臭氧发生器氮氧化物含量是多少正常

国标规定：以空气为气源，臭氧消毒器产生的氮氧化物（NO）浓度不得大于臭氧浓度的2.5%；

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标题：臭氧发生器氮氧化物的产生规律研究

臭氧具有极强的氧化性和优良的杀菌效果，广泛用于饮用水净化、消毒灭菌、果蔬保鲜等。但由于它不稳定、易分解，无法作为一般的产品贮存，因此需在使用时现场制造。臭氧发生器按照臭氧产生的方式可分为3种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。空气源高压放电式臭氧发生器结构简单，臭氧产量大、成本低，得到较大规模的推广；但其副产物氮氧化物的产生(以NO2为主，NO2有毒，具刺激性，会损害呼吸道，造成大气污染等)制约了其推广空间。氮氧化物是空气源高压放电产生臭氧很关键的约束条件之一。本文针对市售臭氧机的缺陷自制了空气源臭氧发生器，并对其结构和功能进行改进，研究了氮氧化物的产生规律。

1材料与方法

1.1仪器与试剂

仪器：市售某品牌家用臭氧机；自制空气源臭氧发生器(冷却方式为风冷型，臭氧产量标注为3g/h)；活性炭柱：高度为18cm；吸收瓶：直径为8 cm，有效水深9 cm(仪器间采用硅胶管连接并进行测定，要求气密性完好)；尤尼柯2100分光光度计。

试剂：碘化钾，硫代硫酸钠，硫酸，亚硝酸钠，N一(1一萘基)乙二胺盐酸盐，对氨基苯磺酸，冰乙酸，均选用分析纯试剂(天津光复化工公司)。

1.2实验方法

臭氧产量采用碘量法测定，分别于开机后、关机前测定至少两次，取平均值。将臭氧发生器出气通过活性炭柱滤除臭氧，测定滤除效果为100％，开机7 min后用l L纯水作吸收液直接吸收NO2，通气1 h，每隔10 min取样2 mL于比色管，然后立即加入8 mL显色剂，于暗处放置15 min显色，采用分光光度计测定吸收液吸光度值[1]，根据标准曲线计算NO2产量。

2结果与分析

前期对家用臭氧机副产物进行了研究。家用臭氧机工作15min后会产生NO2，并且随时间延长NO2产量增大，如果我们长时间使用臭氧机，就有可能对人体健康造成危害[2]。

针对市售家用臭氧机以陶瓷管高压放电产生臭氧的方式以及电晕产生的场强在空气通道中分布不均匀、电压较高、能量消耗大、发热量大等缺陷。本文对电场进行了改进。主要改进体现在采用平面放电方式，改善电场分布均匀度，降低电压，减少能量消耗，降低发热量，以期达到臭氧产量大而其副产物NO2的产量又尽可能小的目的。在此基础上研究了改进后臭氧发生器氮氧化物的产生规律，并且与家用臭氧机作了对比。

2.1不同空气流量下NO2的产量随时间的变化

调节空气进气流量为0.10 m3/h、O.28 m3/h、048 m3/h、O.64 m3/h，在不同流量下测定NO2产量(见图1)。该臭氧发生器在每个空气流量下，NO2产量都随时间的增加而增大，并且随着空气流量的增大，NO2产量先增大后减小，空气流量为0.28 m3/h时，其时产量很大；空气流量为0.64 m3/h时NO2产量又高于空气流量0.48m3/h时NO2的产量。

由表l可看出，随着空气流量增大(0.10 m3/h～0.64 m3/h)，臭氧产量由351.0 mg升高到866.4 mg，NO2的产量在0.975mg～2.609 mg之间波动;当空气流量为0.64 m3/h时，臭氧产量增幅不明显，且NO2产量高于空气流量为0.48 m3/h时的产量。原因是发生器在该流量下工作时温度较高,臭氧分解率较高,由于空气流量大，发生腔中气体平均停留时间短,导致臭氧生成速率低于分解速率,而此时却有利于NO2的形成。

在臭氧发生元件中，介电体与外电极之间是气体放电间隙,空气原料从间隙中流过,在内外电极上加交流电压，是放电间隙间形成电晕放电。空气原料在电晕放电作用下被电离,其中的氧离子同氧分子以及氧离子间会产生反应,导致氧分子形成臭氧

O*+O2+M→O3+M+q

式中:M为除氧以外的其他气体组分,q为热量。

与此同时，臭氧分子也可同气体中的氧原子反应生成氧分子:

O+O3→2O2

由此可见,在- -定环境条件下,同时存在臭氧形成和分解过程,两者达到动态平衡后,保持气氛中一定的臭氧浓度。在放电作用下的M组分参与的反应式中，其中又以N2为主要成分,它在放电作用下的反应式为:

放电

N2+O2- 放电-2NO

NO+O3-→NO2+O2

2NO+O2- +2NO2

NO2的产量取决于两方面的因素:一方面是环境条件,环境温度、压力、空气原料中的氮浓度,这些条件决定了气体中NO2所能达到的很高浓度;另- -方面是,气体从环境中获取能量的大小,该条件决定气体中NO2产生的速度。很多资料和研究表明,温度升高,臭氧分解速度加快,臭氧浓度会降低。而NO与O2生成NO2的反应是吸热反应，升高温度会有助于NO2的生成，因此，要提高臭氧产量,同时抑制NO2的生成,就要先定气体粒子获取能量的方式，气体获取的能量不能只是导致气体热运动速度加快、温度升高,这样反而会起到反作用,气体粒子获取的能量应当主要用来促进气体粒子的电离或提高粒子能级，尽量减少热量增加,才能保证臭氧浓度，同时降低NO2的产率。因此,我们通过采用平面放电方式、改善电场分布均匀度、降低电压达到了这样的效果。该自制臭氧机在空气流量为0.48m3/h时效果达到很佳,1 h内NO2积累量占臭氧产量的百分数很低(0.160%),明显优于家用臭氧机(0.207%)。

2.2不同空气流量下NO2产量随时间的增量

在1h的工作时间内NO2随时间的增量与它的产量呈现-一定的正相关关系(见图2),即NO2产量高,相应流量下的增量也维持在较高水平。起初的10 min内,NO2产量增幅较大,20min后增幅有所降低,且趋于平稳,很大值不超过0.5 mg/min,其余的值都在0.5 mg/min以下;空气流量为0.48 m3/h时，增幅下降很多。可见该臭氧发生器的副产物NO2随时间的增量相对较稳定,且增幅不大。

2.3与 家用臭氧机比较

以参数NO2占03的百分数(m(NO2)/m(O3))而言,在1 h内，自制臭氧发生器的性能要优于家用臭氧机。当空气流量为0.48 m/h时,20 min后,自制臭氧发生器NO2积累量占臭氧百分数一直处于较低水平(0.081%~0.160%); 而家用臭氧机的m(NO2)1m(O})为0.051~0.207;但对于发生器的稳定性,前者稍次于后者,前者的NO2在10min内的增量在0.110mg~0.283 mg之间波动,后者的NO2在10min内的增量在0.026mg~0.058mg之间波动,波动幅度较小。可见，该臭氧发生器经改进后对NO2产量的控制要优于该品牌家用臭氧机，但其改进方法仍不足够完善，还有进一-步研究的价值。

3.结论

(1)臭氧发生器工作时的副产物NO2产量会随着时间的增加而增大,随空气流量增加先增大后减小;其随时间增量,在机器工作20 min后维持在0.5 mg/min以下，随时间的变化较稳定。臭氧产量随空气流量的增加而增大，在空气流量超过0.48 m3/h时增幅不明显。

(2)空气流量为0.48 m3/h时，该臭氧发生器的效果达到很佳,1 h内NO2积累量占臭氧产量的百分数很低(0.160%),明显优于家用臭氧机(0.207%)。通过对家用臭氧机的结构进行改进,采用平面放电方式,改善了电场分布均匀度,降低电压,减少能量消耗,降低发热量,臭氧发生器对副产物NO2产量的控制达到了一-定效果,但改进方法仍不够完善,有待进-步研究。

参考文献

[1] 黄芳,黄晓兰.臭氧发生器所产生气体中氮氧化物的HPLC法测定[J].分析试验室,2005 , 24(5):63-66.

[2]刘海龙， 王相文,焦茹媛,等.家用臭氧机副产物氮氧化物的产量及控制[J ].环境与健康杂志,2009 ,26(3):235- -236.

[3]姚河清朱天宇.电晕放电式臭氧发生器工作原理的探讨

[J].高压电器, 2002,38(6):28- 30. .

第一作者简介:高艳雄,男,1987年11月生,现为山西大学环境与资源学院2010级在读硕士研究生,山西省太原市,030006.