臭氧發生器氮氧化物含量是多少正常

國標規定：以空氣為氣源，臭氧消毒器產生的氮氧化物（NO）濃度不得大于臭氧濃度的2.5%；

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標題：臭氧發生器氮氧化物的產生規律研究

臭氧具有極強的氧化性和優良的殺菌效果，廣泛用于飲用水凈化、消毒滅菌、果蔬保鮮等。但由于它不穩定、易分解，無法作為一般的產品貯存，因此需在使用時現場制造。臭氧發生器按照臭氧產生的方式可分為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生器結構簡單，臭氧產量大、成本低，得到較大規模的推廣；但其副產物氮氧化物的產生(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生臭氧很關鍵的約束條件之一。本文針對市售臭氧機的缺陷自制了空氣源臭氧發生器，并對其結構和功能進行改進，研究了氮氧化物的產生規律。

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；自制空氣源臭氧發生器(冷卻方式為風冷型，臭氧產量標注為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

臭氧產量采用碘量法測定，分別于開機后、關機前測定至少兩次，取平均值。將臭氧發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]，根據標準曲線計算NO2產量。

2結果與分析

前期對家用臭氧機副產物進行了研究。家用臭氧機工作15min后會產生NO2，并且隨時間延長NO2產量增大，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生臭氧的方式以及電暈產生的場強在空氣通道中分布不均勻、電壓較高、能量消耗大、發熱量大等缺陷。本文對電場進行了改進。主要改進體現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，降低發熱量，以期達到臭氧產量大而其副產物NO2的產量又盡可能小的目的。在此基礎上研究了改進后臭氧發生器氮氧化物的產生規律，并且與家用臭氧機作了對比。

2.1不同空氣流量下NO2的產量隨時間的變化

調節空氣進氣流量為0.10 m3/h、O.28 m3/h、048 m3/h、O.64 m3/h，在不同流量下測定NO2產量(見圖1)。該臭氧發生器在每個空氣流量下，NO2產量都隨時間的增加而增大，并且隨著空氣流量的增大，NO2產量先增大后減小，空氣流量為0.28 m3/h時，其時產量很大；空氣流量為0.64 m3/h時NO2產量又高于空氣流量0.48m3/h時NO2的產量。

由表l可看出，隨著空氣流量增大(0.10 m3/h～0.64 m3/h)，臭氧產量由351.0 mg升高到866.4 mg，NO2的產量在0.975mg～2.609 mg之間波動;當空氣流量為0.64 m3/h時，臭氧產量增幅不明顯，且NO2產量高于空氣流量為0.48 m3/h時的產量。原因是發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- -定環境條件下,同時存在臭氧形成和分解過程,兩者達到動態平衡后,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的產量取決于兩方面的因素:一方面是環境條件,環境溫度、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,氣體從環境中獲取能量的大小,該條件決定氣體中NO2產生的速度。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NO2積累量占臭氧產量的百分數很低(0.160%),明顯優于家用臭氧機(0.207%)。

2.2不同空氣流量下NO2產量隨時間的增量

在1h的工作時間內NO2隨時間的增量與它的產量呈現-一定的正相關關系(見圖2),即NO2產量高,相應流量下的增量也維持在較高水平。起初的10 min內,NO2產量增幅較大,20min后增幅有所降低,且趨于平穩,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。可見該臭氧發生器的副產物NO2隨時間的增量相對較穩定,且增幅不大。

2.3與 家用臭氧機比較

以參數NO2占03的百分數(m(NO2)/m(O3))而言,在1 h內，自制臭氧發生器的性能要優于家用臭氧機。當空氣流量為0.48 m/h時,20 min后,自制臭氧發生器NO2積累量占臭氧百分數一直處于較低水平(0.081%~0.160%); 而家用臭氧機的m(NO2)1m(O})為0.051~0.207;但對于發生器的穩定性,前者稍次于后者,前者的NO2在10min內的增量在0.110mg~0.283 mg之間波動,后者的NO2在10min內的增量在0.026mg~0.058mg之間波動,波動幅度較小。可見，該臭氧發生器經改進后對NO2產量的控制要優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.結論

(1)臭氧發生器工作時的副產物NO2產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，隨時間的變化較穩定。臭氧產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，該臭氧發生器的效果達到很佳,1 h內NO2積累量占臭氧產量的百分數很低(0.160%),明顯優于家用臭氧機(0.207%)。通過對家用臭氧機的結構進行改進,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,降低發熱量,臭氧發生器對副產物NO2產量的控制達到了一-定效果,但改進方法仍不夠完善,有待進-步研究。

參考文獻

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

[2]劉海龍， 王相文,焦茹媛,等.家用臭氧機副產物氮氧化物的產量及控制[J ].環境與健康雜志,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,現為山西大學環境與資源學院2010級在讀碩士研究生,山西省太原市,030006.