專利名稱：190nm、207nm準分子微波無極放電燈及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬光化學技術領域，具體涉及一種高功率新型微波準分子光源發(fā)生系統(tǒng)。
背景技術：
采用紫外光降解有害污染物質很早就被應用到環(huán)保領域，也是近年來研究的熱點，常見的技術如185nm紫外光直接降解惡臭氣體[1]，253.7nm紫外光殺菌消毒，O3/UV和H2O2/UV聯(lián)合水體凈化，TiO2/UV光催化降解有機污染物等。
相對于傳統(tǒng)的化學、物理及生物方法而言，紫外光降解污染物具有以下突出優(yōu)勢①去除效率高；②體積??；③運行費用低；④操作簡單，安裝維修方便；⑤制造成本低，然而現(xiàn)有的紫外光應用有其天然的不足之處。目前常用的185nm/253.7nm/313nm/365nm四種波長的紫外光主要通過紫外燈管兩端電極之間的電場激發(fā)汞蒸汽放電產生，其不足之處體現(xiàn)在兩方面一方面，這些紫外燈壽命不長，連續(xù)運行一般不會超過1000h，報廢燈管若不妥善處理，勢必會有汞的污染問題產生；另一方面，通過激發(fā)汞原子產生的這四種波長的紫外光實際應用存在很多局限性，對于185nm紫外光來說，由于燈管所用石英材料對波長小于190nm紫外光有較強的吸收，因而常見的低壓汞燈發(fā)射譜線中能有效去除污染物的185nm紫外光含量都低于5％，一般不會超過10％，直接的后果就是能量利用率低，同時由于水對185nm紫外光有極強的吸收，在水中其光程小于1mm，因此該185nm紫外光一般只能在氣體污染物降解中應用。而對于另外三種或更長波長紫外光，由于它們的光子能量低，且發(fā)射譜線單一，只有少部分污染物能夠吸收并發(fā)生斷鍵，絕大多數(shù)還是被用來殺菌消毒以及應用在光催化領域，或者作為污染物處理工藝中的輔助技術，其波長的局限性限制著它們在光化、光生領域的拓寬應用。鑒于光技術用于降解污染物的眾多優(yōu)點，十分有必要開發(fā)一種新型的環(huán)保實用的紫外光發(fā)生技術。
本發(fā)明所提出的微波無極(紫外燈管中沒有電極)放電激發(fā)KrI*或KrBr*準分子氣體產生190nm或207nm紫外光技術可以很好的解決這些矛盾。關于微波無極放電以及準分子光源都曾分別在不同的領域被提出和加以實施，前者主要是解決現(xiàn)有采用電極放電紫外燈壽命短及譜線單一的問題[2]，而后者是基于其無輻射自吸收的優(yōu)點而首先被用在激光發(fā)生系統(tǒng)中。近年來也有一些采用微波無極放電激發(fā)汞原子產生185nm或波長更長的紫外光(如253.7nm和365nm)來直接或者光催化降解染料廢水的嘗試[3，4，5]，但都未從根本上解決上述汞燈光源存在的紫外光波長的局限性問題，同時不可避免能量利用率低的缺陷。我們將微波無極放電和準分子光源兩者有機結合并開發(fā)出一種新型的微波準分子紫外光源，并將其應用于污染物的直接光降解，這在國內外未見報導。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種能量利用率高、使用壽命長的準分子微波無極放電燈及其應用。
本發(fā)明提出的準分子微波無極放電燈，是一種波長為190nm或207nm準分子微波無極紫外燈，具體示意圖見圖1所示。它由微波發(fā)生源1、諧振腔2、電纜3和填充有Kr-I2或Kr-Br2混合氣體的無極石英燈管組成；其中，微波發(fā)生源1機箱的控制面板上設有自動或手動調節(jié)鈕，用于調節(jié)微波輸出功率的大小。微波源的功率范圍在0-1000W內連續(xù)可調；從微波發(fā)生源1發(fā)出的2.45GHz微波由電纜3傳輸至諧振腔2中；無極石英燈管4的一端插入諧振腔2中，燈內發(fā)光物質吸收微波能量產生放電發(fā)出紫外光。雖然只有燈管的下部處于諧振腔中，整根燈管仍能順利地全部點亮，發(fā)光均勻穩(wěn)定。
Kr-I2或Kr-Br2混合氣體填充比例和氣壓不會影響輻射紫外光的波長值，但通過控制一定比例的氣體混合比及混合氣體總壓強，合理選擇微波功率，可改變最終產生190nm或207nm紫外光的輸出強度。KrI*和KrBr*準分子光源的最佳參數(shù)范圍基本相同，如表1所示。
表1KrI*和KrBr*準分子光源的最佳參數(shù)范圍

本發(fā)明的工作原理如下以207nm KrBr*準分子光源為例說明。微波無極放電產生KrBr*準分子207nm紫外光輻射的過程具體如下(1)Kr和Br2的激發(fā)首先，在微波電磁場的作用下，Kr和Br2被激發(fā)。
(2)KrBr*準分子的形成激發(fā)態(tài)的Kr*和Br2*離子經過碰撞形成KrBr*準分子，也可以通過Harpooning反應形成KrBr*準分子，如下面方程所示，這是通過激發(fā)態(tài)的Kr*把它的能量傳遞給Br2分子而形成的激發(fā)態(tài)的KrBr*準分子。
(3)輻射過程這樣形成的KrBr*準分子很不穩(wěn)定，通常在幾個納秒之內就會分解，同時以紫外光子的形式釋放激發(fā)能。
(207nm)(4)猝滅過程在輻射過程中還伴隨著猝滅過程，在氣壓較低時，主要是Br2粒子導致的準分子的猝滅。
而在氣壓較高時，Kr原子引發(fā)三體碰撞反應使得準分子猝滅形成三原子粒子。
(5)KrBr*準分子光源的紫外光譜用真空紫外單色儀測量KrBr*準分子光源的紫外發(fā)射，得到的光譜輪廓如圖2所示。由圖2得到KrBr*準分子的峰值波長主要在207nm處，另外在222nm、228nm處也有微弱的輻射。207nm處的輻射是由B1/2→X1/2躍遷產生的，其全值半寬度與氣壓有關，在1～20nm左右。
190nm KrI*準分子光源的工作原理與207nm KrBr*準分子光源類似。
新光源的優(yōu)點和應用與現(xiàn)有的汞燈光源相比，KrI*或KrBr*準分子氣體產生190nm或207nm紫外光技術在環(huán)保領域有更廣闊的應用空間。選擇這兩種波長準分子光源，具有以下優(yōu)點(1)解決185nm紫外光遇到的對石英管透過率低以及在水中輻照光程短的問題，該光源在廢水和廢氣處理處置中都可以應用，而且能量利用率高，最高可達50％。
(2)光源不含汞，無污染，且采用無極放電，使其壽命明顯延長，一般連續(xù)運行2～5年不會損壞，是非常綠色經濟的紫外光源。
(3)由于準分子光輻射沒有自吸收，通常可產生發(fā)射波段為1～20nm寬的紫外光譜，可被大部分污染物吸收，而且光子能量也較高，190nm和207nm的紫外光的光子能量分別為6.54eV和6.0eV，可使大部分化學鍵斷裂，在氧氣參與下可達到徹底氧化降解污染物的目的。因此，可直接降解高濃度顏料廢水等，同時能去除H2S、CS2、苯乙烯等惡臭物質。
以上優(yōu)點使該光源能夠廣泛應用于環(huán)保領域。它能適用于各種難降解有機污染物的去除，包括在高濃度和深度降解，水體污染凈化和廢氣處理，尤其近年來備受關注的惡臭污染物的治理。


圖1為準分子微波無極放電燈的結構圖示。
圖2為KrBr*準分子微波無極放電燈的輻射光譜。
圖中標號1為微小發(fā)生源，2為諧振腔，3為電纜，4為無極石英燈管。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。本發(fā)明各組成部分包括①微波發(fā)生電源，微波頻率為2.45GHz，微波功率在0～1000W范圍內連續(xù)可調，微波電源機箱尺寸為18cm×25cm×40cm，②諧振腔，為圓柱形，外徑12cm，高為6cm；③電纜，外徑10mm，長度視具體情況定；④無極石英燈管，填充有Kr-I2(或Kr-Br2)混合氣體，燈管為圓管形，外徑10mm～20mm，長度視具體情況而定。燈管也可做成平板形。
實施例1207nm KrBr*準分子微波無極紫外燈(Kr-Br2混合氣體總壓強為10torr，Kr∶Br2氣壓比為50∶1，燈管外徑20mm，長度30cm)直接光降解高濃度染料廢水，選擇難降解三苯基甲烷類染料羅丹明B為處理對象，處理濃度為20mg/L，處理量為400ml。所用微波功率為600W，經過10min光照后測得脫色率＞99％，CODCr去除率達90％。
實施例2190nm KrI*準分子微波無極紫外燈(Kr-I2混合氣體總壓強為2.5torr，Kr∶I2氣壓比為50∶1，燈管外徑10mm，長度30cm)直接光降解二硫化碳惡臭氣體，所用微波功率為400W。二硫化碳氣體采用流動態(tài)進樣，氣體在光輻照區(qū)停留時間為1s，二硫化碳進氣濃度為20mg/m3。測試結果表明，該處理裝置可有效去除二硫化碳惡臭污染，去除率高達90％。
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權利要求
1.一種190、207nm的準分子微波無極放電燈，其特征在于是一種波長為190nm或207nm的微波紫外光燈，由微波發(fā)生源(1)、諧振腔(2)、電纜(3)和填充有Kr-I2或Kr-Br2混合氣體的無極石英燈管(4)組成；其中，微波發(fā)生源(1)機箱的控制面板上設有自動或手動調節(jié)鈕，用于調節(jié)微波輸出功率的大小，微波輸出功率范圍為0-1000W；從微波發(fā)生源(1)發(fā)出的2.45GHz微波由電纜(3)傳輸至諧振腔(2)中；無極石英燈管(4)一端插入諧振腔(2)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的放電燈，其特征在于所說的無極石英燈管為圓管形或者平板形。
3.根據(jù)權利要求1所述的放電燈，其特征在于Kr-I2或Kr-Br2混合氣體總壓強為2-10porr，Kr∶I2或Kr∶Br的氣壓比為20∶1-50∶1。
4.一種如權利要求1-3之一所述放電燈在降解有機污染物中的應用。
全文摘要
本發(fā)明屬光化學技術領域，具體為一種190nm、207nm準分子微波無極放電燈及其應用，該放電燈由微波發(fā)生源、電纜、諧振腔和無極石英燈管組成。在石英管中分別填充Kr－I
文檔編號H01J65/04GK1713338SQ20051002796
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權日2005年7月21日
發(fā)明者侯惠奇, 房豪杰, 閻棟志, 顧丁紅 申請人:復旦大學