臭氧發(fā)生器氮氧化物含量是多少正常
國標規(guī)定：以空氣為氣源，臭氧消毒器產(chǎn)生的氮氧化物（NO）濃度不得大于臭氧濃度的2.5%；
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標題：臭氧發(fā)生器氮氧化物的產(chǎn)生規(guī)律研究
臭氧具有極強的氧化性和優(yōu)良的殺菌效果，廣泛用于飲用水凈化、消毒滅菌、果蔬保鮮等。但由于它不穩(wěn)定、易分解，無法作為一般的產(chǎn)品貯存，因此需在使用時現(xiàn)場制造。臭氧發(fā)生器按照臭氧產(chǎn)生的方式可分為3種：高壓放電式、紫外線照射式、電解式。空氣源高壓放電式臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，臭氧產(chǎn)量大、成本低，得到較大規(guī)模的推廣；但其副產(chǎn)物氮氧化物的產(chǎn)生(以NO2為主，NO2有毒，具刺激性，會損害呼吸道，造成大氣污染等)制約了其推廣空間。氮氧化物是空氣源高壓放電產(chǎn)生臭氧很關(guān)鍵的約束條件之一。本文針對市售臭氧機的缺陷自制了空氣源臭氧發(fā)生器，并對其結(jié)構(gòu)和功能進行改進，研究了氮氧化物的產(chǎn)生規(guī)律。
1材料與方法
1.1儀器與試劑
儀器：市售某品牌家用臭氧機；自制空氣源臭氧發(fā)生器(冷卻方式為風冷型，臭氧產(chǎn)量標注為3g/h)；活性炭柱：高度為18cm；吸收瓶：直徑為8 cm，有效水深9 cm(儀器間采用硅膠管連接并進行測定，要求氣密性完好)；尤尼柯2100分光光度計。
試劑：碘化鉀，硫代硫酸鈉，硫酸，亞硝酸鈉，N一(1一萘基)乙二胺鹽酸鹽，對氨基苯磺酸，冰乙酸，均選用分析純試劑(天津光復化工公司)。
1.2實驗方法
臭氧產(chǎn)量采用碘量法測定，分別于開機后、關(guān)機前測定至少兩次，取平均值。將臭氧發(fā)生器出氣通過活性炭柱濾除臭氧，測定濾除效果為100％，開機7 min后用l L純水作吸收液直接吸收NO2，通氣1 h，每隔10 min取樣2 mL于比色管，然后立即加入8 mL顯色劑，于暗處放置15 min顯色，采用分光光度計測定吸收液吸光度值[1]，根據(jù)標準曲線計算NO2產(chǎn)量。
2結(jié)果與分析
前期對家用臭氧機副產(chǎn)物進行了研究。家用臭氧機工作15min后會產(chǎn)生NO2，并且隨時間延長NO2產(chǎn)量增大，如果我們長時間使用臭氧機，就有可能對人體健康造成危害[2]。
針對市售家用臭氧機以陶瓷管高壓放電產(chǎn)生臭氧的方式以及電暈產(chǎn)生的場強在空氣通道中分布不均勻、電壓較高、能量消耗大、發(fā)熱量大等缺陷。本文對電場進行了改進。主要改進體現(xiàn)在采用平面放電方式，改善電場分布均勻度，降低電壓，減少能量消耗，降低發(fā)熱量，以期達到臭氧產(chǎn)量大而其副產(chǎn)物NO2的產(chǎn)量又盡可能小的目的。在此基礎(chǔ)上研究了改進后臭氧發(fā)生器氮氧化物的產(chǎn)生規(guī)律，并且與家用臭氧機作了對比。
2.1不同空氣流量下NO2的產(chǎn)量隨時間的變化
調(diào)節(jié)空氣進氣流量為0.10 m3/h、O.28 m3/h、048 m3/h、O.64 m3/h，在不同流量下測定NO2產(chǎn)量(見圖1)。該臭氧發(fā)生器在每個空氣流量下，NO2產(chǎn)量都隨時間的增加而增大，并且隨著空氣流量的增大，NO2產(chǎn)量先增大后減小，空氣流量為0.28 m3/h時，其時產(chǎn)量很大；空氣流量為0.64 m3/h時NO2產(chǎn)量又高于空氣流量0.48m3/h時NO2的產(chǎn)量。
由表l可看出，隨著空氣流量增大(0.10 m3/h～0.64 m3/h)，臭氧產(chǎn)量由351.0 mg升高到866.4 mg，NO2的產(chǎn)量在0.975mg～2.609 mg之間波動;當空氣流量為0.64 m3/h時，臭氧產(chǎn)量增幅不明顯，且NO2產(chǎn)量高于空氣流量為0.48 m3/h時的產(chǎn)量。原因是發(fā)生器在該流量下工作時溫度較高,臭氧分解率較高,由于空氣流量大，發(fā)生腔中氣體平均停留時間短,導致臭氧生成速率低于分解速率,而此時卻有利于NO2的形成。
在臭氧發(fā)生元件中，介電體與外電極之間是氣體放電間隙,空氣原料從間隙中流過,在內(nèi)外電極上加交流電壓，是放電間隙間形成電暈放電。空氣原料在電暈放電作用下被電離,其中的氧離子同氧分子以及氧離子間會產(chǎn)生反應,導致氧分子形成臭氧
O*+O2+M→O3+M+q
式中:M為除氧以外的其他氣體組分,q為熱量。
與此同時，臭氧分子也可同氣體中的氧原子反應生成氧分子:
O+O3→2O2
由此可見,在- -定環(huán)境條件下,同時存在臭氧形成和分解過程,兩者達到動態(tài)平衡后,保持氣氛中一定的臭氧濃度。在放電作用下的M組分參與的反應式中，其中又以N2為主要成分,它在放電作用下的反應式為:
放電
N2+O2- 放電-2NO
NO+O3-→NO2+O2
2NO+O2- +2NO2
NO2的產(chǎn)量取決于兩方面的因素:一方面是環(huán)境條件,環(huán)境溫度、壓力、空氣原料中的氮濃度,這些條件決定了氣體中NO2所能達到的很高濃度;另- -方面是,氣體從環(huán)境中獲取能量的大小,該條件決定氣體中NO2產(chǎn)生的速度。很多資料和研究表明,溫度升高,臭氧分解速度加快,臭氧濃度會降低。而NO與O2生成NO2的反應是吸熱反應，升高溫度會有助于NO2的生成，因此，要提高臭氧產(chǎn)量,同時抑制NO2的生成,就要先定氣體粒子獲取能量的方式，氣體獲取的能量不能只是導致氣體熱運動速度加快、溫度升高,這樣反而會起到反作用,氣體粒子獲取的能量應當主要用來促進氣體粒子的電離或提高粒子能級，盡量減少熱量增加,才能保證臭氧濃度，同時降低NO2的產(chǎn)率。因此,我們通過采用平面放電方式、改善電場分布均勻度、降低電壓達到了這樣的效果。該自制臭氧機在空氣流量為0.48m3/h時效果達到很佳,1 h內(nèi)NO2積累量占臭氧產(chǎn)量的百分數(shù)很低(0.160%),明顯優(yōu)于家用臭氧機(0.207%)。
2.2不同空氣流量下NO2產(chǎn)量隨時間的增量
在1h的工作時間內(nèi)NO2隨時間的增量與它的產(chǎn)量呈現(xiàn)-一定的正相關(guān)關(guān)系(見圖2),即NO2產(chǎn)量高,相應流量下的增量也維持在較高水平。起初的10 min內(nèi),NO2產(chǎn)量增幅較大,20min后增幅有所降低,且趨于平穩(wěn),很大值不超過0.5 mg/min,其余的值都在0.5 mg/min以下;空氣流量為0.48 m3/h時，增幅下降很多。可見該臭氧發(fā)生器的副產(chǎn)物NO2隨時間的增量相對較穩(wěn)定,且增幅不大。
2.3與 家用臭氧機比較
以參數(shù)NO2占03的百分數(shù)(m(NO2)/m(O3))而言,在1 h內(nèi)，自制臭氧發(fā)生器的性能要優(yōu)于家用臭氧機。當空氣流量為0.48 m/h時,20 min后,自制臭氧發(fā)生器NO2積累量占臭氧百分數(shù)一直處于較低水平(0.081%~0.160%); 而家用臭氧機的m(NO2)1m(O})為0.051~0.207;但對于發(fā)生器的穩(wěn)定性,前者稍次于后者,前者的NO2在10min內(nèi)的增量在0.110mg~0.283 mg之間波動,后者的NO2在10min內(nèi)的增量在0.026mg~0.058mg之間波動,波動幅度較小。可見，該臭氧發(fā)生器經(jīng)改進后對NO2產(chǎn)量的控制要優(yōu)于該品牌家用臭氧機，但其改進方法仍不足夠完善，還有進一-步研究的價值。
3.結(jié)論
(1)臭氧發(fā)生器工作時的副產(chǎn)物NO2產(chǎn)量會隨著時間的增加而增大,隨空氣流量增加先增大后減小;其隨時間增量,在機器工作20 min后維持在0.5 mg/min以下，隨時間的變化較穩(wěn)定。臭氧產(chǎn)量隨空氣流量的增加而增大，在空氣流量超過0.48 m3/h時增幅不明顯。
(2)空氣流量為0.48 m3/h時，該臭氧發(fā)生器的效果達到很佳,1 h內(nèi)NO2積累量占臭氧產(chǎn)量的百分數(shù)很低(0.160%),明顯優(yōu)于家用臭氧機(0.207%)。通過對家用臭氧機的結(jié)構(gòu)進行改進,采用平面放電方式,改善了電場分布均勻度,降低電壓,減少能量消耗,降低發(fā)熱量,臭氧發(fā)生器對副產(chǎn)物NO2產(chǎn)量的控制達到了一-定效果,但改進方法仍不夠完善,有待進-步研究。
參考文獻
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[3]姚河清朱天宇.電暈放電式臭氧發(fā)生器工作原理的探討
[J].高壓電器, 2002,38(6):28- 30. .
第一作者簡介:高艷雄,男,1987年11月生,現(xiàn)為山西大學環(huán)境與資源學院2010級在讀碩士研究生,山西省太原市,030006.
