离子的装置，其特征在于，所述金属管和金属轴的材质包括但不限于铜、不锈钢、钨，金属环的材质包括但不限于铜、锡、铂，介质管的材质包括但不限于陶瓷、石英、玻璃、云母、氧化铝。

10.基于微等离子体放电制备负氧离子的方法，其特征在于，所述方法应用了权利要求1-9任一所述的基于微等离子体反应体系制备负氧离子的装置，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了基于微等离子体放电制备负氧离子的装置及方法，该装置包括电源、供气系统、导通管、微等离子体放电装置，所述电源与所述微等离子体放电装置的一端相连，用于为微等离子体放电装置中的高压电极供电，所述供气系统与所述微等离子体放电装置连接，用于供给反应所需气源，所述微等离子体放电装置出口端与所述导通管连接。启动电源后，在微等离子体放电装置间隙处形成均匀微等离子体，产生高浓度的负氧离子，通过导通管扩散到空气中。本发明安全可靠，结构简单，操作便捷，气源消耗和能耗低，其微等离子体工作区域范围在几毫米至几十微米之间，有利于装置体积的小型化，能高效地产生负氧离子。

技术研发人员：郝小龙,缪龙宇,石朝阳,董小霞
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15