三维打印多孔泡沫陶瓷填充介质阻挡放电反应器高效生成等离子体活化水及灭菌机制研究

《Plasma Processes and Polymers》：Enhancing Plasma-Activated Water Generation and Bacterial Inactivation Using a Porous Foam Ceramic-Packed Dielectric Barrier Discharge Reactor

研究人员开发了一种集成3D打印多孔泡沫陶瓷(PFC)的介质阻挡放电(DBD)反应器，用于高效生成等离子体活化水(PAW)并实现细菌灭活。该装置通过优化PFC孔径(0.9-2.45 mm)显著降低放电阈值，脉冲放电产生更高浓度臭氧和活性物质，而交流(AC)放电展现更优灭菌效果。研究揭示了等离子体直接作用、液相活性物质与酸性环境的协同杀菌机制，为工业级PAW制备提供了创新解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的介质阻挡放电(DBD)反应器设计，通过引入3D打印制备的多孔泡沫陶瓷(PFC)结构，将等离子体活化水(PAW)的生产效率推向新高度。当PFC的孔径控制在0.9-2.45 mm范围时，尤其是较小孔径能产生更均匀的微放电通道，显著提升活性物质如臭氧(O₃)和羟基自由基(·OH)的生成效率。

有趣的是，脉冲放电模式在产生臭氧和活性氧物种(ROS)方面表现突出，而传统交流(AC)放电则在灭活大肠杆菌等微生物时展现出惊人效果。这种差异源于三重协同机制：等离子体丝的直接物理作用、PAW中蓄积的活性化学物质、以及溶液pH值下降创造的酸性环境。

该技术突破不仅将DBD反应器的能效提升40%，更通过精确调控PFC的孔隙结构实现了等离子体与液体的最大化接触面积。这种模块化设计为食品消毒、医疗器械灭菌等工业应用提供了可扩展的解决方案，标志着低温等离子体技术向实际应用迈出了关键一步。