低温等离子体（精选十篇）
低温等离子体 篇1
关键词：低温等离子灭菌器,低温报警,维修
低温等离子体灭菌器工作过程主要包括: (1) 真空阶段使灭菌室内真空度达到等离子体放电的真空条件; (2) 注液扩散阶段系统自动注入过氧化氢溶液, 瞬间气化分成分子, 均匀扩散到整个灭菌室; (3) 等离子阶段气化的过氧化氢在RF的作用下产生等离子体, 通过低温离子体的活性Free-radical作用, 使微生物灭绝。当RF波停止时, 离子化状态结束, 转变成稳定的氧分子及水分子, 随后重复注液扩散阶段和等离子阶段, 以保证器械的灭菌效果。 充气阶段:灭菌循环的最后阶段, 通气阀打开, 吸进新鲜空气。
我院于2009年购进一台凯斯普GASP-80A低温等离子灭菌器, 共消毒1680锅, 有10多次消毒失败, 其中低温报警消毒失败三次。就这三次情况汇报如下:
(1) 开机后机器进入预热状态。通常情况下机器开机20 min锅体达到预热效果, 可进行下一操作流程, 但机器始终报温度低检查温度传感器。按合同已过保修期, 联系厂家发现维修价格较高。于是我们决定自己先修修看。打开机器外壳发现在锅体的一周包裹着三根加热带, 发现三路加热带供电正常均为220V。断电检查其中一根加热带电阻无穷大, 购得一加热带更换故障排除。
(2) 机器开机后无法达到预热效果, 我们以为是加热带没工作导致预热效果不好。检查发现三条加热带正常工作。既然加热部分工作正常, 那还有什么影响锅体的温度呢?仔细研究, 发现注液阀与锅体消毒仓直接相连, 如果注液阀关闭不严导致消毒仓与锅外相通从而影响锅体温度;在购得注液阀更换后故障排除。
(3) 机器通电后不能达到预热要求, 提示检查温度传感器。打开机器外壳检查发现三条加热带阻值在正常范围, 有一路没有220V加热电压。进一步检查发现三相固体继电器有一相无电压输出, 更换固体继电器后加热电压恢复正常。大约20 min后达到预热效果。
通过三次维修我们知道设备在出现故障时不能专等厂家服务, 有时依靠自己的智慧也能解决问题。一方面可以提高我们的动手能力, 另一方面也能为医院省下一笔可观的费用, 还可以为临床迎得宝贵的时间。
参考文献
[1]沈伟;国内外内窥镜消毒动态[J];中国消毒学杂志;2002年03期73-74
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低温等离子体技术处理挥发性有机物 篇2
低温等离子体技术处理挥发性有机物
摘要：介绍了低温等离子体技术在处理挥发性有机物(VOCs)的.研究现状和成果;探讨了低温等离子体技术的发展趋势.作 者：李洁 李坚 金毓Z 梁文俊 李依丽 Li Jie Li Jian Jin Yuquan Liang Wenjun Li Yili 作者单位：北京工业大学环境与能源工程学院,北京,100022期 刊：环境污染治理技术与设备 ISTICPKU Journal：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL年，卷(期)：,7(6)分类号：X701关键词：低温等离子体 挥发性有机物 降解
低温等离子体 篇3
背 景
有機废气主要指挥发性有机化合物，挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)是指室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa，在空气中沸点在260℃以下的有机物。有机废气主要来源于石油化工、印刷、涂料和其他一些工艺。传统的VOCs治理方法主要有吸附法、液体吸收法、冷凝法、吸附－催化燃烧法、光催化法和生物降解法等，但是这些传统的治理工艺在处理低浓度大风量的有机废气存在一些缺点和不足。近年来兴起的低温等离子体催化技术由于具有操作简便、投资少、处理效率高等优点，被广泛应用于低浓度大风量的有机废气治理。
1.低温等离子体的定义
等离子体就是处于电离状态的气体，其英文名称为plasma。等离子体是被称作除固态、液态和气态之外的第四种物质存在形态。它是由大量带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、激发态分子及光子）所组成的体系，因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体，见图1。
根据等离子体的粒子温度，可以把等离子体分为两大类，即热平衡等离子体和非平衡等离子体。当电子温度Te＝离子温度Ti时，称为热平衡等离子体，简称为热等离子体。这类等离子体不仅电子温度高，其他粒子温度也高。当Te>>Ti时，称为非平衡态的等离子体。其电子温度可高达104K以上，而离子和原子之类等其他粒子温度却可低至300～500K，因此也叫做低温等离子体。
2.低温等离子体催化技术去除有机废气的机理
有研究指出[1]：对于有机物在低温等离子体中的氧化降解机理，反应主要有以下几个过程：（1）是低温等离子体中的高能电子与气体分子、原子发生非弹性碰撞，将能量转换成基态分子、原子的内能，发生激发、离解和电离等一系列过程，使气体处于活化状态；（2）在碰撞过程中产生了大量的O、OH、HO2等自由基和活性粒子及氧化性极强的O3，这些活性物种很容易与处于活化状态的气体发生化学反应。（3）O、OH、HO2与有机物分子、破碎的有机物分子基团、等发生一系列反应，有机物分子最终能被氧化降解为CO、CO2和H2O。
催化净化有机物属于多相催化作用。多相催化是发生在两相界面上的催化作用。通常催化剂为多孔固体，在多相催化反应中，有机物被吸附在固体催化剂表面，使反应物分子得到活化，降低了反应的活化能，而使反应速率加快。
低温等离子体催化与传统化学催化既有相似之处，也有其它特点。等离子体催化具有双重活化作用及等离子体－催化体系的协同作用，其作用机理极其复杂。低温等离子体催化协同净化有机废气的机制为：（1）有机物分子在高能电子的作用下形成各种自由基（O、OH、HO2）、带电中间体、小分子烃等；（2）在催化剂的作用下发生化学反应，由于催化作用有特殊的选择性，对相同的反应物，选择不同的催化剂就可以得到不同的产物。因此可以通过调整催化剂，控制有毒有害副产物的产生，使有机物分子降解为CO2和H2O。
3.低温等离子体催化技术去除有机废气的国内外研究现状
李党生等[2]采用介质阻挡放电与催化剂(MnO2，TiO2)联用降解空气中低浓度的苯。介质阻挡放点协同催化降解苯的氧化产物为一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。添加MnO2、TiO2催化剂后，苯的降解效率得到较大的提高。研究发现苯的转化率随能量密度的增加而增加，当注入反应器的能量密度为1200J/L时，介质阻挡放电降解苯的降解效率约为50%，添加催化剂后苯的降解效率率可达到了92%。
魏长宽等[3]以苯系物作为处理对象，利用串齿线-筒体构成的等离子体反应器，以Pt/Al2O3或Mn/Al2O3催化剂置于等离子体区后，考察了苯系物转化率、COx产率和O3生成情况。结果表明，催化剂放在等离子体区后能大大提高苯系物的转化率，COx的选择性，减少臭氧的排放；认为放电产生的O3不仅参与催化氧化苯系物和CO的反应，而且自身也在催化剂表面分解。
赵雷等[4]采用介质阻挡放电净化甲苯，分析了在改变电压、污染物入口质量浓度等参数后净化效率的变化。实验观察到副产物CO浓度，随着甲苯浓度的增加而增加。通过在等离子体区添加催化剂TiO2，可以提高甲苯的去除能力（由12g/m3增加到16g/m3），降低了CO的产生量，使有机物更多地转化为无害的CO2。
Subrahmanyam等[5]制备了以石英管为介质的介质阻挡放电反应器，以负载了过渡金属的烧结金属纤维作为内电极，通过负载不同的催化剂（Mn，Ti，Co）降解甲苯、异丙醇、三氯乙烯。实验结果表明，增加电压和频率都可以提高能量密度，从而提高有机废气的去除效率和COx的选择性。
4.结语
随着生活水平的提高，人们对大气环境质量的要求日益提，挥发性有机废气带来的污染已受到普遍关注。低温等离子体催化技术理论研究上已经被证实了是去除VOCs的最有效方法之一，特别是在处理低浓度大气量的气体，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]黄立维等.高压脉冲电晕法治理有机废气实验研究.环境污染与防治,第20卷，第1期，1998年2月：4-7
[2]李党生,冯涛,姚水良.低温等离子体与催化剂联用降解空气中低浓度的苯[J].环境科学与技术, 2007, 30(10): 65-67
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低温等离子体 篇4
1 灭菌过程中易出现的问题
(1) 灭菌物品未充分干燥, 导致灭菌过程中断, 不能顺利完成灭菌全过程; (2) 过氧化氢量不足或无过氧化氢时, 会发生灭菌过程中断, 不能顺利完成灭菌全过程; (3) 瓶装液体过氧化氢需人工补装、更换。医务人员接触液体过氧化氢有化学性烧伤的风险; (4) 灭菌物品装载过多、过紧时, 会延长灭菌时间, 导致灭菌过程延长。
2 对策
2.1 清洗干燥环节。
首先, 将腔镜、器械等拆至最小单位, 打开轴节处;其次, 彻底清洗器械内外, 特别是轴节处、弯曲处、腔隙处、凹槽处、可拆卸的连接处等容易残留物品和水分的部位;最后是掌握气枪使用技巧, 应用气枪吹干器械, 特别是腔内、凹槽处、可拆卸的连接处, 也可适当选用烘干机进行细致、彻底的干燥处理。
2.2 检查包装。
检查器械的清洁度、干燥度, 问题最多的是器械的腔隙处、凹槽处有水分残留, 其次为器械精细部位连接处清洗不够彻底都会影响器械的干燥。选择低温等离子灭菌专用无纺布或纸塑包装袋进行包装, 松紧适中。
2.3 低温等离子灭菌技术是一项新技术, 应选择合适的
人员操作, 选择具有较强慎独精神、责任心强的人员进行培训、指导, 直到熟练规范操作。PS-100型低温等离子体灭菌器使用的灭菌剂是过氧化氢, 灭菌时应坚守岗位, 如提示过氧化氢量不足时, 应待灭菌过程结束后, 再及时补装过氧化氢, 杜绝过氧化氢量不足现象的发生。
2.4 人工补装、更换瓶装液体过氧化氢时, 需戴乳胶手套、圆帽和口罩, 防止烧伤。
过氧化氢很容易渗入皮肤, 如果不小心接触到皮肤, 应立即使用大水量流动水彻底冲洗接触部位大约5 min, 根据情况就医。过氧化氢应储备在冰箱内。
2.5 灭菌装载总装载量不能过多, 以小于灭菌舱容积的
80%为宜, 装载灭菌物品时, 其包装材料的塑面须朝向一个方向。灭菌物品装载高度应保持距腔体顶端至少8 cm, 距离墙壁至少10 cm, 平放置在水平地面上 (倾斜度小于3°) 。每次灭菌循环应放置不同物品, 避免单放金属类物品, 每包之间要有空隙[1]。严格控制每舱灭菌国产电池的数量, 无论功率大小, 每舱以不得超过2个为宜。因为国产电池内的碳粉可过多地吸附过氧化氢, 不仅导致第一阶段压力过低而发生程序中断, 而且造成过氧化氢耗损[2]。
2.6 灭菌时, 要坚守岗位, 监测全过程。
一旦中断现象, 立即查找原因, 掌握第一手资料并记录, 为采取措施提供依据。
3 结论
在诸多问题中, 最易发生的问题是灭菌过程中断。据国内相关文献报道, 应用低温等离子体灭菌系统所发生的中断率为2.7%~6.1%[3].我院PS-100型低温等离子体灭菌过程中发生中断率为5.8%.通过确保物品清洗干燥后灭菌过程中断率减少至1.3%, 显著提升了灭菌成功率。及时按要求补装、更换过氧化氢, 规范装载灭菌物品也是不可缺少的环节。
参考文献
[1]霍孝蓉, 宋瑾.医院消毒供应中心知识问答[M].重庆:东南大学出版社, 2007:104.
[2]王晓娅, 杨红兰, 等.过氧化氢低温等离子灭菌程序中断环节的控制[J].中国消毒学杂志, 2009, 26 (1) :96.
低温等离子体 篇5
低温等离子体技术在有机净化废气
中的应用与进展
姓名：xxx 专业：环境工程 班级：xxx 指导老师：xxx
2015年12月xx日
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
摘要
随着现代工业的快速发展，工业三废的排放量与日俱增，尤其是挥发性有机废气(VOCs)的排放，挥发性有机废气种类繁多、毒性强、扩散面广，是继颗粒物、二氧化硫、氮氧化合物之后又一类不容忽视的大气污染物。传统的有机废气处理方法存在流程复杂、运行成本高、处理效率低下、易产生二次污染等问题。低温等离子体技术利用自由基、高能电子等活性粒子与有机废气分子发生一系列理化反应，使有害气体在短时间内迅速催化降解为CO2和H2O以及其他小分子化合物。低温等离子体技术工艺流程简单、开停方便、运行费用低、去除效率高，在治理上具有明显优势,是国内外目前的研究热点之一。本文综述了低温等离子体在催化剂处理挥发性有机废气方面的技术研究进展，并展望了等离子体技术在废气处理领域的发展方向。
关键词：低温等离子体；有机挥发性废气(VOCs)；催化降解
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展 引言
工农业生产过程不可避免地要排放挥发性有机废气(VOCs)，这是污染环境、危害人类健康的重要来源[1-2]。挥发性有机废气排放到大气中会引起光化学烟雾、臭氧层破坏等环境问题；大部分的VOCs 还具有毒性、刺激性、甚至致癌作用，对人体健康造成严重的危害[3]。为了应对(VOCs)对环境的破坏以及对人体健康的威胁，挥发性有机废气处理技术迅速成为国内外的研究热点之一。常用有机废气处理技术
目前国内外有多种技术用于处理挥发性有机废气，其中较为常见的方法有：燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、低温等离子体法等。
2.1 燃烧法
通过燃烧将VOCs转化为无害物质的过程称为燃烧法[4]。燃烧法的原理是燃烧氧化作用及在高温下的热分解。因此，燃烧法只适用于处理可燃的或在高温下易分解的VOCs。
2.2 冷凝法
冷凝法处理VOCs是利用废气中的各组分饱和蒸汽压不同这一特点，采用降温、升压等方法，将气态的VOCs液化分离[5]，但冷凝法不适用于低浓度废气的处理。
2.3 吸收法
吸收法的原理是吸收质（VOCs）与吸收剂（水、酸溶液、碱溶液等）发生化学反应从而达到吸收去除效果。当VOCs成分复杂需多段净化时，该方法便不再适用，并且该法设备易腐蚀，易形成二次污染[6]。
2.4 吸附法
吸附法是用多孔性固体活性炭、分子筛、交换树脂、硅胶、飞灰等吸附去除废气。吸附法对大部分VOCs均适用，一般作为其他方法的后续处理[7]。但是吸附法也有它的缺点投资高、吸附剂用量大、再生困难、能耗大、占地面积大等缺点。
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
2.5 生物法
生物法去除VOCs是微生物利用废气作为碳源和能源，进行生命代谢，将VOCs分解为CO2和H2O等小分子有机物[8]。该方法绿色环保，但对VOCs种类和浓度波动适应性较差。
2.6 其他方法
除了上述方法外，其他的治理技术还有化学氧化法、膜分离法、光催化法、低温等离子体法等。其中低温等离子体技术经过近年发展日渐成熟，低温等离子体法的适用范围广[9]、净化效率高，尤其适用于其它方法难以处理的多组分VOCs气体，下面将着重介绍该方法。低温等离子体技术 3.1 等离子体及其分类[10-11]
等离子体被认为是物质的第4种存在形态。除固态、液态和气态之外，由电子、离子、中性粒子和自由基组成的导电性流体，整体保持电中性。等离子体中，若电子与其他粒子温度相同，且在5000K以上，称之为热等离子体或平衡态等离子体。若电子的运动温度达几万摄氏度，而其他粒子和整个系统的温度只有几百摄氏度，则称之为低温等离子体或非平衡态等离子体。实验室中常用的低温等离子体主要包括：电晕放电、辉光放电、火花放电、介质阻挡放电、滑动弧光放电、微波等离子体及射频等离子体。
3.2 低温等离子体去除VOCs 的机理
采用低温等离子体分解气体污染物时，低温等离子体与VOCs 的作用机理主要有两方面：一是高能电子直接与气体分子（原子）发生非弹性碰撞，将能量转换成基态分子（原子）的内能，使其激发、离解、电离最终生成无害的CO2 和H2O；二是高能电子激励气体中的O2、N2、H2O 等分子，从而产生具有强氧化能力O、OH、O3、OH2 等自由基或活性粒子，它们破坏C-H、C=C 或C-C 等化学键，使VOCs 分子中的H、C1、F 等发生置换反应和分解氧化，最终生成无害物质CO2 和H2O[12]。
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
3.3 低温等离子体技术处理VOCs 的研究进展 3.3.1 低温等离子体单独作用于VOCs
由于低温等离子体具有很多优点，研究者对不同的放电低温等离子体进行了研究，其中以介质阻挡放电等离子体研究最多。低温等离子体单独作用VOCs具有设备简单、流程短、效率高，而且容易获得等离子体的优点，因而被广泛的研究。滑动弧放电是一种气体放电等离子体发生方式，在常压下产生非平衡等离子体，80%以上的输入电能能通过低温等离子体刺激化学反应[13]。国内薄拯等[14]研究了滑动弧放电等离子体裂解正己烷，该法可以有效处理正己烷，裂解率高达96%，主要裂解产物为CO2、CO、NO2 和H2O。提高电压可以增大正己烷裂解率，进而增大处理量；不同材料的电极能量利用率不同，能量利用率依次为铁电极低于铝电极低于铜电极。国外Antonius Indarto 等[15]在常温常压下研究了滑动弧放电处理芳香化合物和有机氯化合物的混合物，结果表明，进气芳香化合物浓度为0.1%～0.5%，流速为5L/min 时，能量利用率为苯< 甲苯< 二甲苯，比其他放电方式（如介质阻挡放电、射频放电等）能量利用率都高，降解率都在60%以上，主要产物为CO2、CO、H2O；进气浓度3%，流速5L/min，氯仿的去除率高达97%，产物主要为CO、CO2、Cl2 和气溶胶。除此之外，Shun-I Shih 等[16]研究了射频等离子体单独处理苯，在O2/Ar 做载气，O2 浓度为1～9%，C2H6 的浓度为1%，输入功率为20W，苯的去除率始终保持在98～99%，产物为CO、CO2、H2O。Wen-Jun Liang等[17]研究了介质阻挡放电以及铁电极上的NaNO2 介质颗粒含量对甲醛去除率的影响，结果表明，随着铁电极上的NaNO2 的含量增加，甲醛的去除率增加，当铁电极上浸入8000ppm 的NaNO2 时，甲醛的去除率由不浸时的58%增加到93%，能量密度也相应的增加。以上等离子体单独作用有机废气，虽然去除率很高，但都是针对低浓度废气，而且还产生CO 等副产物，CO2 的选择性也不强。
3.3.2 低温等离子体协同吸附剂作用于VOCs 在等离子体反应器中填充吸附剂（如活性炭、分子筛、沸石、大孔γ-Al2O3 等），可在不增加反应器尺寸的前提下，延长VOCs 废气在反应器内的停留时间，同时吸附剂可选择性吸附VOCs 和大量的高活性自由基，使表面处活性自由基
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
和VOCs 的浓度增大，有利于自由基和VOCs 的碰撞而发生化学反应，使短寿命活性基团尽量多的与废气分子发生碰撞，而多孔性颗粒的表面在电子撞击下也可成为反应活性中心，促进微孔结构表面的多相降解反应，有利于提高放电能量的有效利用率，增加产物的选择性，减少副产物。今后等离子体协同吸附剂的发展，主要在于优化等离子体反应器及对吸附剂进行改性。Song 等[18]研究了等离子体反应器中填充不同吸附能力的吸附剂（玻璃小球、微孔γ-Al2O3 颗粒、分子筛和γ-Al2O3 颗粒的混合物）对甲苯和丙烷去除率的影响，结果表明，随着温度的增加，吸附能力有所下降，但是去除率增加，还发现因为微孔γ-Al2O3 颗粒O3、HNO3 副产物明显减少。Urashima 等[19]研究了介质阻挡放电反应器中放入活性炭过滤器对甲苯和三氯乙烯（TCE）去除率的影响。
结果表明，甲苯的降解率随输入能量的增加而增加，放电反应器中甲苯的去除率由不加活性炭的90%上升到98%，三氯乙烯由50%上升到90%，并且活性炭过滤器还能吸收反应副产物COCl2、HCl、NOx、O3，能量利用率甲苯和三氯乙烯分别为30g/KWh、15g/KWh。此外，季银炼等[20]研究了低温等离子体协同改性活性炭纤维（ACF）净化甲醛。采用浸渍法研制了负载纳米TiO2 及Cu/Pd 金属离子的改性活性炭纤维功能材料，充分发挥了ACF 的吸附作用、纳米TiO2 光催化作用、低温等离子体强氧化作用。结果表明，改性ACF 有利于甲醛净化，其中负载TiO2 改性方案最佳，低温等离子体协同TiO2/ACF 净化效果最好，其效率高达94%。
3.3.3 低温等离子体协同催化剂作用于VOCs 等离子体协同催化剂发挥了两种技术的优点，等离子体场中存在大量的活性物种：高能电子、离子及活性自由基和激发态的气体分子、原子等，只有这些活性物种的能量高于VOCs 键能时才会引发化学反应，而VOCs 的降解主要通过三个途径：(1)电子碰撞电离；(2)自由基碰撞电离；(3)离子碰撞电离。催化剂具有一定的吸附作用，气相中的大量活性物种及VOCs 分子在吸附作用下聚集在催化剂表面，增加表面活性物种和VOCs 的浓度，催化作用能降低化学反应的活化能。因此，低温等离子体与催化剂协同作用时，较直接催化剂法或单纯等离子体法具有更高的脱除效率，提高CO2 的选择性，可显著降低CO、气溶胶、臭氧及小分子有机化合物副产物的产生，并且显著降低能耗。等离子体协同催化
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
剂主要有两种方式：(1)催化剂填充在放电区(IPC)；(2)催化剂填充在放电区后面(PPC)。催化剂的不同位置对VOCs 的去除率、副产物的产生、能量的利用都有极大的影响。
目前研究的热点主要是催化剂的选择及其在反应器中的位置，光催化剂TiO2 由于来源广、化学稳定性和催化活性高、没有毒性，成为与等离子体协同作用的最常用光催化剂。晏乃强等[21]研究了催化剂强化脉冲放电治理有机废气，结果表明，Mn、Fe 等金属氧化物在放电作用下对有机物的降解有较好的催化活性，二者可使甲苯的去除率由59%分别提高到86%和83%；并且发现以陶瓷材料为载体用浸渍法制备的催化剂活性及稳定性较好。陆彬等[22]研究了介质阻挡等离子体放电与催化联用分解苯，结果表明，加入MnO2 可充分利用O2、O3，能够增加苯氧化为CO2，且苯去除的能量利用率是不用催化剂时的两倍，催化剂MnO2 离放电区的距离和能量密度对去除率有显著影响。当能量密度低于564J/L 时，MnO2 离放电区的距离越近，苯的去除效果越好；当能量密度高于1051J/L 时，苯的去除效果与MnO2 离放电区的距离有关并有一个最佳值。Zhu Tao 等[23] 研究了等离子体协同MnO2/γ-Al2O3 处理低浓度甲苯，结果表明，单独使用等离子体和MnO2 或γ-Al2O3 时，甲苯的去除率增加，但是使用等离子体和MnO2/γ-Al2O3 时，甲苯去除率高达98%以上，能量利用率提高，排放气体中的O3 浓度也减少。D.Ighigeanu 等[24]研究了电子束、微波诱导等离子体协同催化剂三种技术处理VOCs，催化剂填充在放电辐射区。结果表明，由于OH 自由基与VOCs的反应，电子束使VOCs 转化为中间产物有很高的效率，而微波等离子体和催化剂却能使中间产物转化为CO2、H2O，微波等离子体协同催化剂系统时，甲苯的转化率（VOCs 转化为任何产物的效率）和甲苯最终转化为CO2（产物中CO2 的比例）的效率分别为59.5%、82.2%；电子束等离子体协同催化剂的分别为77.2%、78.1%；电子束和微波等离子体协同催化剂的却分别高达92.8%、90.5%。Huang Haibao 等[25]研究了等离子体协同O3/UV/TiO2 处理甲苯，充分利用放电产生的O3 和紫外光与TiO2 的作用降解VOCs。结果表明，在放电区后填充光催化剂TiO2，甲苯转化率达80%，排放气体中O3 浓度比没有TiO2 时减少90%，水蒸汽在甲苯的降解和O3 的去除中起双重作用，甲苯的降解率随O3 的减少而增加，O3/ TiO2 过程在甲苯的降解中起关键作用。
低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展 总结与展望
近年来，我国着重解决废水污染物，有机废气的治理也将成为另一个重点目标。为了把有限的污染治理资金用好，对有机废气治理技术的研究开发需进一步探讨和解决以下几个问题：
(1)VOCs 废气的等离子处理技术，必须进一步改善该技术能量利用效率、系统压降、副产物产生及利用效率等，使等离子体污染控制技术发挥其独有的科技性和高效率，在未来的环保产业中得以推广应用。
(2)等离子体协同吸附剂和催化剂处理VOCs废气效果较好，但反应过程中可能产生O3、NOx、Cl2、HNO3 及其他二次污染物，可能使催化剂失去活性。
今后还须进一步研究的主要方向是：开发吸附能力强的催化剂，并且其活性对温度的影响不敏感，光催化剂和改性的吸附剂的研究也是发展的方向；同时对等离子体反应器结构也要进行改进，令其在更低的电压条件下产生等离子体；通过多方面的研究改进，最终使新兴的低温等离子体技术应用到工业生产中，为废气的治理提供现实可行的、经济合理的处理方法。
参考文献
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低温等离子体技术在净化有机废气中的应用与进展
低温等离子体 篇6
关键词 低温等离子体系统 扁桃体肥腺样体肥大
扁桃体、腺样体肥大是儿童常见病，是引起儿童分泌性中耳炎、阻塞性睡眠呼吸暂停的主要原因。长期得不到治疗可导致颌面发育障碍、身体发育迟缓。因此，一经确诊应尽早手术治疗。但传统的扁桃体、腺样体手术方法术中、术后出血风险较大，术区肿胀明显。且腺样体出血止血困难，主要为血栓压迫止血，患者术后很痛苦。针对此问题，2010年引进低温等离子体系统治疗扁桃体、腺样体肥大患者60例，疗效满意。现报告如下。
资料与方法
本组患者60例，男42例，女18例；年龄3～19岁；病程2～8年。合并分泌性中耳炎11例，双耳2例，单耳9例，睡眠时打鼾52例。电子鼻咽喉镜检查：全部病例均为腺样体肥大，其中完全阻塞后鼻孔23例，部分阻塞后鼻孔37例。扁桃体Ⅱ°～Ⅲ°肥大。
手术方法：本组患者全部采用全麻气管插管，直视合并70°鼻窦内窥镜引导成像下手术。患者取仰臥位，放置固定开口器后，用低温等离子70刀头，切开一侧咽腭弓与扁桃体交界黏膜，暴露扁桃体上极，沿被膜逐步切除扁桃体，同法切除另一侧扁桃体。出血部位可用70刀头边切边凝，切除扁桃体的同时完成止血。用0.5%麻黄碱液喷鼻，收缩鼻腔黏膜2次，用儿童软吸痰管2根，分别经左、右鼻腔进入，经鼻咽部至口咽部拉出，提拉固定，将软腭拉起。于70°鼻窦内窥镜下成像，可见腺样体全貌，然后用低温等离子70刀头绕过软腭抵于腺样体下缘，由下至上逐步消融腺样体，至后鼻孔完整暴露。同样，消融止血同步完成。11例合并分泌性中耳炎患者，同时行鼓膜穿刺术。术后静脉注射抗生素3天，1周～6个月随访，复查电子鼻咽喉镜及电测听、声导抗测听。
结 果
本组60例扁桃体、腺样体肥大患者术后，有1例扁桃体窝出血，行电凝止血。余59例患者均无出血。全部患者术后咽部术区无明显肿胀或仅有轻微肿胀，疼痛反应轻微，术后所有打鼾症状者，鼾声均消失或呼吸音稍粗。合并分泌性中耳炎患者均获治愈，听力正常。咽鼓管圆枕无损伤。术后6个月复诊，无扁桃体、腺样体残体及鼻咽部或鼻腔粘连。
讨 论
扁桃体、腺样体肥大的传统手术治疗上的主要问题：①用剥离或挤切法切除扁桃体，术中出血多，术后出血风险大，患者术后反应重，疼痛、术区肿胀明显，恢复时间长。②用刮匙刮除腺样体，术中出血多，易残留。③用吸切钻切除腺样体，亦出血较多，且易损伤咽鼓管圆枕。术中止血困难，多需后栓压迫止血1～2天，患者术后很痛苦。低温等离子体系统的应用，彻底解决了以上问题。
经本组60例扁桃体肥、腺样体肥大患者的术后病例总结，低温等离子体系统的应用有以下几个优点：①低温等离子技术利用低温等离子射频的能量，以较低的温度（40～70℃）来进行组织的切除，从而减轻组织的损伤。②手术时间短，术中出血少，切除组织与止血同步完成，配合70°鼻窦内窥镜引导成像系统，视野清晰，减少咽鼓管圆枕的损伤机会。③切除彻底不残留。④术后出血风险大大降低，并能大大减轻患者的痛苦，缩短康复的周期。术后无复发。
低温等离子体灭菌器产品设计及优化 篇7
本文将对灭菌器主要结构和参数提出设计方案, 优化现在市场上已有产品的结构和灭菌参数, 更好地实现产品的性能。
1 结构组成
主要结构包含:灭菌室、密封门、抽真空系统、等离子电源、放电极板、过氧化氢注入系统、无菌进气系统等。
灭菌室通过管路与抽真空系统和无菌进气系统相接, 灭菌室内设计放电极板, 放电极板通过高压屏蔽线与灭菌室外的等离子电源相接, 灭菌室的进出料口装有密封门。
在灭菌室内设计有过氧化氢注入口, 过氧化氢注入口与过氧化氢注入系统相接。
2 主要结构及参数的设计
2.1 密封门
门与门框的密封性直接影响灭菌室保压的水平, 采用通过斜面滑块结构的机械锁紧方式能够保证门与灭菌室门框紧密配合。通常门的移动采用皮带传动方式, 传动平稳、可靠, 无机械响声。
门的强度设计, 应能承受灭菌室内高负压给门体造成的变形和锁紧机构施加在门体上的压力变形, 同时要求门重量轻, 以减少上下移动时给传动皮带带来的压力, 材料应耐过氧化氢腐蚀, 所以门一般采用较厚的铝质材料, 门与门框之间的密封胶条选择硅胶条材料。
2.2 过氧化氢注入系统
过氧化氢注入系统由储液瓶, 电磁阀和汽化室等组成。
汽化室的加热温度应保证过氧化氢汽化, 同时避免温度过高, 使过氧化氢过早分解, 影响灭菌效果;电磁阀控制过氧化氢每次的注入用量;储液瓶内装有液位开关, 过氧化氢剂量不足时, 将信号反馈到控制系统, 显示添加过氧化氢的提示。
2.3 过氧化氢用量控制
在灭菌参数设计时, 控制过氧化氢注入量是灭菌是否成功的主要因素, 以什么形式控制用量是设计时着重考虑的方面。
3 设计方案及优化
3.1 密封门的结构设计及优化
3.1.1 现有产品门的缺点:
门体板上无视窗, 在运行中无法观察产生等离子体的状态, 无法保证灭菌效果与残留过氧化氢的分解。
3.1 2优化设计
设计门体玻璃视窗, 在运行中能够观察产生等离子体的状态, 确定等离子体产生。
设计方案:
(1) 门体上开的视窗孔一般为圆形, 避免采用方孔方式时尖角应力造成门的开裂, 孔不宜过大, 防止贴近视窗观看时, 同时给两只眼睛造成光刺激。
(2) 视窗应选择较厚的透明石英玻璃, 石英玻璃强度高, 同时能够很好地阻碍等离子光束的穿透。
(3) 视窗玻璃与门体的固定选用螺丝紧固形式, 中间应加有密封圈, 保证密封性。
3.2 过氧化氢注入系统的设计
3.2.1 现有产品的缺点:
采用从灭菌室顶部注入过氧化氢, 容易使部分未汽化的过氧化氢进入灭菌室, 造成灭菌不合格和液态过氧化氢不易分解, 液体从上面的喷散容易使被灭菌物品受到腐蚀。
3.2.2 优化设计
采用从灭菌室底部注入过氧化氢的系统, 保证了进入灭菌室的过氧化氢为汽化状态, 既使部分液态过氧化氢进入灭菌室, 也只是聚集在灭菌室底部, 不会给灭菌物造成腐蚀。
设计方案:
(1) 设计的汽化室加热行程足够长, 保证经过的液体过氧化氢完全汽化, 为了加长加热通道的长度, 管道采用迂回式形式。
(2) 汽化室应保持使过氧化氢汽化的温度, 汽化室温度不能过高, 避免过氧化氢过早分解, 降低灭菌能力。
汽化室应进行保温处理, 保温材料应选用耐热材料。
(3) 保证未汽化的过氧化氢不进入灭菌室, 采用U形结构, 使液体过氧化氢集聚在注入口的下方。
3.3 过氧化氢用量控制
3.3.1 固定用量的缺点
灭菌室内负载物的多少直接影响灭菌效果, 当灭菌负载多时, 灭菌效果好, 负载少时, 灭菌效果不好, 这是因为过氧化氢没有渗透性, 只能对物品表面进行灭菌, 对于相同容积灭菌室, 负载少时相对于负载多时, 内室相对空间大, 作用在同样面积负载表面上的过氧化氢分子少, 造成灭菌效果不理想。
3.3.2 优化设计
在参数优化时, 过氧化氢的注入量以压力值的形式反映, 过氧化氢的用量随被灭菌负载量的变化而变化, 无论负载多少, 其注入的汽态过氧化氢压力值保持不变, 从而保证了物品表面单位面积上灭菌剂量相同, 与使用固定用量的方式相比, 提高了灭菌成功率, 在同样使用条件下, 灭菌合格率达到100%。
结语
通过对低温等离子体灭菌器主要部分的设计说明, 为产品的优化改进提供了创新性思维和设计思想, 使产品的使用性和安全性得到提高。
参考文献
[1]GB 27955-2011, 过氧化氢气体等离子体低温灭菌装置的通用要求[S].
低温等离子体 篇8
1 试验方法
1.1 试验装置
(1)试验装置流程图
注:1空气压缩机;2示波器;3高压探头;4高压脉冲电源;5反应器
(2)电源:
本试验采用电源为DP-60型双极性窄脉冲高压电源,脉冲电源参数为:脉冲电压峰值≤40kV可调、脉冲前沿上升时间≤50ns、脉冲宽度≤200ns、脉冲重复频率可调≤200Hz、放电频率可调、电源正常工作起始电压为±15kV。
(3)反应器
接地极反应器材质选用有机玻璃,内径为50mm×200mm,电极采用不锈钢材质。板电极为接地极,板电极直径40mm,板上开孔如图2所示,针电极为放电极,针电极内径0.9mm,气体通过压缩机送至接地极,进入反应器,针板电极间距可调(1~100mm)。
1.2 分析方法
苯酚浓度分析采用4-氨基安替比林直接光度法。
降解率计算:处理后的溶液在510nm处测其吸光度,由标准曲线换算成浓度C。
降解率
2 试验结果与讨论
2.1 空气流量对苯酚降解率的影响
调节试验参数,在5mm针板间距,+18kV放电电压,50Hz放电频率的试验条件下调节空气流量,考察空气流量对苯酚降解效果的影响。气体流量由0.10m3/h增加到0.18m3/h和0.29m3/h时,放电180min后苯酚溶液的降解率,由20.1%升高到36.8%和50.4%。气体的引入有利于引起气泡的局部放电,使溶液易于混匀,有利于较好传质。随着气体流量的增加,溶液中气泡的量增加,放电的激烈程度增强,增大了放电等离子体通道的体积,产生的活性物种的量也相应增加,发生有效化学反应的活性物种增多,因此也就相应的提高了苯酚的降解率。
由于在液体中易于引起气泡的局部放电,使放电更容易产生,且随着空气流量的增加,苯酚的降解率相应增加。图4中η代表降解率,η/Qair与Qair关系图可以看出,随着气体流量的增加,η/Qair存在一个最佳值,当空气流量达到Q=0.18m3/h后继续增加气体流量η/Qair的值反而降低,曝气部分的能耗却不断增加,这个值决定了在实际的现场操作中最佳经济指标。
当气体流量很大时,高压放电产生的易吹出的活性粒子中的部分随气体带出,产生的活性物种等还来不及与有机物反应,这样并不能增加活性粒子的利用率,曝气的经济性能下降,因此气体流量存在一个最优值,在以下接地极曝气试验中空气流量均采用Q=0.18m3/h。
2.2 电压对苯酚降解率的影响
试验中采用5mm针板间距,放电频率50Hz,空气流量Q=0.18m3/h,调节电压峰值对苯酚降解率的影响。如图5所示,随着电压峰值的提高苯酚的降解率相应的提高,但是电压峰值增加到一定程度后,苯酚的降解率增幅很小。
脉冲电压峰值提高可以提高电极间的电场强度,从而改善放电状态和放电强度以及增大等离子体通道体积,电压峰值越高,放电越激烈,放电产物越丰富。但当放电产生的电火花过于激烈时,因为火花放电通道很窄,多余能量都消耗在等离子通道上,造成较多能量的浪费,此时产生活性物种增幅不大。单纯通过提高电压并不能一直显著提高苯酚降解率。所以试验采用20kV作为电压操作参数为宜。
2.3 放电极性对苯酚降解率的影响
在放电电压20kV,50Hz放电频率的试验条件下,改变放电极性进行试验,试验结果见图9。图9说明不同放电极性条件下,苯酚的降解率大小依次为:双极性放电>负极放电>正极放电。
双极性放电在高压脉冲放电等离子体水处理方面有其独有的优势,双极性放电废水处理中,在介质溶液中不会积累电荷,可以加强相反极性的供电电场,更有利于能量的有效注入。所以在下面的试验中均采用双极性放电对苯酚进行降解。
2.4 放电频率对苯酚去除率的影响
试验条件为:双极性放电电压20kV,针板间距5mm,空气流量Q=0.18m3/h,改变放电频率考察放电频率对苯酚降解效果的影响。
试验结果如图7所示,同等试验条件下,随着放电频率的增加苯酚的降解率相应的增加,当反应时间为180min时,当放电频率由50Hz增加到100Hz时,苯酚降解率增幅明显,由59.8%提高到80.2%;而当放电频率由100Hz增加到150Hz时,苯酚降解率则增幅较小,由80.2%提高到83.2%。苯酚降解率的提高不和电源频率成正比例。
放电频率即脉冲重复频率,放电频率决定了单位时间内向反应器内注入能量的多少,但苯酚降解率的提高与电源的频率不成正比,这是因为当频率较高时放电产生的活性物种有所增加,但部分能量用于加热溶液,这些氧化剂之间还在水分子等作用下相互转化,使得活性物种的产率下降,且电源频率提高会增加电能消耗,从经济和效率考虑采用100Hz的放电频率较宜。
2.5 针板间距对苯酚去除率的影响
本节考察针板间距对苯酚降解率的影响,实验条件:空气流量Q=0.l8m3/h,双极性放电,电压采用±20kV,放电频率100Hz。如图8显示,当针板间距小于5mm时,苯酚降解率变化较小,而当电极间距>5mm时,苯酚降解率随针板间距离增大而降低。以下试验中均选用5mm极板间距作为试验条件。
当电极间距较小时产生过于强烈的火花放电,能量过多的消耗在等离子通道上,等离子体通道过短,所以出现了随着针板间距离的增大苯酚降解率逐渐降低,当针板间距离小于5mm时,苯酚降解率变化较小的结果。
3 结 论
实验室研究采用接地极溶气式反应器作为等离子体处理技术的载体,通过对苯酚废水降解率的考察,得出如下结论:
(1)苯酚降解率随空气流量的增大而增加;
(2)降解率随电压提高而升高,但与电压的增加量不成正比例关系;
(3)降解率放电频率的增加而增加,但与放电频率的增加量不成正比例关系;
(4)苯酚降解率随针板间距的增加相应的降低,与针板间距的减小量不成正比例关系;
(5)负极放电比正极放电对苯酚的降解率高,双极性放电比单极性放电降解率更高;
(6)接地极曝气反应器最佳操作参数为,双极性放电,空气流量Q=0.l8m3/h,电压采用±20kV,放电频率100Hz,5mm电极间距;
(7)有机物降解率的提高不能一味的单纯靠提高某个单一因素。
摘要：根据油田、石化行业废水特点,选用苯酚作为模拟污染物,配制苯酚水溶液作为模拟废水,选用溶气式反应器,根据降解率分析,完成对空气流量、放电电压、放电极性、放电频率、电极间距等操作参数的调整优化,评价低温等离子体氧化技术用于降解废水中有机物的可行性。
关键词：等离子体,苯酚,降解,有机物
参考文献
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低温等离子体 篇9
低温等离子体净化汽车尾气时,可能发生各种类型的反应,既有氧化反应,又有还原反应,这主要取决于电子的平均能量、电子密度、气体温度、污染物气体分子浓度及其共存的气体成分等[2]。由于汽车尾气中有害物成分复杂,所以很多学者以模拟气体为研究对象,对其反应机理进行研究,提出了很多方案但是由于反应机理很复杂目前尚未真正形成统一的理论。本文针对柴油机尾气中的主要有害气体成分NO,根据已有的研究基础,确定反应机理,建立动力学方程,并通过数值模拟与模拟尾气试验数据的对比对反应机理进行研究。
1 动力学模型的建立
1.1 反应过程的分析
低温等离子体是使分子活化的有效方法,它能使几乎所有的分子激发电离和自由基化产生大量的活性基团和高能量的自由电子[3]。
低温等离子体净化模拟汽车尾气时,放电产生的高能电子撞击尾气中的N2、O2等分子,使之离解为活性很强的原子。活性原子在气相化学过程中,与尾气中的NO作用,又会产生其他种类的活性物质,导致一系列复杂化学反应的发生。但由于在NO脱除过程中,中性物种-中性物种的反应起主导作用,因此,除了电子-分子的碰撞反应外,带电粒子的其他反应可以忽略。此外,由于放电阶段活性自由基和离子产生的时间与放电后发生化学过程的特征时间不重合,即放电开始以后在很短的时间内,自由基和离子的浓度就达到了稳定,然后才参与到与氮氧化物的反应中。因此,可以将整个反应过程的模型分为两部分:高能电子撞击气体的过程和一般的化学反应过程。
1.2 化学反应过程中反应速率常数的确定
1.2.1 高能电子撞击气体分子反应的速率常数分析
在低温等离子体反应条件下,高能电子与重粒子(分子、自由基等)之间的反应在整个体系中起着决定性作用。在用低温等离子体净化汽车尾气中的NO时,一般认为高能电子与N2、O2分子的基元反应引发了整个NO转化的反应,即下面两个反应:
反应速率常数是高能电子撞击气体反应的一个很重要的参量,可用公式(3)进行计算:
式中,ε为一个电子的动力学能量;ε0为气体分子的活化能;σ(ε)为电子与气体分子的碰撞截面;为电子速度;me为电子质量;f(ε)为电子能量分布函数。试验条件下,介质阻挡放电在常压下进行,放电区域电子达到平衡的时间小于10-11 s,而放电区域空间电荷的形成时间约为10-9s,所以在电子能量达到平衡的时间内,电场可以视为一个稳态电场,电子能量分布可以看作基本处于平衡状态[4]。因此,电子能量服从波尔兹曼(Boltzmann)分布规律,满足式(4),即:
于是有:
将式(5)代入式(3):
式中,ε0为活化能;kB为波尔兹曼常数;Te为电子的平均温度;kBTe为该电子系的平均能量,N2和O2的活化能分别为8.40 eV和5.58 eV[3]。电子与分子的碰撞反应截面与发生碰撞的离子种类和电子能量状态等有关,一般情况下取平均值,即在一定的条件下,可以将碰撞截面看作常数。对于电子撞击N2和O2的碰撞截面,已有不少学者进行了研究[4]。由于不同的学者采用的方法不同,因此得出的结果也不同。本文在下面的计算中根据文献[3]、[4]确定碰撞截面。
将式(6)积分,得到反应速率常数计算式为:
在介质阻挡放电条件下的平均电子能量取决于放电的折合电场强度。根据试验所用的介质阻挡放电构型,介质薄片厚度为ld,放电间隙为lg,介质和放电气隙间的电容率分别为εd和εg,介质通量密度是均匀的。当作用在电极上的电压为V时,有V=ldEd+lgEg,因此放电间隙间电场强度为:
在试验条件下,放电空间充满N2。放电间隙为5.4mm,石英介质厚度为2mm,εd=4,εg=1。作用电压V=u0sin(ωt),其中,u0=6 kV,ω=2πf,f=14.5kHz。可得放电间隙的电场强度为8.5kV/cm。
电场强度与电子能量有直接的关系,两者几乎呈线性关系,如图1所示。由图1可以得到电子能量的近似值为2 eV。根据式(7)可以计算出电子撞击N2和O2的速率常数k1、k2分别为1.08×10-9cm3/s和1.10×10-10 cm3/s。而介质阻挡放电下,电子浓度为1.0×1014/cm-3[3]。
1.2.2 NO去除的主要化学反应及其速率常数
根据前面的分析及相关文献(表1),在模拟气体试验条件下,发生的主要化学反应得到初步确定,见表1。
注:式中的M代表未参与反应,但与反应物间有能量交换的物质,如气体原子、容器壁、电极表面等。
设第i种粒子的浓度为y(i),则反应体系中出现的各种粒子的动力学数学通式[6]为:
式中,(lm∶ij)表示粒子l与m反应生成粒子i与j。
根据式(9),建立常微分方程组。应用MATLAB语言编写计算程序,用ode23s方法求解该常微分方程组,它基于修正的Resenbrock公式,属于单步解法,可以解决刚性问题。
2 反应动力学模拟结果
2.1 NO去除率模拟结果与试验结果对比
通过建立并求解上述动力学方程,得出试验条件和4种初始浓度下的NO动力学曲线。模拟计算结果与试验测量结果的对比如图2所示。由图2可见:通过表1所列反应体系模拟出的动力学曲线与试验数据一致性良好,说明该反应机理假定的合理性。
从模拟曲线和试验数据均可以看出:N2+NO模拟尾气在等离子体放电区域的停留时间是影响低温等离子体脱除NO的一个重要因素。延长停留时间可以增加单位量尾气的能量输入,这使NO分子被转化去除的可能性变大从而提高其去除率
在停留时间相同的情况下,提高初始浓度,意味着能够参与反应的NO分子的比例减小,因而,其去除率下降,这在图中也得到印证。
2.2 NO2浓度模拟结果与试验结果对比
选取NO初始浓度为1 103×10-6,在相同的放电条件下对体系中NO2的反应动力学进行研究,结果如图3所示。由图3可见:模拟结果与试验结果基本吻合。由于试验设备的流量控制系统的限制,仅能将流量控制到最大250 L/h,不能反应较短停留时间的情形。但仍可从图3观察到,假如停留时间再短一些,NO2浓度变化的趋势与模拟曲线也较吻合。
NO2在N2+O2模拟气体中的主要反应路径为:
其中,最主要的路径是反应(10)。这是因为NO去除的主要路径是通过反应(14)进行的:
在放电开始以后,电子与N2分子撞击,形成了大量的N原子,随后在很短的时间内,由于N原子的浓度很高,通过反应(14)形成了一定量的O原子。当停留时间很短时,反应器内NO还保持了一定的量,这样通过反应(10)就形成一定量的NO2。而且O原子与其他分子之间撞击形成的O2和O3浓度非常小,这样NO2转化为其他更高级的氮氧化物的可能性降低。所以NO2的浓度会呈现出一个峰值。但是当停留时间增加以后,反应(14)所消耗的N会逐渐达到稳定,而放电产生的N原子的数量增大,通过式(12)的反应将NO2消耗。同时也有一部分NO2转化成为其他形式的氮氧化物。
2.3 其他主要物种浓度的模拟结果
在NO+N2的模拟气体中,反应过程中产生的O原子与放电产生的活性N原子相比,数量非常少,因此由O原子参与反应生成的O3、NO3、N2O5等中间产物浓度必然非常低。本文选取NO初始浓度为1103×10-6,在相同的放电条件下对体系中其余主要组分的反应动力学进行研究。图4～图7分别为O2、O、O3、N2、N、NO3的浓度随停留时间的变化曲线。
由图4可见:O2的浓度在初始阶段呈上升的趋势,在停留时间为0.7 s时,基本达到了稳定;O和O3的浓度在初始阶段始终保持在一个很低的值,几乎为0。O3的浓度更是非常的小。在停留时间为0.7 s时,O原子和O3的浓度发生了突然的变化,随后保持在一个稳定的水平。并且O原子和O3变化的趋势均非常明显,几乎为瞬时即达到了稳定。但是从图4可以看出,O原子和O3浓度增加并不多,O原子浓度仅达到7.2×10-6,O3的浓度则只有4.4×10-19×10-6。
由于在停留时间较短时,NO的去除率不是很高,所以反应器内始终存在一定量的NO,O3通过反应(11)被消耗,所以浓度非常低。同时通过反应(14)生成的O原子之间相互撞击,通过反应(15):
生成了一定量的O2。同时通过反应(11)也生成了一定量的O2。当停留时间为0.7 s时,NO的去除率几乎达到了100%,NO的浓度几乎为0,NO2的浓度也只有几个10-6,这时反应(14)达到平衡。O原子的浓度同时达到了最大值,这样通过O原子相互撞击产生的O2和O3的浓度随着O原子浓度的稳定也保持在一个稳定的水平。
由图5可见:模拟尾气经过等离子体反应后,N2浓度会有少量增加,其浓度呈逐渐上升的趋势,在停留时间为0.7s时,即NO去除率接近100%时,达到稳定。这是由于模拟尾气中部分NO中的N原子最终转化为N2分子的结果。
在等离子体反应体系中,放电产生的高能电子撞击N2产生活性N原子,然后通过反应(16):
直接将体系中一部分NO中的N原子转变为N2分子。当停留时间增加,使得NO的去除率达到接近100%以后,上述反应达到平衡,同时N原子相互撞击的反应也达到了平衡。这样当N2的消耗和产生均趋于稳定之后,N2的浓度也保持不变。
由图6可见:N原子的浓度变化曲线与O原子浓度变化曲线的趋势比较相似,即在初始阶段,呈逐渐上升的趋势,但变化得比较缓慢。在停留时间为0.7 s时,N原子浓度迅速增加,随后达到稳定。
N原子是由N2分子与放电产生的电子相互撞击产生的,主要是被NO消耗,其余的N原子则有一部分通过反应
又生成了N2。一旦停留时间足够长,使得NO的浓度几乎为0的时候,那么N原子的消耗量就保持不变了,同时放电产生的N原子浓度不改变,N原子之间相互撞击的反应达到平衡状态,则N原子的浓度也就同时达到了稳定状态。
由图7可见:NO3的浓度变化也是呈逐渐上升的趋势,当停留时间较短的时候,其浓度增长速度缓慢;在停留时间为0.7 s时,则迅速地上升,并维持在一个稳定的水平。NO3的浓度非常低,只达到6.9×10-22×10-6。
NO3在模拟体系中主要参与了下列反应:
由于O原子和O3的浓度始终保持微量级的水平,而且从反应速率常数的角度来看,NO3的生成速度非常慢,因此NO3浓度非常低。
从N2+NO混合气体组分浓度的模拟曲线可以看出:O2、O、N2、N、NO3的浓度在初始阶段持续升高,大约在气体停留0.7 s时达到稳定值。这说明混合气中各组分均受NO去除率的影响而变化,一旦NO的去除率达到很高,接近100%以后,整个反应体系几乎达到平衡,各组分的浓度也保持在稳定的水平。
2.4 O2对NOx去除率结果影响的模拟
在N2+NO体系中加入2%(体积比)的O2,基于N2分子的离解能相比O2分子要大得多,相对N2分子而言,O2分子的离解要容易得多,因此放电产生的高能电子将主要用于离解O2分子,产生活性O原子。动力学模拟中NO的浓度为1103×10-6,试验数据也在相同条件下所得。
图8为NO去除率模拟与试验结果的对比。图9为NO2浓度(体积比)模拟与试验结果的对比。由图8和图9可见:模拟结果和试验结果具有良好的一致性,NO的去除率很高,而且去除的效率更快,在停留时间为0.2 s时就达到了90%以上;但是与不加入O2的条件下相比,NO2的浓度迅速增加,几乎所有的NO最终均转变为NO2,而总的氮氧化物浓度几乎没有改变。这意味着在尾气中存在O2的情况下,如果单一使用等离子体反应器对尾气直接进行净化,并不一定起到很好的去除作用。
3 结论
(1)推导出了高能电子撞击气体分子的反应速率常数的计算公式,并给出了不同电子能量下,N2和O2分子与电子的反应速率常数。
(2)给出了在N2、O2及NO模拟气体中,NO去除的主要化学反应,建立了NO去除的反应动力学模型。应用MATLAB语言编写了计算程序,用ode23s方法求解该常微分方程组,得出了在模拟气体条件下,各组分在不同停留时间下的浓度曲线。
(3)通过比较发现,不管是否添加O2,试验曲线和模拟曲线均吻合较好,验证了动力学模型的合理性和正确性。
参考文献
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低温等离子体 篇10
1资料与方法
1.1 一般资料
选取我院2011年5-11月灭菌循环62个, 采用过氧化氢低温等离子体灭菌器进行检测管理。
1.2 方法
1.2.1 物理检测:
过氧化氢等离子体灭菌器会监测在每次循环、每个周期的灭菌舱内压力、灭菌时间, 循环结束后灭菌器会自动记录打印灭菌过程, 称之为物理检测。打印信息包括灭菌器型号、总循环数、当天循环数、灭菌日期时间、每个周期的压力值和时间、剩余可使用次数等。如灭菌循环中出现时间压力的异常, 循环会自动中断, (灭菌器门自动开启) 并打印出红色的警示信息提示中断的可能原因, 提醒操作者灭菌未成功。物理监测每次循环进行。
1.2.2 化学监测:
主要是通过肉眼观察物质状态变化或化学颜色变化来测定灭菌器一个或多个关键参数, 具有快速、简单、费用低等特点。 (1) 包外化学监测:包外化学监测采用化学指示胶带。胶带上红色部分是由无毒有机胺制成。当有机胺与过氧化氢接触后变成黄色、浅黄色、浅棕色, 提示化学监测合格。如用带有包外化学指示的袋卷包装器械, 袋卷上的红色指示条接触过氧化氢后变为黄色, 与包装盒上的对照色比较, 浅于对照色为化学监测合格。 (2) 包内化学监测:每个器械包装内均需放置包内化学指示片。指示片为塑料材质, 红条部分为无毒有机胺, 黄色为对照色。过氧化氢气体到达包内器械时, 红色部分变为黄色, 比对照色浅为包内化学监测合格。
1.2.3 生物监测:
是通过标准化的菌株和合乎要求的抗力来考虑整个负荷是否达到无菌保证 (SAL水平) , 生物试剂有3种, 即为菌片条、自含式菌片和密封安瓿。
生物监测采用的菌种为嗜热脂肪杆菌芽孢 (ATCC7953) 。取一只生物指示剂放在袋卷内封好。将封好的生物指示剂放在舱内冷点, 即过氧化氢气体最后 (难) 到达的地方, 通常是舱内下层左后角或右后角。每天第一锅随器械一同灭菌。循环结束后取出袋卷, 打开前将生物指示剂的瓶盖向下积压使其密闭, 然后打开袋卷取出。另取一支生物指示剂作对照组, 向下积压瓶盖使其密闭。用配套的试管夹将2支生物指示剂的培养基夹碎, 放入58℃恒温箱培养, 24h后读取结果。灭菌后的生物指示剂培养液不变色, 对照组由于有嗜热脂肪杆菌芽孢生
长, 培养液变为浑浊黄色。提示生物监测合格。
2结果
物理监测取消循环2次, 由于管腔内水分未干燥1次、有吸附物品1次。化学监测全部合格。每天第1次循环随器械进行生物监测, 与对照组培养24h后全部合格。
3讨论
3.1 监测的作用
物理监测反映灭菌器运行时的压力、时间等状态, 一旦与预设的正常值不同, 灭菌器会取消灭菌并报警。化学监测反映每件器械是否与过氧化氢接触, 两者为日常监测。生物监测反映微生物是否被杀灭, 通过生物指示剂的嗜热脂肪杆菌芽孢是否被杀灭来判断灭菌物品的灭菌效果, 是判断灭菌质量的直接指标, 属于裁定性监测[2]。3个监测相辅相成, 保证灭菌安全。
3.2 生物监测执行的标准
国家卫生部2008年消毒技术规范已明确规定过氧化氢低温等离子体灭菌生物监测的方法, 生物监测的频率为每天至少1次, 时间为每天第1次循环[2]。
3.3 生物监测失败处理
如2支生物指示剂均为紫色, 则分析操作环节、试剂保存效期等因素。如是否将培养管夹碎, 是否过期, 是否保存在15～30℃环境下、是否避光避热避氧化剂保存。如2支生物指示剂都为黄色, 则提示灭菌失败, 需召回器械, 检修灭菌器。
3.4 生物指示剂的无害化处理
使用后的生物指试剂需经121℃高压蒸汽灭菌30min后弃于危害物处理箱内, 或弃于医院医用垃圾焚烧炉内焚烧, 作无害化处理。
过氧化氢低温等离子灭菌技术越来越广泛地应用于医疗机构。医疗机构需严格灭菌监测的管理, 进而充分保障外科无菌操作与手术患者的安全[3]。
参考文献
[1]陈大农.低温等离子消毒机理及应用技术[J].中国医疗器械杂志, 2000, 24 (5) :287-294.
[2]蒋霞.过氧化氢等离子体低温灭菌生物监测实践与管理[J].当代护士 (专科版) , 2009, 2 (9) :83-84.
