刘坤,叶高杰,任泰林,方浩
LIU Kun*, YE Gaojie, REN Tailin, FANG Hao
摘要: 等离子体活化水(plasma-activated water,PAW)的性能受液相中反应性物种组成及其协同作用显著影响,而放电极性可在源头上调控能量注入方式及反应路径. 本文基于气液两相介质阻挡放电(DBD)体系,在相同外加电压条件下系统比较了正、负脉冲极性对PAW电学行为、化学组成及灭菌性能的影响. 结果表明,负脉冲放电的平均功率仅约为正脉冲的三分之一,但其制备的PAW在灭菌能力与能量利用效率方面表现更优,在14 kV条件下其EEO值为17.2 kWh·m-3·log-1,相比于正脉冲PAW的84.3 kWh·m-3·log-1降低约79.1%.通过荧光探针与定量分析发现,两种极性条件下活性氧物种(ROS)生成量差异较小(负脉冲仅低于正脉冲约6.7%),而负脉冲条件下活性氮物种(RNS)浓度提高约12%. 进一步机理分析表明,富集的RNS通过促进亚硝酸根(NO- 2)与双氧水(H2O2)耦合反应显著增强ONOOH的生成动力学,从而在较低能量输入下实现更强的灭菌能力和更优的能量效率. 该差异归因于负脉冲较低的能量输入降低了气液界面水汽化程度,提升了电子与氮分子(N2)的碰撞概率,同时增强了负离子生成及液相溶解. 本研究为通过放电极性实现液相反应路径定向调控、构建高能效PAW体系提供了新的物理化学依据与方法学思路.
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