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臭氧發(fā)生器氮氧化物含量是多少正常

國標(biāo)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%；

下面是相關(guān)文獻(xiàn)

標(biāo)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(qiáng)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(shí)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(jī)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(jìn)行改進(jìn)，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(jī)；自制空氣源臭氧發(fā)生器(冷卻方式為風(fēng)冷型，臭氧產(chǎn)量標(biāo)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(jìn)行測定，要求氣密性完好)；尤尼柯2100分光光度計(jì)。

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(fù)化工公司)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

臭氧產(chǎn)量采用碘量法測定，分別于開機(jī)后、關(guān)機(jī)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(jī)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(jì)測定吸收液吸光度值[1]，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算NO2產(chǎn)量。

2結(jié)果與分析

前期對家用臭氧機(jī)副產(chǎn)物進(jìn)行了研究。家用臭氧機(jī)工作15min后會產(chǎn)生NO2，并且隨時(shí)間延長NO2產(chǎn)量增大，如果我們長時(shí)間使用臭氧機(jī)，就有可能對人體健康造成危害[2]。

針對市售家用臭氧機(jī)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(qiáng)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(jìn)行了改進(jìn)。主要改進(jìn)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(dá)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(jìn)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(jī)作了對比。

2.1不同空氣流量下NO2的產(chǎn)量隨時(shí)間的變化

調(diào)節(jié)空氣進(jìn)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(gè)空氣流量下，NO2產(chǎn)量都隨時(shí)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(shí)，其時(shí)產(chǎn)量很大；空氣流量為0.64 m3/h時(shí)NO2產(chǎn)量又高于空氣流量0.48m3/h時(shí)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(dāng)空氣流量為0.64 m3/h時(shí)，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(shí)的產(chǎn)量。原因是發(fā)生器在該流量下工作時(shí)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(shí)間短,導(dǎo)致臭氧生成速率低于分解速率,而此時(shí)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(yīng),導(dǎo)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(shí)，臭氧分子也可同氣體中的氧原子反應(yīng)生成氧分子:

O+O3→2O2

由此可見,在- -定環(huán)境條件下,同時(shí)存在臭氧形成和分解過程,兩者達(dá)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(yīng)式中，其中又以N2為主要成分,它在放電作用下的反應(yīng)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(dá)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(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度會有助于NO2的生成，因此，要提高臭氧產(chǎn)量,同時(shí)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(dǎo)致氣體熱運(yùn)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(yīng)當(dāng)主要用來促進(jìn)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(shí)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(dá)到了這樣的效果。該自制臭氧機(jī)在空氣流量為0.48m3/h時(shí)效果達(dá)到很佳,1 h內(nèi)NO2積累量占臭氧產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)很低(0.160%),明顯優(yōu)于家用臭氧機(jī)(0.207%)。

2.2不同空氣流量下NO2產(chǎn)量隨時(shí)間的增量

在1h的工作時(shí)間內(nèi)NO2隨時(shí)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(yīng)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(shí)，增幅下降很多。可見該臭氧發(fā)生器的副產(chǎn)物NO2隨時(shí)間的增量相對較穩(wěn)定,且增幅不大。

2.3與 家用臭氧機(jī)比較

以參數(shù)NO2占03的百分?jǐn)?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(jī)。當(dāng)空氣流量為0.48 m/h時(shí),20 min后,自制臭氧發(fā)生器NO2積累量占臭氧百分?jǐn)?shù)一直處于較低水平(0.081%~0.160%); 而家用臭氧機(jī)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(jìn)后對NO2產(chǎn)量的控制要優(yōu)于該品牌家用臭氧機(jī)，但其改進(jìn)方法仍不足夠完善，還有進(jìn)一-步研究的價(jià)值。

3.結(jié)論

(1)臭氧發(fā)生器工作時(shí)的副產(chǎn)物NO2產(chǎn)量會隨著時(shí)間的增加而增大,隨空氣流量增加先增大后減小;其隨時(shí)間增量,在機(jī)器工作20 min后維持在0.5 mg/min以下，隨時(shí)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(shí)增幅不明顯。

(2)空氣流量為0.48 m3/h時(shí)，該臭氧發(fā)生器的效果達(dá)到很佳,1 h內(nèi)NO2積累量占臭氧產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)很低(0.160%),明顯優(yōu)于家用臭氧機(jī)(0.207%)。通過對家用臭氧機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),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(dá)到了一-定效果,但改進(jìn)方法仍不夠完善,有待進(jìn)-步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃芳,黃曉蘭.臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生氣體中氮氧化物的HPLC法測定[J].分析試驗(yàn)室,2005 , 24(5):63-66.

[2]劉海龍， 王相文,焦茹媛,等.家用臭氧機(jī)副產(chǎn)物氮氧化物的產(chǎn)量及控制[J ].環(huán)境與健康雜志,2009 ,26(3):235- -236.

[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(xué)環(huán)境與資源學(xué)院2010級在讀碩士研究生,山西省太原市,030006.