Máy ozone tạo ra ozone như thế nào?

Ozone (O3) được tạo ra khi oxy diatomic (O2) tiếp xúc với điện trường hoặc tia cực tím (UV). Việc tiếp xúc với những mức năng lượng cao này khiến một phần phân tử oxy diatomic phân tách thành các nguyên tử oxy riêng lẻ. Các nguyên tử oxy tự do này kết hợp với các phân tử oxy diatomic để tạo thành ozone.

Ôzôn là một phân tử không ổn định do các liên kết yếu giữ nguyên tử ôxy thứ ba, làm cho ôzôn trở thành chất khử trùng và ôxy hóa mạnh tự nhiên. Ozone cung cấp năng lượng oxy hóa trực tiếp hoặc thông qua việc tạo ra các gốc tự do hydroxyl trong quá trình phân hủy ozone hòa tan thành nước.

Phản ứng này tạo ra ba quá trình đồng thời: oxy hóa, khử trùng và phân hủy. Trong quá trình ôxy hóa, ôzôn – trực tiếp và thông qua các gốc tự do hydroxyl phản ứng mạnh – có thể phá vỡ các liên kết hóa học của các hợp chất hữu cơ. Ví dụ, các thành phần của thành tế bào vi sinh vật có thể bị ôxy hóa và phá vỡ bởi ôzôn. Quá trình này tạo điều kiện cho quá trình khử trùng bằng cách phá vỡ và tách thành tế bào, khiến các chất bên trong tế bào tiếp tục bị oxy hóa và bất hoạt.

Tất cả các vi khuẩn, vi rút, nấm mốc, u nang và ký sinh trùng thông thường đều có thể bị ozone tiêu diệt theo cách này. Cuối cùng, ozone phân hủy thành oxy diatomic, không để lại mùi vị hoặc mùi không mong muốn.

Có hai công nghệ chính được sử dụng để tạo ra ozone : phóng điện UV và corona cho các ứng dụng thương mại và công nghiệp.

• Phóng điện UV

Máy tạo ozone UV sử dụng ánh sáng UV ở bước sóng 185 nanomet chiếu vào khí cấp (không khí hoặc oxy đậm đặc) chảy qua một buồng ống thích hợp. Về cơ bản, máy phát tia cực tím bắt chước quá trình tự nhiên chịu trách nhiệm tạo ra tầng ôzôn trong bầu khí quyển bên ngoài trái đất. Trong tầng bình lưu, bức xạ tia cực tím năng lượng cao từ mặt trời phân tách oxy diatomic dẫn đến hình thành ozone. Máy tạo ozone dựa trên bức xạ UV thường tạo ra một lượng tương đối nhỏ ozone ở nồng độ rất thấp.

• Phóng điện corona

Đối với hầu hết các quy trình thương mại-công nghiệp, ozone được tạo ra bởi phản ứng phóng điện hào quang. Phóng điện hào quang là sự phóng điện phát sáng liên tục và khuếch tán xảy ra khi tạo ra điện trường cao áp giữa các bề mặt dẫn điện và điện môi.

Chất điện môi là chất dẫn điện kém (tức là chất cách điện) nhưng là chất hỗ trợ đắc lực cho điện trường. Trong tế bào phản ứng ozon phóng điện hào quang, chất điện môi tạo điều kiện hình thành một vầng hào quang rộng và liên tục trên bề mặt của nó để tối đa hóa diện tích hiệu dụng của hào quang trong tế bào lò phản ứng. Như trong hình bên dưới, vật liệu điện môi được liên kết với một trong các bề mặt điện cực dẫn điện.

Khoảng trống giữa bề mặt điện môi và bề mặt điện cực dẫn điện khác tạo thành một khe hở không khí gọi là khe hở điện môi. Chính trong khoảng trống này mà sự phóng điện hào quang hình thành khi có đủ điện áp được đặt trên hai điện cực. Sự phóng điện của Corona có thể tạo ra nồng độ ôzôn từ trung bình đến cao (thường từ 1 đến 3% trọng lượng từ không khí sạch, khô và lên đến 15% trọng lượng từ ôxy đậm đặc) trên nhiều phạm vi đầu ra.

Các đặc tính của vật liệu điện môi và kích thước của khe hở điện môi quyết định phần lớn hoạt động của tế bào lò phản ứng. Khe hở điện môi hiệu dụng càng lớn, thì công suất phải sử dụng để hình thành và duy trì hào quang càng lớn.

Nguồn được cấp cho một tế bào của lò phản ứng nhất định ở một tần số cụ thể. Tần số này thường được tối ưu hóa dựa trên các đặc tính của tế bào lò phản ứng và được thiết lập bởi nhà sản xuất máy tạo ozone. Máy tạo ozone thường chia thành ba loại tần số: tần số thấp (50 đến 60 Hz), tần số trung bình (500 đến 1.000 Hz) và tần số cao (5.000 đến 20.000+ Hz).

Nồng độ ôzôn và tổng sản lượng ôzôn từ tế bào hoặc máy tạo ôzôn là hàm của ba thông số người dùng có thể kiểm soát: công suất cấp cho ô của lò phản ứng, nồng độ ôxy và tốc độ dòng chảy của khí cấp qua ô của lò phản ứng. Nồng độ và sản lượng ozone (gam mỗi giờ hoặc pound mỗi ngày) có thể được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh các thông số này.

Nồng độ ôzôn và sản lượng của lò phản ứng tăng lên khi có nhiều năng lượng hơn được cấp vào ô của lò phản ứng. Cũng như tần số của nguồn điện, phạm vi công suất có thể được áp dụng cho tế bào của lò phản ứng ozone và thời lượng của mỗi xung thường được tối ưu hóa và do nhà sản xuất máy phát thiết lập.

Lò phản ứng ozon phóng điện Corona tiêu tán khoảng 85% năng lượng cung cấp cho tế bào dưới dạng nhiệt. Thật không may, ozon trở nên kém ổn định hơn ở nhiệt độ cao hơn. Khi sử dụng nhiều điện hơn, tế bào của lò phản ứng có thể tăng nhiệt độ, điều này có thể hạn chế sản sinh ozone. Tất cả các lò phản ứng phóng điện hào quang thương mại đều kết hợp một số hình thức làm mát để chống lại hiện tượng này.

Nồng độ ôxy và tốc độ dòng chảy của khí cấp cũng ảnh hưởng đến sản lượng ôzôn của lò phản ứng. Nói chung, nồng độ ôzôn có thể được tăng lên bằng cách tăng nồng độ ôxy của khí cấp. Như với bất kỳ phản ứng hóa học nào, việc tăng nồng độ của chất phản ứng sẽ làm tăng nồng độ của sản phẩm của phản ứng. Giảm tốc độ dòng khí cấp qua máy phát điện cũng làm tăng nồng độ ôzôn bằng cách tăng thời gian ôxy trong lò phản ứng.