Các phương pháp tạo Ozone và Ưu nhược điểm - Công nghệ Corona

Hình thành Ozone từ khói

Ozone được hình thành ở mặt đất bởi phản ứng hóa học giữa Nitrogen Dioxide (NO2) và/hoặc Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và tia UV từ ánh sáng mặt trời. Sự khác biệt giữa sản xuất ôzôn không lành mạnh này và sản xuất ôzôn thương mại, hoặc sản xuất ôzôn tự nhiên trong tầng ôzôn của chúng ta, là việc sản xuất ôzôn từ khói bụi là một chu trình không lành mạnh khó phá vỡ. Trong quá trình sản xuất ôzôn từ khói bụi, chất lượng không khí bị thay đổi lâu dài, ôzôn không chỉ đơn giản là phân hủy thành ôxy vô hại, mà thay vào đó, chúng kết hợp lại để tạo thành NO2 trong khí quyển và bắt đầu lại chu trình không lành mạnh. Xem hình ảnh dưới đây chẳng hạn.

Khi ozone được tạo ra một cách tự nhiên mà không có sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm có hại khác như VOC và NO2, ozone sẽ phân hủy tự nhiên thành oxy. Đây là kết quả bình thường của sự không ổn định của ozone và chu kỳ bán rã ngắn vốn có của phân tử ozone. 

Hình thành Ozone tự nhiên từ tia UV

Nơi phổ biến nhất trên thế giới của chúng ta để tìm ozone là tầng ozone. Đây là một phần tự nhiên và quan trọng trong lời nói của chúng ta. Tia UV sẽ tạo ra ozone từ oxy trong khí quyển ở bước sóng ngắn dưới 240 Nanomet (nm). Tia UV cũng sẽ phá hủy ozone và phân hủy ozone trở lại thành ôxy nguyên tử (O) và ôxy diatomic (O2) ở bước sóng từ khoảng 200 nm đến 315 nm. Do đó, tầng ozone làm rất tốt công việc lọc tia UV có bước sóng từ khoảng 100 – 315 nm. Điều này rất quan trọng vì đây là những bước sóng có hại của tia UV gây cháy nắng ở người và tổn thương DNA trong các mô sống.

Tầng ozone là một phần quan trọng trong tầng bình lưu của thế giới chúng ta. Mức ozone trong tầng bình lưu nằm trong khoảng từ 2 đến 8 ppm trong tầng ozone, do đó phần lớn ôxy trong khí quyển vẫn ở dạng hai nguyên tử (O2). Một yếu tố gây ô nhiễm khác thường được thảo luận là khả năng phá vỡ sự cân bằng giữa sản xuất và phá hủy ozone thông qua tia UV trong tầng bình lưu.

Sản xuất Ozone từ đèn UV

Ozone được sản xuất thương mại từ máy tạo ozone cũng sử dụng đèn UV. Ozone được tạo ra từ tia UV có bước sóng dưới 240 nm. Sản xuất ozone đạt cực đại ở bước sóng ánh sáng UV 185 nm. Sử dụng đèn UV được điều chỉnh đặc biệt cho bước sóng 185 nm ozone có thể được tạo ra từ không khí.

Ưu điểm của máy tạo Ozone UV

•       Cấu tạo đơn giản – chỉ một đèn UV với chấn lưu và quạt

•       Chi phí thấp – do xây dựng đơn giản

•       Sản xuất oxit nitric thấp hơn

Nhược điểm của máy tạo Ozone UV

•       Sản lượng ozon thấp – g/giờ

•       Nồng độ ozone thấp – dưới 1% trọng lượng

•       Bóng đèn và chấn lưu sẽ cần phải được thay thế

Hình thành Ozone tự nhiên từ phóng điện

Ozone được tạo ra từ sự phóng điện giống như tia lửa điện. Đây là lý do tại sao bạn có thể ngửi thấy mùi ozone gần động cơ điện, máy phát điện và máy sao chép/in. Những thiết bị này và nhiều thiết bị khác sẽ tạo ra lượng ôzôn thấp trong không khí thông qua phóng điện.

Khi phóng điện xảy ra gần phân tử oxy (O2) được tìm thấy trong không khí xung quanh, nó sẽ tách phân tử này thành oxy nguyên tố (O). Các nguyên tử Oxy này sẽ nhanh chóng liên kết với một phân tử Oxy khác (O2) để tạo thành ozone (O3). Xem hình ảnh bên dưới.

Như đã trình bày, sét là nguyên nhân phổ biến và tạo ra nhiều ozone. Sét sẽ tạo ra ozon trong không khí với số lượng lớn từ oxi trong khí quyển. Điều này có thể tạo ra một phần mùi “tươi” hoặc mùi của ozone sau cơn giông bão. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng giông bão thực sự cũng có thể kéo khí ozone từ tầng bình lưu. Tất cả những phương pháp này để nâng cao tầng ozone trên mặt đất là tự nhiên và tốt cho sức khỏe.

Sản xuất Ozone từ phóng điện - Công nghệ Corona

Phương pháp phổ biến nhất để sản xuất ozone thương mại và công nghiệp là phóng điện hoặc phóng điện corona. Sự phóng điện Corona chỉ đơn giản là một tia lửa khuếch tán qua một chất điện môi để lan truyền sự phóng điện đó ra một khu vực rộng lớn để đạt hiệu quả tối đa.

 Có nhiều loại và kiểu dáng của máy tạo ozone công nghệ corona. Chúng có nhiều tên, nhưng về cơ bản là giống nhau, sử dụng các thành phần sau:

•      - Corona tế bào sử dụng một chất điện môi

  •      - Vật liệu điện môi có thể là thủy tinh, gốm, thạch anh

  •      -Điện môi có thể là hình nón, hoặc tấm phẳng

•      -Máy biến áp cao áp để tăng hiệu điện thế phóng điện

•      -Cung cấp điện để điều chỉnh công suất cho máy biến áp

  •      Máy -60Hz sẽ chỉ điều chỉnh điện áp vào biến áp

  •      -Máy cao tần (lớn hơn 60 Hz) sẽ điều chỉnh tần số và/hoặc điện áp cho máy biến áp

Ưu điểm của Máy tạo Ozone Công nghệ Corona

•       Có thể mở rộng và có thể tạo ra một lượng ozone rất lớn

•       Tạo ozone ở nồng độ ozone trung bình đến cao (lên đến 30% trọng lượng)

•       Chi phí hiệu quả cho hoạt động lâu dài

•       Mức độ bảo trì thấp

Nhược điểm của Máy tạo Ozone công nghệ Corona

•       Chi phí đầu tư vốn ban đầu cao

•       Tạo ra nhiệt dư thừa phải được loại bỏ để hoạt động hiệu quả

•       Yêu cầu không khí cấp khí/oxy rất sạch, khô để hoạt động đáng tin cậy

Sản xuất Ozone điện phân

Ozone có thể được tạo ra trực tiếp trong nước bằng máy tạo ozone điện phân. Điều này có những lợi thế rất lớn vì không cần thiết bị tiếp xúc thường được yêu cầu để hòa tan khí ozone vào nước.

Máy tạo ozone điện phân sử dụng sự phóng điện trong nước để phân tách phân tử nước (H2O) thành H2 + O2. O2 này cũng có thể được tách thành O và kết hợp để tạo ra O3. Điều này sẽ yêu cầu một phương pháp tách oxy khỏi hydro và tích điện oxy này vào ozone. Nhiều công việc đã được thực hiện với các chất xúc tác, cực dương và cực âm để cải thiện hiệu quả. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn không đáng tin cậy trong bất kỳ loại nước nào ngoài nước siêu tinh khiết và không hiệu quả về năng lượng. 

Ưu điểm của máy tạo Ozone điện phân

•       Ozone được sản xuất trực tiếp trong nước, không cần thiết bị tiếp xúc với ozone hoặc thiết bị thoát khí

•       Thiết kế và kích thước nhỏ gọn

Nhược điểm của máy tạo Ozone điện phân

•       Tiêu thụ năng lượng cao

•       Tuổi thọ ngắn của cực dương và cực âm được sử dụng để phóng điện