微通道放电诱导空间限域气泡等离子体氧化技术：突破水处理能效瓶颈的新范式

本研究创新性地提出了一种基于微通道放电的空间限域气泡等离子体氧化技术（AOP），通过同步等离子体激发与气泡形成的时空耦合，将双氯芬酸降解能效提升至4.68 g/kWh（较现有等离子体反应器提升2倍）。该技术通过缩小孔径至0.1 mm实现电子温度（Texc）提升69%（1.35 eV）和微米级气泡破碎，显著强化·OH等短寿命活性物种的传质效率，为突破高级氧化工艺（AOPs）的能效极限提供了新思路。

　　

亮点

• 微通道放电实现等离子体与气泡形成的原位同步

• 孔径缩小至0.1 mm使电子温度提升至1.35 eV

• 微秒级气泡破碎显著增强活性物种传质

• 双氯芬酸降解能效达4.68 g/kWh（能耗仅6.75 kJ/L）

材料与方法

石英微通道管（江苏艾鲁诺公司）通过激光打孔制备，实验采用Sigma-Aldrich提供的双氯芬酸（DCF）作为模型污染物。等离子体反应器由定制电源驱动，通过调控孔径（0.1-1.0 mm）和氧气流速优化降解性能。

双氯芬酸降解效能

在18W输入功率下，0.1 mm孔径反应器5分钟内实现90% DCF降解（1.0 mm仅48.2%）。动力学分析显示，孔径减小使一级反应速率常数（k）提升3.7倍（0.1 mm: 0.415 min^-1），能效较传统等离子体反应器（如介质阻挡放电DBD）提高2倍。

结论

空间限域等离子体通过微通道放电实现：

1）电子能量提升促进O₂激发解离

2）冲击波效应产生微米级气泡增强·OH传质

3）开创性实现AOPs能效4.68 g/kWh的突破