等离子体高效活化水中氮、氧活性物种针对性调控研究

批准号:
11705023
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
宋颖
依托单位:
学科分类:
A2907.低温等离子体
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
晏雯、毕振华、季龙飞、王学扬、齐志华
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中文摘要
等离子体活化水是一种将气-液放电产生活性物种存储起来的活性溶液。因此,该溶液中含有丰富的氮、氧活性物种,便于存储携带,在生物医学、环境保护和食品安全等领域展现出特有的应用优势。而面对诸多应用,提高等离子体活化水活化效率,实现活化水中氮、氧活性物种针对性调控则成为等离子体活化水技术应用的关键。本项目利用脉冲电源驱动水中毛细管射流阵列放电,产生等离子体高效活化水溶液。通过对放电过程中氮、氧活性物种定性分析和定量诊断,研究放电参数、气体成分、水溶液物化特性等要素对氮、氧活性物种产生种类和含量的影响。参照氮、氧活性物种实验检测结果,建立化学反应速率模型,研究活化水中氮、氧活性物种的产生和淬灭过程的主要途径,结合等离子体活化水杀菌应用研究,分析起主要杀菌作用的氮、氧活性成分。总结并确立等离子体活化水中氮、氧活性物种形成过程的关键因素,为实现氮、氧活性物种针对性调控提供理论依据、技术支持和应用保障。
英文摘要
Plasma activated water which seems like a store that holds the reactive species generated by the underwater discharge is a type of active solution. This active solution is filled with abundant reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS) and it is convenient to be stored and transported. Due to these unique advantages, plasma activated water has attracted great attention on the applications of biomedicine, environmental protection and food safety. However, for further uses, the targeted control of RNS and ROS in plasma effectively activated water becomes a crucial mission. In this project, a pulse-driven underwater micro-discharge array composed of hollow fiber is designed and plasma activated water can be efficiently generated. The RNS and ROS in gas and in liquid are quantitatively analyzed and qualitatively diagnosed. The effects of discharge parameters, working gas composition, physical and chemical properties of water on the kinds and contents of the RNS and ROS are systematically investigated. Refer to the analysis and diagnosis results of RNS and ROS, an optimized chemical reaction rate model is built and the generation and quenching process of RNS and ROS in plasma activated water is determined. With the sterilization application of plasma activated water, the main germicidal RNS and ROS are analyzed. The key factors for the targeted control of RNS and ROS in plasma activated water are summarized. From the investigation in this project, theoretical reference, technical guidance and application protection would be provided.
等离子体活化水含有丰富的氮氧活性物种,在生物医学、环境保护和食品安全等领域中展现出特有的应用优势。而在诸多应用中,提高等离子体活化水活化效率,实现等离子体活化水中氮、氧活性物种的针对性调控则是等离子体活化水技术应用的关键。本项目利用脉冲驱动毛细管射流阵列,在溶液中产生微气泡放电,由于增加放电气液接触面积,成功的提高了活性物种气液传质效率,形成等离子体高效活化水溶液。并从实验、理论及应用三个方面展开对等离子体活化水中氮氧活性物种针对性调控研究。利用紫外可见吸收光谱技术、液相色谱技术等技术手段对等离子体活化水中氮、氧活性物种进行定性分析和定量诊断,研究放电电压、气体种类、放电时间等要素对活化水中氮、氧活性物种产生效率的影响。研究结果表明等离子体活化水中含有主要的氮、氧活性物种成分为H2O2、NO3-、NO2-和O3,其中放电电压和气体成分对放电产生活性物种的种类起了决定性作用,单位时间内放电次数与气泡形成数目的对应关系对活性物种气液传质效率有至关重要的影响。参照实验检测结果,利用comsol建立气泡放电二维轴对称流体模型,模拟获得活性氧粒子浓度,并分析其产生和损耗机制。模拟结果表明放电产生的主要活性氧粒子为OH,而OH自由基通过复合反应形成了溶液中的H2O2。结合实验和理论结果,开展等离子体活化水杀除腐败希瓦氏菌和鲜切牛肉保鲜应用。研究结果发现等离子体活化水可导致菌体短时间内迅速失活,破坏菌体结构,延长处理样品货架期。通过进一步分析表明等离子体活化水中H2O2含量对杀菌应用起至关重要的影响。从而为等离子体活化水氮氧活性物种的调控提供了理论依据、技术指导和应用保障.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Removal of dimethyl phthalate in water by non-thermal air plasma treatment
非热空气等离子体处理去除水中邻苯二甲酸二甲酯
DOI:10.1039/c9ew00072k
发表时间:2019-04
期刊:Environmental Science-Water Research & Technology
影响因子:5
作者:Qi Zhi Hua;Yang Liu;Xia Yang;Ding Zhen Feng;Niu Jin Hai;Liu Dong Ping;Zhao Yao;Ji Long Fei;Song Ying;Lin Xue Song
通讯作者:Lin Xue Song
Numerical study on an atmospheric pressure helium discharge propagating in a dielectric tube: influence of tube diameter
大气压氦放电在介电管中传播的数值研究:管径的影响
DOI:10.1088/2058-6272/aab3d2
发表时间:2018
期刊:Plasma Science and Technology
影响因子:1.7
作者:Sun Zhoutao;Yan Wen;Ji Longfei;Bi Zhenhua;Song Ying;Liu Dongping
通讯作者:Liu Dongping
DOI:10.1007/s11090-018-9911-5
发表时间:2018-09-01
期刊:PLASMA CHEMISTRY AND PLASMA PROCESSING
影响因子:3.6
作者:Qi, Zhihua;Tian, Enqiang;Liu, Dongping
通讯作者:Liu, Dongping
Numerical investigation of underwater discharge generated in a single helium bubble at atmospheric pressure
大气压下单个氦气泡水下放电的数值研究
DOI:10.1063/1.5070076
发表时间:2019-02
期刊:Physics of Plasmas
影响因子:2.2
作者:Wen Yan;Yang Xia;Zhenhua Bi;Ying Song;Dezhen Wang;Dongping Liu
通讯作者:Dongping Liu
Plasma-Activated Water Treatment of Fresh Beef: Bacterial Inactivation and Effects on Quality Attributes
新鲜牛肉的等离子体活化水处理:细菌灭活及其对品质属性的影响
DOI:10.1109/trpms.2018.2883789
发表时间:2020-01
期刊:IEEE Transactions on Plasma Science
影响因子:1.5
作者:Yao Zhao;Ruocheng Chen;Enqiang Tian;Dongping Liu;Jinhai Niu;Wenchun Wang;Zhihua Qi;Yang Xia;Ying Song;Zhiguo Zhao
通讯作者:Zhiguo Zhao
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