專利名稱：同時對纖維絲改性和污水處理的室溫等離子體炬陣列裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大氣壓介質(zhì)阻等離子體炬陣列發(fā)生方法及裝置。
背景技術：
在傳統(tǒng)等離子體研究中，真空條件下產(chǎn)生等離子體一直占據(jù)著主導地位。 最近，大氣壓低溫輝光等離子體源由于其具有不需要昂貴的真空裝置、系統(tǒng)簡 單、操作方便等優(yōu)點越來越受到科研工作者的注意。到目前為止，已有許多大
氣壓輝光等離子體源被設計出來，其頻率從直流的50 Hz到微波的2.45 GHz， 這些放電源表現(xiàn)出了良好的應用前景，像用于殺菌、發(fā)生臭氧、等離子體顯示 屏、表面改性、廢水廢氣處理等。但這些放電系統(tǒng)的外電極都是金屬，且被套 在或鍍在介質(zhì)層表面，由于介質(zhì)層與金屬的膨脹系數(shù)不同，在放電過程中介質(zhì) 層容易破裂或金屬層脫落，另一方面，用該炬對不規(guī)則材料進行處理時，如用 于管子內(nèi)表面改性，被反射的等離子體會把兩電極短路，產(chǎn)生很熱的等離子體 弧，從而會燒壞被改性的材料，尤其是有機材料。雖然有的研究者采有套管式 自來水做電極，但是等離子體炬的面積太小，很難在工業(yè)中有所作為。特別是 將大氣壓輝光等離子體炬用于纖維改性，效率相對較低，且產(chǎn)生的紫外線和臭 氧對人和環(huán)境都會產(chǎn)生一定的危害。能否設計一種可對纖維大面積表面處理且 其副產(chǎn)物被用來處理污水的等離子體發(fā)生裝置呢？

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種大氣壓介質(zhì)阻擋輝光放電等離 子體炬陣列發(fā)生方法及裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是
在機玻璃水槽中盛有導電水溶液電極，多個多排內(nèi)置管狀金屬電極的石英 管插入導電水溶液電極中，石英管的一端穿過機玻璃水槽底部進入改性室，石 英管的另一端露出機玻璃水槽外用聚四氟乙烯套密封，管狀金屬電極穿過聚四 氟乙烯套與活性氣體源連通，石英管外與惰性氣體源連通，石英管的一端底部 為錐形并開通孔，在改性室內(nèi)裝有與每一排石英管的底部孔垂直對應排數(shù)的纖 維絲，每排纖維絲由各自的傳動機帶動連續(xù)轉動，多個多排管狀金屬電極并聯(lián) 后與高壓源的高壓端連接，高壓源的低壓端與導電水溶液電極連接，改性室(13) 中的氣體經(jīng)管路、氣體分配器從機玻璃水槽接入。所述的每個石英管均內(nèi)裝有開孔的陶瓷固定套，每個管狀金屬電極均插入 陶瓷固定套中心孔中定位。
本發(fā)明將染料污水注入水槽中，用惰性氣體將石英管陣列里層內(nèi)的空氣排 出，并使惰性氣體保持放電要求的穩(wěn)定流速流入石英管陣列里層，將導電水溶 液連接高壓電源，則在石英管陣列的出口形成相對大面積輝光等離子體炬陣列， 且等離子體炬陣列的數(shù)量可根據(jù)實際需要增加。在空氣和氧氣活性氣體存在條 件下，氧氣等離子體就會產(chǎn)生臭氧在轉動的纖維表面接枝極性基團，達到表面 改性的效果。另一方面，被收集的多余活性氣體通過水槽內(nèi)氣體分配器與污水 接觸，且等離子體產(chǎn)生的紫外線通過石英管輻射污水，在兩者共同作用下，可 大大加快污水降解的速度。
本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明是采用水溶液或污水為外電極的新型大氣壓介質(zhì)阻擋放電裝置，采 用柔性水溶液做電極，避免了因反射等離子體導致兩電極短路而產(chǎn)生的拉弧現(xiàn) 象，同時水溶液還能對系統(tǒng)進行冷卻，吸收放電產(chǎn)生的熱量，提高了污水的溫 度，加快了染料的降解速度。而且，液體電極避免了受熱金屬電極因與介質(zhì)的 膨脹系數(shù)不同而導致介質(zhì)破裂的發(fā)生，從而延長了工作壽命，為實現(xiàn)商業(yè)化運 作創(chuàng)造了條件。另一方面，水溶液外電極被有機玻璃槽保護起來，可對任何形 狀的材料表面進行表面改性，不必擔心反射的等離子體把內(nèi)外電極短路；而且，
本發(fā)明可有效降低真空等離子體需要昂貴真空系統(tǒng)所帶來的成本，并能同時對 大批量的纖維和污水同時連續(xù)處理，進一步降低了生產(chǎn)成本。
用中心管狀電極代替電極棒后，由于有機組分和活性氣體通過管狀內(nèi)電極 到達輝光等離子體區(qū)中，故不會影響輝光等離子體的形成，而且化學鍵會快速 被高能電子打斷在改性材料表面上形成聚合物和極性基團，從而實現(xiàn)了大氣壓 輝光等離子體炬陣列改性纖維材料的目的。有機單體或活性氣體在等離子體的 中心，不會受其它氣體的影響，達到了與真空等離子體聚合相似的反應條件。


附圖是本發(fā)明裝置的結構示意圖。
圖中1、活性氣體源，2、惰性氣體源，3、石英管，4、有機玻璃水槽，5、 陶瓷固定套，6、氣體分配器，7、傳動機，8、纖維絲，9、高壓電源，10、管 狀金屬電極，11、聚四氟乙烯套，12、導電水溶液電極。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
4如附圖所示，本發(fā)明在機玻璃水槽4中盛有導電水溶液電極12，多個多排 內(nèi)置管狀金屬電極10的石英管3插入導電水溶液電極12中，石英管3的一端 穿過機玻璃水槽4底部進入改性室13，石英管3的另一端露出機玻璃水槽4外 用聚四氟乙烯套11密封，管狀金屬電極10穿過聚四氟乙烯套11與活性氣體源 1連通，石英管3外與惰性氣體源2連通，石英管3的一端底部為錐形并開通孔， 在改性室13內(nèi)裝有與每一排石英管3的底部孔垂直對應排數(shù)的纖維絲8，每排 纖維絲8由各自的傳動機7帶動連續(xù)轉動，多個多排管狀金屬電極10并聯(lián)后與 高壓源9的高壓端連接，高壓源9的低壓端與導電水溶液電極12連接，改性室 13中的氣體經(jīng)管路、氣體分配器6進入機玻璃水槽4，達到與污水充分的接觸。
所述的每個石英管3均內(nèi)裝有開孔的陶瓷固定套5，每個管狀金屬電極3均 插入陶瓷固定套5中心孔中定位。
如附圖所示，導電水溶液電極12、惰性氣體源2、活性氣體源l，導電水溶 液電極12設置于石英管3的外層有機玻璃水槽4中，惰性氣體源2與石英管3 的里層之間連接有導管，為確定惰性氣體和活性氣體的流量，在惰性氣體源2 和活性氣體源l的出口處設有流量計，該流量計采用浮子流量計；所述石英管3 的里層設有管狀金屬電極IO，該管狀金屬電極10可選用任何導電金屬，該管狀 金屬電極10與高壓電源9的高壓端相連，高壓電源9低壓端與導電水溶液電極 12構成回路。
把導電水溶液電極12注入有機玻璃水槽4中，并保留一段空隙或使其上出 口處于開通狀態(tài)，這樣可使導電水溶液在有機玻璃水槽4內(nèi)自由膨脹，先用惰 性氣體將管狀金屬電極10及石英管3中的空氣排出，然后通過流量計調(diào)節(jié)惰性 氣體流量使其達到放電要求的流速，通常保持在0.2-0.8mV小時，并把高壓電源 9調(diào)節(jié)到一定電壓，通常在五、六千伏以上，就會在石英管3陣列的出口形成 2-4 cm的輝光等離子體炬陣列。通過浮子或質(zhì)量流量計控制從管狀金屬電極IO 進入等離子體炬陣列中的活性氣體(空氣或氧氣)，活性氣體被等離子體炬活化 后就可啟動傳動機7對連續(xù)運轉的纖維絲8進行表面改性。另一方面多余的活 化氣體通過底端收集后通過氣體分配器6與污水接觸。石英放電管陣列產(chǎn)生的 紫外線和活化氣體共同作用就可大大提高污水的處理效率。
進一步，如果用有機單體對纖維進行改性，就在石英管3陣列外的水槽中 加入相應可對單體吸收的導電水溶液電極12充當一放電電極。其它改性過程與 上述過程相同。
權利要求
1、一種同時對纖維絲改性和污水處理的室溫等離子體炬陣列裝置，其特征在于在機玻璃水槽(4)中盛有導電水溶液電極(12)，多個多排內(nèi)置管狀金屬電極(10)的石英管(3)插入導電水溶液電極(12)中，石英管(3)的一端穿過機玻璃水槽(4)底部進入改性室(13)，石英管(3)的另一端露出機玻璃水槽(4)外用聚四氟乙烯套(11)密封，管狀金屬電極(10)穿過聚四氟乙烯套(11)與活性氣體源(1)連通，石英管(3)外與惰性氣體源(2)連通，石英管(3)的一端底部為錐形并開通孔，在改性室(13)內(nèi)裝有與每一排石英管(3)的底部孔垂直對應排數(shù)的纖維絲(8)，每排纖維絲(8)由各自的傳動機(7)帶動連續(xù)轉動，多個多排管狀金屬電極(10)并聯(lián)后與高壓源(9)的高壓端連接，高壓源(9)的低壓端與導電水溶液電極(12)連接，改性室(13)中的氣體經(jīng)管路、氣體分配器(6)從機玻璃水槽(4)接入。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種同時對纖維絲改性和污水處理的室溫等離子 體炬陣列裝置，其特征在于所述的每個石英管(3)均內(nèi)裝有開孔的陶瓷固定套 (5)，每個石英管(3)均插入陶瓷固定套(5)中心孔中定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同時對纖維絲改性和污水處理的室溫等離子體炬陣列裝置。多個多排內(nèi)置管狀金屬電極的石英管插入導電水溶液電極中，石英管的一端穿過機玻璃水槽底部進入改性室，另一端露出機玻璃水槽外用聚四氟乙烯套密封，管狀金屬電極穿過聚四氟乙烯套與活性氣體源連通，石英管外與惰性氣體源連通，石英管端底部開通孔，在改性室內(nèi)裝有與每一排石英管的底部孔垂直對應排數(shù)的纖維絲，管狀金屬電極并聯(lián)后與高壓端連接，低壓端與導電水溶液電極連接。本發(fā)明導電液體作為外電極，具有冷卻放電系統(tǒng)，減少能耗，避免了因反射等離子體導致兩電極短路而產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象；同時液體電極避免了利用金屬電極而與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同而導致介質(zhì)破裂現(xiàn)象的發(fā)生。
文檔編號C02F1/32GK101538792SQ200910097878
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權日2009年4月20日
發(fā)明者陳光良 申請人:浙江理工大學