对臭氧应用技术中几个问题的探讨.docx

对臭氧应用技术中几个问题的探讨收稿日期：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―1.07mg/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