1、放電式臭氧發(fā)生器

　　為了改善放電狀況、提高放電效率,人們研究了如線狀、刷狀、螺線狀、網狀、水不同形式的電極。且放電形式局限于無聲、脈沖流注、電暈、沿面、無聲-沿面混合及輝光放電等形式[1] 。

　　無聲放電(即介質阻擋放電)的電介質是無聲放電臭氧發(fā)生器的重要組成,其作用為強化氣隙的電場強度以利于產生放電;防止氣隙擊穿,同時減小功率消耗;使氣隙的電場均勻,擴大放電區(qū)域,利于臭氧的產生。一般而言,電介質的介電系數(shù)越高,導熱性能越好越利于產生臭氧。目前,臭氧發(fā)生器所用的電介質主要有石英玻璃、陶瓷、搪瓷、有機材料等多種類型[1] 。

　　1)陶瓷、搪瓷a)高純度的氧化鋁陶瓷熔點高、機械強度大、擊穿電壓高、耐化學腐蝕能力強、熱導率較高。

　　近年來,電介質層材料及加工工藝成為介質阻擋強電離放電的關鍵技術,用等離子體噴涂或貼冶方法,在400～1600cm2的放電極和接地極表面上形成密實的α型Al2O3材料的極薄的電介質層,具有高強度、高密度、高絕緣度、高介電常數(shù)、高均勻度、低矯曲度和低損耗等特點。采用該技術可達到的相關參數(shù)為:臨界擊穿電場強度E≥400kV/cm;相對介電常數(shù)ε≥10;體積電阻率ρ≥1015Ψcm;介電損耗tanδ<3.9×10-4;體積密度n≥3.8g/cm3;導熱率λ≥21W/(Km);熱膨脹系數(shù)(6.5～7.5)×10-6mm/°C;表面粗糙度0.25～0.5μm;吸水率趨于0;介質厚度0.1mm;電介質很大面積<1600cm2[1] 。

　　劉維良等人為提高陶瓷基板材料的ε,降低材料的tanδ和使材料有較高的熱導率研究了不同摻雜方法[7],制備的樣品參數(shù)為密度n=3.97g/cm3,ε=12.98,tanδ=2.00×10-4,λ=23.0W/mk。岳朝松等人為試驗不同的電介質對臭氧產生的影響,分別選取石英玻璃(ε=4.2)、鎂橄欖石(ε=9)、α-Al2O3(ε=8.3)、ZrO2瓷(ε=12.0)、SiC瓷(ε=40.1)5種材料作為電介質,電介質厚度0.3mm,電源頻率10kHz,電壓峰值9.4kV,分別測量臭氧發(fā)生器出口處臭氧的濃度,很終選擇0.25～0.4mm的α-Al2O3為電介質,單電極產生臭氧的質量濃度達12～13g/m3。[1] 鮑慈光等研究的(Sr,Ca)TiO3陶瓷材料和Sr-TiO3基摻雜陶瓷材料基料為67%的SrTiO3和29%的CaTiO3,摻雜料為BaTiO3、CaSiTiO3、TiO2、ZnO、Bi2O3,所得樣品性能較理想,其ε=88,U=10kV,tanδ=75.1×10-4,ρ=0.84GΨm。[1]

　　b)搪瓷制造工藝簡單、電氣強度高、介電常數(shù)較大、耐腐蝕能力較強。清華大學采用搪瓷材料作為介電體,制作了不同尺寸的單管搪瓷介電體臭氧發(fā)生器,同玻璃介電體的臭氧發(fā)生器對比試驗。結果顯示,搪瓷材料的ε比玻璃高近1倍,用于臭氧發(fā)生器中將有較高的臭氧產量。SeminMA用硅酸鹽電絕緣搪瓷為介電體。[1]

　　2)雙介質組合材料(云母)
趙純等人采用一種使用鐵電球/云母片雙介質的間隙結構,有一對平板電極和一個雙介質層構成。0.1mm厚的云母片放在下側電極上,中部留有直徑10mm圓洞1mm厚聚四氟乙烯絕緣板放在云母片上,直徑1.0～3.0mm的鐵電球FEB放置在板中央的圓洞中,εr=660的鐵電球和電源頻率f≥4kHz是產生臭氧的很優(yōu)條件。[1]

　　Uchida,Takeji等也發(fā)明用多于兩層壓成薄片的云母片覆蓋在放電電極上作為接觸表面,可延長臭氧發(fā)生器在高度潮濕條件下的壽命。3)有機高分子材料王飛等人用有機高分子材料作為介電體,介電管內徑69mm,壁厚1.2mm,該材料為性能優(yōu)良的工程塑料,能在145°C下連續(xù)使用,具有優(yōu)異的電絕緣、延伸、尺寸穩(wěn)定、耐化學腐蝕、自熄、阻燃、自重輕、易增強、無毒、衛(wèi)生、能著色等特性。[1]

　　3)有機高分子材料
王飛等人用有機高分子材料作為介電體,介電管內徑69mm,壁厚1.2mm,該材料為性能優(yōu)良的工程塑料,能在145°C下連續(xù)使用,具有優(yōu)異的電絕緣、延伸、尺寸穩(wěn)定、耐化學腐蝕、自熄、阻燃、自重輕、易增強、無毒、衛(wèi)生、能著色等特性。[1]

　　4)玻璃
近年來隨玻璃材料和燒結技術不斷進步,國外很多臭氧發(fā)生器采用玻璃作為電介質。

　　Takeichi,Hirotoshi等的所用的電介質是蘇打玻璃,其Bi、Zn、Pb氧化物的質量分數(shù)分別為(10～90)%、(10～90)%、(0～40)%。還有線性膨脹系數(shù)與之相當?shù)牧硪徊牧?其Bi、Zn、B、Si氧化物的質量分數(shù)分別為(20～30)%、(30～40)%、(15～25)%、(0～10)%。Murata,Takaty等又把這一薄層電介質用樹脂浸透處理效果也較好。[1]

　　2、電解池式臭氧發(fā)生器

　　由于電極材料、電解液與電解機理方面的大量研究工作,電解法臭氧發(fā)生技術進展很大。近期發(fā)展的SPE(固態(tài)聚合物電解質)電極與金屬氧化催化技術,使用純水得到φ(O3)>14%的高濃度臭氧,使電解池式臭氧發(fā)生器的技術跨越了一大步。

　　Shiue,Lin-Ren等人的臭氧發(fā)生器電解池中用鈦電極板外表面覆蓋鉑層作為陰極,β-PbO2覆蓋的電極板作為陽極,電池與超大電容器一起作為直流電源,電極上不需覆蓋其它薄膜,電解液用中性的鹽如NaCl來促進臭氧氣體的產生。周元全等人認為:可用石墨、玻璃碳、氟化碳、金屬鉛、鉛合金或二氧化鉛等充當陽極。他們選用鐵基二氧化鉛作陽極,陰極是不銹鋼析氫陰極或氧還原陰極。氧還原陰極選用防水型氣體擴散電極,由聚四氟乙烯、活性炭、還原催化劑、乙炔黑與鎳網或鍍銀銅網等復合組成。所用的中間隔板可是微孔陶瓷、微孔聚氯乙烯、微孔聚四氟乙烯。此臭氧發(fā)生器設備小而輕、結構簡單、無噪聲,產物中無有害的氮氧化物,有廣闊的應用前景。

　　3、紫外線輻照式臭氧發(fā)生器

　　Yamada,Yasuhiro等發(fā)明了一種便攜式臭氧發(fā)生器,其中有多個短波紫外燈,空氣的紫外照射區(qū)是一個長尺寸空間?？諝饴窂綄?0～100mm,由于多個紫外燈使空間空氣的照射長度疊加,利于產生更多的臭氧氣體。

　　Jodzis,Slawomir研究的一種特殊的臭氧合成裝置。用金屬-石英臭氧發(fā)生器作為放電反應器,同時用短波紫外線將O2轉化為O3,臭氧的產生與溫度、波長以及放電間隙的催化能力有關,在0°C時,金屬電極與紫外輻射復合,催化間隙很小的情況下,臭氧產量增加,但波長增加會使產量降低。