【对臭氧应用技术中几个问题的探讨】臭氧技术

　　收稿日期：2006-09-19? 　　作者简介：易正湘（1944-），男，湖南沅陵人，武汉科技大学中南分校信息工程学院教授。 　　? 　　（武汉科技大学中南分校 信息工程学院，湖北 武汉 430223）??
　　
　　摘 要：分析了产生臭氧与产生离子的微观区别；探讨了电源频率对高频沿面放电臭氧发生器效率的影响；提醒注意防范臭氧污染。?
　　关键词：臭氧发生器；负离子发生器；高频电源??
　　
　　目前广泛应用臭氧来处理污水、房间杀菌、冷库防霉，家用的消毒柜、洗衣机也有采用臭氧来消毒杀菌的。臭氧发生器与使居室内空气质量得以改善的负离子发生器（很多空调都附有这样的装置以使空气清新）的工作原理都是基于气体在高电压下的放电。对于臭氧发生器，我们希望它产生臭氧的效率高，而对于负离子发生器，我们又希望它尽可能不要产生有害于环境的臭氧。怎样设计电极结构，施加多大的电压，采用多高的频率才能达上述到目的呢？本文从理论与实验两方面对此问题进行了探讨。同时指出使用臭氧时需注意的问题。?
　　1 气体放电产生臭氧?与产生离子的微观区别
　　气体放电产生臭氧与产生离子的前提都是在电极上加高压后，电极附近气体在强电场作用下电离。对带正电的电极，正离子受其斥力飞离开形成离子流；对带负电的电极，电子受其斥力飞离开。电子与离子在电场中被加速，获得一定的能量，他们与气体分子相碰撞，还可能引发许多反应，其中我们感兴趣的有：?
　　a.电子吸附在气体分子上形成负离子，并释放出结合能?
　　
　　b.电子与氧原子碰撞，使分子激发，然后分子分解为一个中性原子与一个负离子，该过程可逆。电子交给氧原子1.13―1.47ev的能量?
　　
　　由以上反应可看出以下几点：?
　　（1）产生臭氧较产生负离子需要自由电子具有更大的能量，因而在离子发生器中应避免加上过高的电压。?
　　（2）利用O3易受热分解的特点，在离子发生器中，可采用加热电极的办法，使电极附近产生的O3分解掉。而在O3发生器中则可采用冷却的方法避免O3分解，亦可考虑加大气压，使分子密度加大从而加大O3*与第三种分子碰撞的几率。?
　　（3）游离电子的产生有多种方法。如强电场作用下使气体电离及带负电的电极场致发射等。气体电离难免有O3产生，采用场致发射的方法产生低能电子，避免电晕放电的出现，可减小O3产生。?
　　
　　2 高频沿面放电臭氧发生器?的电源频率是否越高越好
　　
　　在高频沿面放电臭氧发生器中，气体电离后，电子和离子都可以被加速,这样电源提供的能量除了分配给电子外，还要分配给离子。由于离子的质量远远大于电子的质量，可以想象得到，电子在电场中得到的速率会远大于离子，因而得到的能量较离子多。这就是高频沿面放电较直流高压型产生臭氧效率要高的原因。那么是否频率越高，电子得到的能量就越多呢？下面先从理论上作一定性估算，然后看实验结果。?
　　设带电粒子所在处电场强度为E(x)=E0(x)cosωt，则粒子受力为F=qE(x)cosωt,粒子在交变力作用下一般作往复振荡，设其振荡中心为x0,在一个周期的运动范围内电场强度变化不大，以E0(x0)近似表示E0(x),有?
　　
　　由上式知，速率与m0ω有关，同样的电源频率下，m0越大，最大速率越小，故在交变电源作用下，离子的速率总是小于电子的。但频率ω也不是越大越好，频率过大时，又会使电子的m0ω过大，达不到所需速率。所以电源频率并非越高越好，而是有一个适中的值。??
　　
　　为了从实验上加以检验，我们自制了一个小型臭氧发生器电源，其电路框图如图1所示。其中的方波发生器采用555定时器为核心，方波频率及占空比均可调。?
　　我们用ST-16型示波器测试其频率及波型，同时观察臭氧片放电情况。实验结果表明，电源频率在25-40kHz范围时放电现象明显，电源输出电流1A左右；电源频率为10kHz以下及90kHz以上时，均无放电现象，且电源输出电流较大，为1.5A-1.8A左右。说明频率适中时，不仅臭氧产生率高，效率也高。顺便提及，实验发现，占空比小时效率相对高些。?
　　3 注意对臭氧污染的防范?
　　臭氧不仅能杀灭病菌病毒，对人的机体同样也会起作用。根据文献[3]所述，当大气中的臭氧浓度0.15mg/m3时,即可引起鼻和喉头粘膜的刺激。臭氧浓度在0.21―1.07 mg/m3时引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时也刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低。浓度达到2.14mg/m3以上时，可引起头疼、肺气肿等，其作用与NO2相似。?
　　此外，臭氧还能阻碍血液输氧功能，造成组织缺氧；并使甲状腺功能受损，骨骼早期钙化。还可引起潜在性的全身影响，诱发淋巴细胞染色体畸变，损害某些酶的活性和产生溶血反应等。?
　　在使用臭氧处理水，进行空气消毒、冷库防霉、保鲜等场合，一定要与人隔绝。人们允许接触的浓度应不大于0.2mg/m3(0.09ppm)。对于产生臭氧的装置要有完善的定时与浓度选择功能。对于水处理中尾气应采用化学吸附催化法或热分解法来分解剩余臭氧，以免臭氧进入空气造成污染。对于市场上出售的简易臭氧水处理装置要在有盖的箱体中进行使用。对于房间空气杀菌，应等待臭氧自然分解（在空气中臭氧的半衰期约为30分钟），浓度下降到允许值时才能进入。实验人员调试敞开式臭氧发生器时，应在通风处操作，以防吸入过量的臭氧。??
　　
　　参考文献
　　[1]王贵勤等.大气臭氧研究[M].北京：科学出版社,1985.?
　　[2]杨津基.气体放电[M].北京：科学出版社,1983.?
　　[3]郭新彪主编.环境健康学[M].北京：北京大学医学出版社,2006.

相关热词搜索：臭氧 几个问题 应用技术 对臭氧应用技术中几个问题的探讨 臭氧技术及应用 臭氧技术应用文集