基于响应曲面的优化方法：利用空气多针放电技术生成等离子体活化水，以实现可持续的微藻培养

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Response Surface-Based Optimization of Plasma-Activated Water Generated by Air Multipin-to-Water Discharge for Sustainable Microalgae Cultivation

等离子体活化水（PAW）通过调节电极间隙（0.5-1.5 cm）和反应时间（15 min）影响微藻培养环境，pH降至2.50时EC为1274 μS/cm，ORP达234.7 mV，氮自由基浓度显著变化。稀释PAW与氮-free BG-11结合可促进Chlorella vulgaris生长，高酸性PAW（pH<3）不适用。

　　

摘要：

通过空气多针对水放电产生的等离子体活化水（PAW），在异常辉光放电模式下进行了评估，作为一种可调节化学性质的介质用于微藻培养。采用中心复合设计（CCD）的响应面方法（RSM）量化了电极放电间隙（DG，0.5–1.5厘米）和反应时间（15分钟）对温度、pH值、氧化还原电位（ORP）、电导率（EC）以及活性氮物种（RNSs，包括NO??和NO??）的影响。在13次实验中，pH值从6.11降至2.50，ORP从33.8 mV升至234.7 mV，电导率从737 μS/cm变化到1274 μS/cm，NO??浓度在2.83–69.78 μM之间，NO??浓度在13.36–32.75 μM之间，而温度始终保持在30.1°C至42.6°C的范围内。反应时间主要控制了酸化和ORP的变化，而非线性效应和交互作用则影响了氮物种的生成。新生成的PAW在产生后立即使用，并在培养前与自来水（TW）按1:1的比例稀释；在某些处理中，稀释后的PAW还与不含氮的BG-11培养基混合使用。通过叶绿素a含量和细胞密度评估了普通小球藻（Chlorella vulgaris）在12天内的生长情况。单独使用PAW时生长有限，而PAW与不含氮的BG-11培养基结合使用在适宜条件下可促进更快的生长；然而，高酸性的PAW（pH值<3）不适合直接用于培养。研究结果表明，PAW的性质可以在一定程度上进行调控，从而适用于微藻生物加工。