高压脉冲放电等离子体处理有色染料
高压脉冲放电等离子体处理有色染料
摘要：为了满足有色染料难降解的特殊处理要求，研究建立了多针-板电极的高压脉冲放电等离子体体系，以酸性大红作为有色染料的代表，进行脱色。
其脱色率随着电压上升、电极间距缩小，电极数量的增大而升高。
关键词：高压脉冲放电?多针-板电极?酸性大红?脱色
目前，我国的染料产量为每年42万?t，居世界第一位。
染料废水是工业生产发生量最大、危害严重且难以治理的三大废水之一[1]。
染料废水中污染物具有色度深，COD浓度高，有机污染物难生物降解甚至具有毒性和致癌性等特点[2]。
近年来，出现了一些以产生氧化自由基为主的高级氧化水处理技术，脉冲放电等离子体处理技术就是其中一种[3]。
高压脉冲放电水处理技术以占地面积小、高效、无二次污染、使用能源清洁、处理对象无选择性而有明显的优越性。
被认为是21世纪废水处理最有发展前途的技术之一[4]。
该文采用针板式电极高压脉冲放电等离子体处理模拟酸性大红染料。
1 试验部分
1.1 试验装置
试验装置由针板式反应器、脉冲电源、火花开关系统组成。
高压脉冲反应器采用有机玻璃制造，内径100?mm，高度150?mm，反应
器电极形式为针板式，选用3?mm厚的不锈钢板作为接收极。
反应器器壁有进出气口和进出水口，反应器两端的放电极与接收极通过1个法兰结构与反应器主体相连，而且可以上下调整放电极与接收极的距离。
1.2 有色染料制备
用分析纯酸性大红和去离子水配制模拟废水，
1.3 去除率公式
通过分光光度计测试在不同条件、不同时间下处理后的甲基橙溶液的吸光度，再根据下面的公式计算出这个酸性大红溶液的脱色率（ρ）。
2 结果与讨论
2.1 酸性大红浓度对去除率的影响
反应器安装三个针板式电极，电极间距调整为3?mm，频率设定为25?Hz，在启动电源后将电压迅速增加到30?kV。
选取配制好的10、20、40、60、80?mg/L的酸性大红溶液各100?mL。
处理10?min后停止放电，分别取样测试吸光度计算脱色率（图1）。
结果表明，随着放电时间的增加，各初始浓度下的脱色率逐渐降低。
随着染料初始浓度的增大，实际降解染料分子的数目在增加，但是染料分子的量超过了脉冲放电体系中产生的自由基数目，染料降解率呈下降趋势，初始浓度越小，降解速率越快，初始浓度为10?mg/L 的酸性大红溶液的色度去除率在10?min达到67%，而初始浓度为80?mg/L的酸性大红溶液的色度去除率在10?min的只达到38%。
初始酸性大红染料的质量浓度越低，染料的脱色速率越快，电晕放电产生的臭氧利用率越高，其相对色度去除率虽然高，但绝对色度去除率随初始浓度的降低而降低。
2.2 脉冲频率对去除率的影响
在脉冲电压为30?kv，电极间距为3?mm，安装三个针板式电极，考察脉冲频率分别为5、10、15、20、25Hz时放电体系对染料废水的脱色效果（图2）。
结果表明在本反应体系中，脉冲频率的变化对染料废水的脱色效果影响显著，随着系统脉冲频率的增大，传入脱色反应体系的总能量也必将增大，单次放电的能量随之增加，从而导致有机染料废水的脱色率增大[5]
2.3 电极间距对去除率的影响
选取3份10?mg/L的酸性大红溶液各100?mg/L，电极数量为三
个针式电极，放电时间为30?min，输入电压为30?kV，放电频率为25Hz，改变针式电极的距离为、3、5?mm，测试3份样品的吸光度，计算脱色率（图3）。
随着放电距离的减小，酸性大红溶液的脱色率逐渐提高，这是因为针板电极间距太小时，容易发生溶液击穿，使得活性物质的浓度大大降低，能量的利用率下降，从而导致脱色效率的提高。
2.4 电极数量对去除率的影响
选取五份10?mg/L的酸性大红溶液各100?mL，电极间距为3?mm，放电时间为10?min分钟，输入电压为30?kV，放电频率为25?Hz，改变针式电极的数量，测试五份样品的吸光度，计算脱色率（图4）。
电极数量的增加也影响到酸性大红溶液的脱色率，但是并非直线关系，主要由于实验的条件以及仪器的精密程度，电极在放电过程中出现损耗，多个电极情况下不会出现所有电极同时放电的情况，而且多电极的放电的范围也比单一的放电极要好，也有可能对有色染料的净化产生好的影响。
3 结语
采用针-板式高压脉冲放电等离子体技术处理含偶氮染料酸性大红的模拟废水，当废水投加量为10?mL，脉冲频率为25?Hz，电极间距为3?mm，电极数量为3，反应时间为30?min时，酸性大红染料的脱色率为78%。
针对高压脉冲放电技术进行了初步的研究，找到了一些影响处理效果的主要因素，得到了一些基本结论。
但就应用技术本身来讲，脉冲放电法目前还不完全成熟，如何提高能源利用率以及减少高压脉冲
放电的成本，设计出一种耐高温、耐腐蚀、可以长时间工作的电极，仍是我们需要继续探索的方面。
参考文献
[1] 许开，彭会清，董冰岩.高压脉冲放电等离子体处理活性红X-3B染料废水[J].化工环保，2011（3）.
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[3] 李胜利，李劲，王泽文，等.脉冲电晕放电对印染废水脱色效果的实验研究[J].环境科学，1996，17（1）.
[4] 刘芳，黄海涛.高压脉冲放电等离子体水处理中的放电方式及其应用[J].工业安全与环保，2006（7）：32-37.
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[6] 许开，余丽萍.高压脉冲处理活性蓝染料KN-R废水的研究[J].纺织科技进展，2011（2）.
[7] Dong Bingyan，Li Jie，Wu Yan，et al.Experimental study of secondary streamer energy in pulsed corona
discharge[J].Jpn.J.Appl.Phys.，2005，4（4A）：1959-1960.
[8] 杨丽.高压脉冲放电协同茶叶处理亚甲基蓝试验模拟废水[J].成都：四川农业大学环境工程学院，2011.。
放电等离子体烧结技术课件
▪ 2000年6月武汉理工大学购置了国内首台SPS装置。 ▪ 随后上海硅酸盐研究所、清华大学、武汉大学等高校及科研机构也相继引进了
SPS装置, 用来进行相关的科学研究。
3
放电等离子体烧结（SPS）简介
由于其独特的烧结机理, SPS技术具有升温速度快、烧 结温度低、烧结时间短、节能环保等特点, SPS已广泛 应用于纳米材料、梯度功能材料、金属材料、磁性材料 、复合材料、陶瓷等材料的制备。
8
放电等离子烧结（SPS）的应用
将1700 C下用SPS分别烧结3 min和5 min的样品与常规方法在1500 C烧结 72 h的样品对比可以看出使用SPS方法得到的样品所用时间更短, 致密性更 好。
放电等离子体烧结技术
Spark Plasma Sintering（SPS）
课程：材料合成与制备
1
目录
1. 放电等离子烧结（SPS）简介 2. 放电等离子烧结（SPS）的基本原理 3. 放电等离子烧结（SPS）的优缺点 4. 放电等离子烧结（SPS）的应用
2
放电等离子体烧结（SPS）简介
SPS的发展
▪ 1930年, 美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理, 直到1965年, 脉冲电流烧
结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利, 但当时未能解决该 技术存在的生产效率低等问题, 因此SPS技术没有得到推广应用。
▪ SPS技术的推广应用是从上个世纪80年代末期开始的。 ▪ 1988年日本研制出第一台工业型SPS装置, 并在新材料研究领域内推广应用。 ▪ 由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点, 近几年国内外许多大学和科研机构
放电等离子体烧结技术
1 放电等离子体烧结的工艺 1.1放电等离子体烧结的设备
一般放电等离子体烧结设备主要由三部分组成
产生单轴向压 力的装置和烧 结模具，压力 装置可根据烧 结材料的不同 施加不同的压 力；
脉冲电流发生 器，用来产生 等离子体对材 料进行活化处 理
电阻加热设备
材料合成与制备
SPS装置的结构示意图
图1 为其装置简图。图2 为SPS 的电压、电流及外加压力与烧结 时间的关系曲线。其电流曲线主要由三段组成: (1) 脉冲大电流; (2) 稳态小电流; (3) 停止放电间隙。在稳态电流阶段, 仅施加很小 的压力; 放电间隙阶段施加大压力。
分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，
开始收缩，产生一定的密度，并随着温度的升高而增大，
直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到最大。
材料合成与制备
1.3 等离子体烧结工艺参数的控制
烧结气氛 烧结气氛对样品烧结的影响很大（真空烧结情况除外）， 合适的气氛将有助于样品的致密化。
材料合成与制备
烧结温度 烧结温度的确定要考虑烧结体样品在高温下的相转变、
晶粒的生长速率、样品的质量要求以及样品的密度要求。一 般情况下，随着烧结温度的升高，试样致密度整体呈上升趋 势，这说明烧结温度对样品致密度程度有明显的影响，烧结 温度越高，烧结过程中物质传输速度越快，样品越容易密实。
但是，温度越高，晶粒的生长速率就越快，其力学性能就越差。而 温度太低，样品的致密度就很低，质量达不到要求。温度与晶粒大小 之间的矛盾在温度的选择上要求一个合适的参数。
业株式会社生产，SPS-1050）。
材料合成与制备
等离子体烧结技术的概念
等离子体 等离子体是宇宙中物质存在的一种状态，是除固、
等离子体发生器高压放电特性研究.
第9卷第3期强激光与粒子束V o l. 9, N o . 31997年8月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM SA ug . , 1997等离子体发生器高压放电特性研究Ξ陈林周之奎孙承纬(中国工程物理研究院流体物理研究所, 成都523信箱58分箱, 610003摘要从实验和理论两个方面研究了等离子体发生器随毛细管的几何尺寸和PFN 网络的初始充电电压等参数变化的放电规律, 结果将有助于改进等离子体发生器的设计和提高放电的效能。
关键词PFN 网络等离子体发生器定态等温模型放电特性ABSTRACT In th is paper , the dependence of discharge character of p las m a generato r on the geom etric scale of cap illary and the in itial charge vo ltage of PFN has been studied in exper 2i m en ts and the resu lts w ill con tribu te to i m p rove the design of p las m a generato r and increase it’sdischarge efficiency .KEY WOR D S PFN , p las m a generato r , iso therm al and steady model , discharge charac 2ter .等离子体发生器的放电过程:随着PFN 网络放电而形成的脉冲大电流通过金属箔, 金属箔经历固态加热、熔化、汽化、电爆炸以至电离的过程, 形成毛细管内的初始电弧, 烧蚀聚乙烯管壁, 形成等离子体。
随着温度和压力的升高, 等离子体在管口形成喷射, 一段时间后, 形成以当地声速的稳定喷射。
放电等离子烧结工艺流程
放电等离子烧结工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1. 样品制备，将原料粉末通过球磨、过筛等方法制成所需的样品形状和尺寸。
等离子体水处理技术 45页PPT文档
塘或灌溉
超等AOP技术→外排或灌
溉
80,000 ～ 120,000
80,000 ～ 120,000
500 ～3,000
300 ～ 1,000
1000 25,000以上
1000 1,500 ～ 2,000
3～7
5(沼气发电)
HRT（停留时间） 投资总成本(万元)
7天 1500 ～ 2000
5天 1,300
的运行成本较高。
等离子高级氧化(AOPs)污水预处理机
• 生活污水： 市政、大型酒店宾馆、 休闲旅游度假村的生活污水 处理及中水回用。
• 高浓度难生物降解工业废水： 如印染污水、电镀污水、造纸废水、化工污水、冶金 厂污水、石化污水、酒精制糖污水、淀粉厂污水、填 埋场垃圾渗滤液等。
• 医院污水消毒深度处理： 代替二级生化处理，代替二氧化氯、臭氧消毒。
• 微波放电的电离度高，气体具有更高的活化程度，因而能 在更低温度下获得和维持具有更高能量的等离子体，更适 合对温度敏感材料如有机薄膜的处理，但设备造价较高。
• 国内外现在已有许多利用微波放电的例子，如大连化学物 理研究所曾用微波放电来脱除一氧化氮。
高压脉冲放电等离子体
滑动弧放电等离子体
介质阻挡放电等离子体
甲基紫、苯酚和纺织品染料水溶液
辉光放电等离子体
苯、酚类水溶液（苯酚、硝基甲苯、1-萘胺、2，4二氯苯酚、苯、硝基苯、4-氯苯酚、苯酚、 甲苯酚、 邻苯二胺）；
染料模拟废水（茜素红、亮绿、甲基紫）
介质阻挡放电等离子体 苯、酚类水溶液（苯酚、氯苯酚、苯、甲苯、二甲
苯）；
染料模拟废水（靛蓝二磺酸钠、茜素红、酸性橙-7）
宇宙中90％物质处于等离子体态
低温等离子体处理废液技术_吴向阳
化 工 环 保 2002年4月EN VIRO NMENTAL PROTECT ION OF CHEMICAL INDUSTRY第22卷第2期环保新技术低温等离子体处理废液技术吴向阳,仰榴青,储金宇,陈钧(江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013)[摘要]低温等离子体技术包括热等离子体技术和冷等离子体技术。
该技术处理废液具有范围广、快速、高效、无二次污染等优点,尤其对难降解有毒废液的处理,其先进性和优越性更为突出,被认为是21世纪环境污染物处理领域中最有发展前途的新技术之一。
综述了低温等离子体处理废液技术的研究和应用进展,重点分析了冷等离子体技术处理难降解有机废液的作用机理,探讨了两种技术现存的主要问题,并指出了今后需要研究的方向。
[关键词]等离子体;低温等离子体;废液处理[中图分类号]X703 [文献标识码]A [文章编号]1006-1878(2002)02-0111-04 就废液处理而言,常规的处理技术有物理处理、化学处理和生物处理,但它们对难降解有毒废液的处理效果不佳。
低温等离子体处理废液技术是近年来引起人们极大关注的一项新技术,它对污染物兼具物理作用、化学作用和生物作用,具有处理范围广、快速、高效、无二次污染等特点,特别是用于难降解有毒废液的处理,例如多氯联苯(PCB)、农药六六六、DDT、制药、印染以及生物技术、医院等行业的有毒废液,与常规处理方法相比,其效果和优越性更为突出。
本文综述了低温等离子体处理废液技术的研究和应用进展,分析了其作用机理,并对现存的主要问题和今后需要研究的方向进行了探讨。
1 低温等离子体的分类、特点及产生方法 等离子体是大量具有相互作用的带电粒子组成的有宏观时空尺度的体系,它实际上就是电离率足够大时的一种电离气体,其系统的性质受带电粒子的支配,但整个系统是电中性的,被称为物质第四态。
它是气体在加热或强电磁场作用下电离而产生的,主要由电子、正负离子、原子、分子、活性自由基以及射线等组成。
等离子体电子工程(22)-电晕放电与高压低温等离子体
电流密度较高并且离子以 600eV 的高能来撞击阴极，这种磁控 管等离子体因此可以高速地溅射阴极材料。 在低气压情况下被溅射出 来的粒子的平均自由程较长，所以在图 5.13 中溅射粒子能够被设置 于阴极对面的基板收集而堆积成薄膜。由于这些特性，再利用溅射来 形成各种薄膜（如铝、钨、钛等金属薄膜和氧化膜、氮化膜等）的工 艺中，磁控管方式的放电已作为一种标准方法。由于直流磁控管等离 子体中一定要有直流电流通过，所以阴极材料（溅射材料）必须是导 电的。由此，在绝缘性薄膜的溅射成膜或刻蚀工艺中使用的等离子体 是 RF 磁控管等离子体。在悬浮的状态下给阴极施加 RF 电压后，正 离子的电荷积累就被消除，而在阴极表面产生直流自给偏压（6.2.3 小节） 。离子被此电压所加速，从而绝缘性的阴极材料也可以用于溅 射。
在低气压下也可以生成高密度等离子体， 是由于下述的二次电子 的 E B 漂移所引起的旋转运动效应（磁控管效应） 。等离子体内的正 离子被阴极暗区的电压降所加速而撞击阴极表面，使得二次电子逸 出。这种二次电子在暗区电场的加速下获得高达 eVd （例如 600eV ）的 能量。 这些高能量的电子在无磁场时只能走过电极之间的距离而在阳 极被吸收掉，其寿命很短，电离效率很低。但是，在磁控管放电中， 如图 5.13 所示，在阴极表面有平行的磁场，二次电子因此在阴极表 面上作 E B 漂移运动， 画出的轨迹是轮摆线 （第二章图 2.4 中的实线） ， 即沿着“炸面圈”的方位角方向不停地作旋转运动。结果，二次电子 从阴极出发到抵达阳极被吸收掉为止的寿命要变长， 它们能够引发许 多电离从而形成炸面圈状的高密度等离子体。这里，阳极的作用仅仅 是捕获电子来形成电流， 所以除了在阴极对面放置平板状阳极的方式 也经常被采用。
电或无声放电） 。如后面第 7 章中的图 7.9 所示，它的作法是在金属 电极表面覆盖介质（石英玻璃等）作为阻挡层（barrier） ，然后施加 这样就可以大面积地生成无火花放电的稳定 50 Hz ~ 10kHz 的交流高压， 流注电晕。换句话说，放电电流所带来的电荷在介质表面的局部积累 会形成一个反向电场，从而可以防止火花放电引起的电流集中。这种 放电常常用氦气作为控制气体， 这是因为氦气具有良好的导热特性和 较低的着火电压，这样生成的等离子体有时又称为高气压辉光。 5.5 磁控管放电 磁控管放电指的是在平板状阴极的表面平行的施加磁场后产生 的放电，所生成的等离子体叫做直流磁控管等离子体。图 5.13 是一 个实用磁控管溅射装置的截面图， 其中的磁场是通过设置在圆盘阴极 背面的炸面圈（doughnnt）形氩） 、放电电压 Vd 600V 的时候，可 以获得 20 mA / cm 2 的高电流密度。这时，在阴极表面上，隔了一个很 薄的暗区之后会出现明亮发光的炸面圈状的高密度等离子体 （ 1018 m 3 ） 。这个“炸面圈”的长半径 R 4cm 基本上是由磁力线的形 状所决定的； “炸面圈”的厚度 a 与半径 R 位置处的磁场（ 200G ） 和加速电压 Vd 有关，其数值相当于第二章公式（2.10）中的拉莫尔半 径（ e 0.5cm ） 。而离子质量较大，其拉莫尔半径也较大，所以可以 认为磁场对它不起作用。
高级氧化技术的研究进展
高级氧化技术的研究进展钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞【摘要】高级氧化技术(AOPs)对高浓度、高毒性、可生化性差的工业废水有很好的降解效果;介绍了高级氧化技术的特点,并综述了化学氧化、光化学催化氧化、水热氧化技术、超声氧化技术以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其在水处理中的应用.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(032)003【总页数】5页(P83-87)【关键词】高级氧化技术;水处理;有机污染物【作者】钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067【正文语种】中文【中图分类】O623随着我国经济的不断发展，以各种途径进入水体的有机污染的种类、数量和复杂性也不断的增加，使得水环境污染越来越严重，水环境质量急剧下降。
传统的处理有机物的方法是生物降解和传统的物理－化学法。
然而，部分化学性质稳定，难以被微生物和常见化学氧化剂降解，因此，高级氧化技术（AOPs）在不久的将来成为最好的选择。
对化学氧化、电化学氧化、光化学催化氧化、湿式空气氧化、超声氧化法、超临界水氧化法以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其应用进行了综述。
1．1 高级氧化的发展Santiago等人提到大多数AOPs的操作反应中，有很大的相似性，都是羟基自由基（·OH）参与反应。
羟基自由基（·OH）具有极度不稳定性，光谱性，无选择性和化学反应速率极快，是一种强氧化剂，各种氧化剂的氧化电极电位［1］见表1。
Yang Deng等［2］人也提到许多研究已经发现硫酸根自由基（氧化还原电位为2．6 V）是一种比羟基自由基在污水处理中更有效，半衰期更长，更强的氧化剂。
放电等离子体烧结技术(SPS)
放电等离子体烧结技术（SPS）一、S PS合成技术的发展▪最初实现放电产生“等离子体”的人是以发现电磁感应法则而知名的法拉第（M.Farady），他最早发现在低压气体中放电可以分别观测到相当大的发光区域和不发光的暗区。
▪ngmuir又进一步对低压气体放电形成的发光区，即阳光柱深入研究，发现其中电子和正离子的电荷密度差不多相等，是电中性的，电子、离子基团作与其能量状态对应的振动。
他在其发表的论文中，首次称这种阳光柱的状态为“等离子体”。
等离子体特效图▪1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。
日本获得了SPS技术的专利，但当时未能解决该技术存在的生产效率低等问题，因此SPS技术没有得到推广应用。
▪SPS技术的推广应用是从上个世纪80年代末期开始的。
▪1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广应用。
▪1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10~100t 的烧结压力和5000~8000A脉冲电流，其优良的烧结特性，大大促进了新材料的开发。
▪1996年，日本组织了产学官联合的SPS研讨会，并每年召开一次。
▪由于SPS技术具有快速、低温、高效率等优点，近几年国外许多大学和科研机构都相继配备了SPS烧结系统，应用金属、陶瓷、复合材料及功能材料的制备，并利用SPS进行新材料的开发和研究。
▪1998年瑞典购进SPS烧结系统，对碳化物、氧化物、生物陶瓷登材料进行了较多的研究工作。
▪目前全世界共有SPS装置100多台。
如日本东北大学、大阪大学、美国加利福尼亚大学、瑞典斯德哥尔摩大学、新加坡南洋理工大学等大学及科研机构相继购置了SPS系统。
▪我国近几年也开展了利用SPS技术制备新材料的研究工作，引进了数台SPS烧结系统，主要用于纳米材料和陶瓷材料的烧结合成。
▪最早在1979年，我国钢铁研究总院自主研发制造了国内第一台电火花烧结机，用以批量生产金属陶瓷模具，产生了良好的社会经济效益。
高压脉冲气液混合放电等离子体对铜绿微囊藻的灭活研究
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高压 脉冲气 液混 合放 电等离子体 对铜 绿微囊藻 的灭活 研究
顾 雨辰
高压脉冲气液混合放电 等离子体对铜绿微囊藻的灭活研究
Ａ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ／ ｃ ｒ ｏ ｃ ｙ ｓ ｔ ／ ｓ ａ ｅ ｒ ｕ ｇ ／ ｎ ｏ ｓ ａ ｂ ｙ Ｈｉ ｇ ｈ
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