大氣壓非平衡等離子體在殺菌中的應(yīng)用研究.pdf

1、大氣壓非平衡等離子體具有電子溫度高和離子溫度低的特點(diǎn)，其設(shè)備不需要在真空下運(yùn)行，因此設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用低廉，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)。在大氣壓非平衡等離子體中高能電子與氣體分子碰撞使氣體分子解離、激發(fā)和電離，產(chǎn)生多種自由基和活性物種，可應(yīng)用于殺菌消毒、環(huán)境凈化和食品安全等多個(gè)領(lǐng)域。本文利用交流電源和脈沖電源驅(qū)動(dòng)，在幾種特殊設(shè)計(jì)的電極結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生大氣壓非平衡等離子體，并對(duì)白色念珠菌、大腸桿菌、柞蠶微粒子和番茄褐孢霉開(kāi)展了殺菌實(shí)驗(yàn)研究。主要研究結(jié)果

2、如下:
　　1.采用多個(gè)長(zhǎng)方石英體內(nèi)嵌鎢棒共面平行交替排列的電極結(jié)構(gòu)組成放電介質(zhì)板，利用交流電源驅(qū)動(dòng)在介質(zhì)板表面上充有He/O2混合氣體的自封袋內(nèi)產(chǎn)生大面積均勻介質(zhì)阻擋放電，并對(duì)自封袋內(nèi)白色念珠菌開(kāi)展了殺菌實(shí)驗(yàn)研究。討論了He/O2混合氣體比例對(duì)白色念珠菌失活效率的影響，研究結(jié)果表明:在交流峰值電壓9kV，放電頻率11 kHz條件下，經(jīng)過(guò)99％He/1％O2放電處理5min后，白色念珠菌失活效率高達(dá)99％。在該研究中放電等離子體產(chǎn)

3、生的活性O(shè)原子對(duì)白色念珠菌失活效率起主要作用。
　　利用交流電源驅(qū)動(dòng)在高壓電極和地電極等間距非共面平行交替排列的石英體凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)了多槽式空氣介質(zhì)阻擋放電，并對(duì)筷子表面粘附的大腸桿菌和白色念珠菌開(kāi)展了殺菌實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)電壓同步觸發(fā)ICCD成像技術(shù)，在放電頻率9kHz電壓條件下討論了交流峰值電壓對(duì)凹槽內(nèi)穩(wěn)定的放電等離子體形成過(guò)程的影響。研究結(jié)果表明:放電電荷在介質(zhì)層表面積累產(chǎn)生的反向自建電場(chǎng)有助于形成穩(wěn)定的大面積空氣介質(zhì)阻擋放電。利用

4、該放電等離子體在3 min內(nèi)可有效地失活筷子表面粘附的大腸桿菌和白色念珠菌。
　　利用脈沖電源驅(qū)動(dòng)在高壓電極與地電極共面平行交替排列的毛細(xì)管微電極表面實(shí)現(xiàn)了大面積空氣均勻介質(zhì)阻擋放電，并對(duì)白色念珠菌開(kāi)展了殺菌實(shí)驗(yàn)研究。討論了等離子體對(duì)白色念珠菌失活效率的空間影響。研究結(jié)果表明:在脈沖峰值電壓30 kV以上，放電頻率150 Hz條件下，白色念珠菌失活效率隨放電處理空間距離的增加呈現(xiàn)三個(gè)階段變化趨勢(shì)，該變化趨勢(shì)與等離子體產(chǎn)生活性物種和

5、帶電粒子的空間密度分布密切相關(guān)。在第一階段，短壽命活性物種和帶電粒子以及長(zhǎng)壽命活性物種三者共同起主要失活作用;在第二階段，隨著放電處理距離增加，短壽命活性物種在大氣壓下碰撞湮滅，帶電粒子和長(zhǎng)壽命活性物種起主要失活作用;在第三階段，隨著放電處理距離持續(xù)增加，帶電粒子密度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的衰退而減小，長(zhǎng)壽命活性物種起主要失活作用。
　　2.利用交流電源驅(qū)動(dòng)陣列式針，板微電極結(jié)構(gòu)，在He/O2混合氣體中產(chǎn)生大面積刷狀均勻放電等離子體，并對(duì)白色

6、念珠菌開(kāi)展了殺菌實(shí)驗(yàn)研究。討論了放電間隙和He/O2混合氣體比例對(duì)刷狀放電等離子體均勻性的影響。研究結(jié)果表明:在放電間隙3-5 mm內(nèi)，交流峰值電壓7 kV，放電頻率9 kHz，純He條件下或者在放電間隙3mm，交流峰值電壓7 kV，放電頻率9kHz，He/O2混合氣體O2含量低于4％的條件下，可產(chǎn)生大面積均勻刷狀放電等離子體。在交流峰值電壓7kV，放電頻率9 kHz，放電間隙3 mm的條件下，利用99％He/1％O2混合氣體刷狀放電等

7、離子體處理180 s后，白色念珠菌失活效率高達(dá)99％。
　　3.利用大氣壓射流放電等離子體開(kāi)展了對(duì)柞蠶微粒子病和番茄褐孢霉病的殺菌實(shí)驗(yàn)研究。在交流峰值電壓6 kV，放電頻率9 kHz條件下，利用99％He/1％O2放電產(chǎn)生射流等離子體對(duì)柞蠶微粒子孢子失活。研究結(jié)果表明:該射流等離子體在5 min內(nèi)可對(duì)柞蠶微粒子病害有效殺除。在柞蠶微粒子失活過(guò)程中，放電電荷在細(xì)胞表面積累形成的靜電張力與活性氧對(duì)微粒子失活起主要作用。在交流峰值電壓6