Sản xuất ozone- Một ứng dụng phổ biến của UV

Ánh sáng tia cực tím cũng có thể được sử dụng để sản xuất ozone thương mại cho nhiều ứng dụng. Mặc dù Máy tạo Ozone UV chỉ chiếm một phần nhỏ trong thị trường Máy tạo Ozone, nhưng rất có giá trị để hiểu cách chúng hoạt động và chúng có thể phù hợp với những ứng dụng nào.

Nguyên tắc cơ bản của sản xuất Ozone từ ánh sáng tia cực tím

Tia cực tím hay tia UV là ánh sáng có tần số cao hơn ánh sáng khả kiến. Vì màu tím là màu có tần số cao nhất của ánh sáng khả kiến; tia cực tím là thuật ngữ chúng ta áp dụng cho ánh sáng có tần số cao hơn ánh sáng khả kiến.

Ánh sáng khả kiến ​​thường được đo bằng bước sóng với đơn vị nanomet (nm). Khi bước sóng (nm) tăng tần số ánh sáng giảm. Ánh sáng khả kiến ​​thường được định nghĩa là có bước sóng nằm trong khoảng 400 – 700 nm. Tia cực tím thường được định nghĩa là phạm vi từ 100 – 380 nm.

Tia UV có bước sóng từ 160 – 240 nm sẽ tạo ra ozone từ oxy. Ozone được tạo ra bởi quá trình quang phân của phân tử oxy (O2). Điều này sẽ phá vỡ phân tử và tạo ra các nguyên tử oxy hóa trị (O) sau đó sẽ gắn vào bất kỳ phân tử oxy riêng lẻ (O2) nào để tạo ra ozone (O3).

Điều quan trọng cần lưu ý là mọi đèn UV thương mại sẽ tạo ra một loạt tia UV chứ không chỉ một bước sóng duy nhất. Đèn UV bước sóng 185 nm được “điều chỉnh” để tạo ra tia UV ở bước sóng 185 nm, nhưng có thể tạo ra ánh sáng UV từ 100 – 240 nm hoặc thậm chí cao hơn.

Sản xuất Ozone tự nhiên từ tia UV

Ozone được tạo ra một cách tự nhiên bởi tia UV được tạo ra từ ánh sáng mặt trời. Đây là một phần tự nhiên và quan trọng trong lời nói của chúng ta. Hầu hết tất cả các tia UV được tạo ra từ mặt trời trong phạm vi từ 100 – 315 nm đều được lọc bởi tầng ozone trong khí quyển.

     – Ánh sáng UV có bước sóng ngắn hơn 240nm sẽ tạo ra ozone thông qua quá trình quang phân của phân tử oxy.

     – Tia UV có bước sóng từ 240-280 nm sẽ phá hủy tầng ozon thông qua quá trình quang phân của phân tử ozon.

     – Các bước sóng ánh sáng UV trong khoảng 280-315 nm hầu hết được hấp thụ bởi chính tầng ôzôn.

     – Các bước sóng ánh sáng UV trong khoảng 310-380 nm thường không bị ảnh hưởng bởi chu trình ôxy hoặc ôzôn và hầu hết chúng đều đến được bề mặt trái đất.

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 ôzôn và phân hủy ôzôn trở lại thành ôxy nguyên tử (O) và ôxy diatomic (O2) ở bước sóng từ khoảng 200 nm đến 315 nm. Do đó, tầng ôzôn 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 và tổn thương DNA trong các mô sống.

Tầng ôzôn là một phần quan trọng trong tầng bình lưu của thế giới chúng ta. Mức ôzôn trong tầng bình lưu nằm trong khoảng từ 2 đến 8 ppm trong tầng ôzôn, do đó phần lớn ôxy trong khí quyển vẫn ở dạng hai nguyên tử (O2).

Sản xuất Ozone thương mại từ đèn UV

Ozone (O3) được tạo ra từ Oxy (O2) trong tự nhiên và cả trong máy tạo Ozone cho các ứng dụng thương mại hoặc công nghiệp. Tuy nhiên, Ozone (O3) nhanh chóng trở lại thành Oxy phân tử (O2). Ozone không thể được lưu trữ do thời gian bán hủy ngắn và phải được sản xuất tại chỗ và theo yêu cầu. Do đó, Máy tạo Ozone là thành phần quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống Ozone nào.

Ozone có thể được sản xuất thương mại từ máy tạo Ozone sử dụng đèn UV. Ozone được tạo ra từ bước sóng ánh sáng tia cực tím trong khoảng từ 100 đến 240 nm. Có thể sử dụng đèn UV sóng ngắn, áp suất thấp cho mục đích này. Những đèn này sẽ tạo ra tia UV với hai cực đại trong dải ánh sáng UV, một ở bước sóng 254 nm và một ở bước sóng 185 nm. Ánh sáng 185 nm được gọi là đèn “tạo ôzôn”, trong khi ánh sáng 254 nm được gọi là đèn “diệt khuẩn”.

Lưu ý: Đèn UV 254 nm cũng được sử dụng để phân hủy ozone trong không khí hoặc nước vì đèn UV trên 240 nm sẽ quang phân ozone trở lại oxy.

Trong máy tạo Ozone, đèn UV 185 nm có thể được sử dụng để tạo ra ozone từ không khí hoặc khí oxy. Đèn UV thường được đặt trong buồng nơi khí có thể đi qua đèn trực tiếp hoặc gián tiếp với ống thạch anh bảo vệ đèn. Không khí hoặc oxy này đi qua đèn UV sẽ bị quang phân tử oxy để tạo ozone.

Máy tạo Ozone bằng đèn UV khá đơn giản. Các thành phần duy nhất cần thiết để sản xuất ozone là:

     – Đèn UV 185nm

     – Chấn lưu hoặc biến thế nguồn đèn

     – Quạt hoặc máy bơm không khí để di chuyển không khí qua máy phát điện

Do hiệu suất điện tương đối thấp của đèn và hiệu suất quang phân của oxy thành ozone nên không có sự cải thiện đáng kể về hiệu quả sản xuất ozone khi oxy được sử dụng so với không khí. Do đó, không khí hầu như luôn được sử dụng khi ozon được tạo ra từ tia UV.

Mặc dù chất lượng không khí không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tạo ra ôzôn trong Máy tạo Ozone bằng tia cực tím như trong Máy tạo ôzôn phóng điện hào quang , nhưng sẽ luôn có mối quan hệ giữa chất lượng không khí và quá trình tạo ra ôzôn. Không khí khô, sạch sẽ tạo ra ozone hiệu quả nhất. Bất kỳ ô nhiễm nào trong không khí hoặc độ ẩm sẽ hấp thụ tia UV nên được dành riêng cho quá trình sản xuất ozone. Do đó, không khí sạch và khô được ưa chuộng hơn để sản xuất ozone.

Đèn UV sẽ luôn tạo ra một loạt các bước sóng ánh sáng UV. Trong khi đèn 185 nm được thiết kế để tạo ra hầu hết các bước sóng UV dưới 240 nm, thì vẫn có một số sản xuất ánh sáng UV trong khoảng 240 – 280 nm. Do đó, không thể tạo ra nồng độ ozone cao từ đèn UV áp suất thấp truyền thống. Thông thường, nồng độ ozone tối đa khi sử dụng đèn UV áp suất thấp thường là 0,5% với không khí so với 1% khi sử dụng oxy. Các nồng độ này không đủ cho hầu hết các ứng dụng xử lý nước vì khả năng hòa tan của ozone vào nước rất kém ở nồng độ ozone thấp.

Đèn cực tím chân không (VUV) có thể được sử dụng để tạo ra bước sóng UV trong dải 100-200 nm. Những đèn này đôi khi được gọi là đèn UV “có thể điều chỉnh” vì chúng có thể được điều chỉnh để tạo ra ánh sáng UV ở các bước sóng rất cụ thể. Sử dụng đèn VUV có thể loại bỏ quang phổ rộng của việc tạo ra ánh sáng tia cực tím và vấn đề tạo ra và phá hủy ôzôn từ cùng một đèn UV. Đã có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng đèn VUV để sản xuất ozone, cùng với một số ứng dụng thực tế (rất hạn chế) trong các ứng dụng thương mại. Hy vọng rằng nồng độ ozone cao có thể được tạo ra một cách hiệu quả từ oxy chỉ với đèn UV là đầy hứa hẹn.

Ưu điểm của máy tạo Ozone UV

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

     – Chi phí thấp – do xây dựng đơn giản

     – Giảm sản xuất oxit nitric

Nhược điểm của máy tạo Ozone UV

     – Sản lượng ozone thấp – g / giờ

     – Nồng độ ozone thấp – dưới 1% trọng lượng

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