WO2020185112A1 - Disinfection device - Google Patents
Disinfection device Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020185112A1 WO2020185112A1 PCT/RU2019/000260 RU2019000260W WO2020185112A1 WO 2020185112 A1 WO2020185112 A1 WO 2020185112A1 RU 2019000260 W RU2019000260 W RU 2019000260W WO 2020185112 A1 WO2020185112 A1 WO 2020185112A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- dielectric
- voltage
- voltage source
- conducting
- alternating voltage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
Definitions
- the invention relates to medicine, namely to disinfection and sanitation, and is intended for disinfection and sterilization of hands or surfaces.
- the presented invention proposes a new approach to the treatment of an aqueous solution with a low-temperature plasma, significantly accelerating the reactions for the formation of long-lived nitrogen compounds.
- the objective of the invention is to expand the arsenal of technical means.
- the technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the process of producing a disinfectant.
- the device for disinfection includes a tank with a working solution, a pump connected to it has an ejector connected to the discharge chamber, while the working solution is water or a solution of hydrogen peroxide up to 1% or an aqueous solution of silver with a concentration of up to 1000 ppm, and the discharge chamber is a barrier dielectric discharge with coaxial conducting cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage and separated by a dielectric barrier, or with parallel dielectric tubes, inside which there are conductive rods connected to a high-voltage AC voltage source, or with parallel conductive plates connected to a high-voltage AC voltage source, separated by a dielectric layer, or with a dielectric tube outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conducting spiral, connected to a high-voltage alternating voltage source, or with two electrodes connected to a high-voltage alternating source, placed inside the dielectric shell.
- FIG. 1 is a diagram of a disinfection device.
- FIG. 2 is a diagram of a variant of a discharge chamber with coaxial
- conductive cylinders connected to a high-voltage alternating voltage source and separated by a dielectric barrier.
- FIG. 3 is a diagram of a variant of a discharge chamber with parallel dielectric tubes inside which there are conducting rods,
- FIG. 4 diagram of a variant of the discharge chamber with parallel
- conductive plates connected to a high-voltage source of alternating voltage, separated by a dielectric layer.
- FIG. 5 is a diagram of a variant of the discharge chamber with a dielectric tube, outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conducting spiral, connected to a high-voltage source of alternating
- FIG. 6 is a diagram of a variant of a discharge chamber with two electrodes connected to a high-voltage variable source, placed inside a dielectric shell.
- the disinfection device contains:
- the device (Fig. 1) consists of a tank 1 with a working solution, a pump 2, an ejector 3 and a first discharge chamber 4, an ultrasonic evaporator or nozzle with a pump 5, a second discharge chamber 6.
- Water, a weak solution of hydrogen peroxide ( ⁇ 0.3- 0.5%) or silver solution (-1000 ppm) from tank 1 is supplied by pump 2 to the circulation circuit.
- An ejector 3 is connected to the circuit, connected to the discharge chamber 4. The ejector creates a pressure difference, thereby ensuring the suction of moist air into the discharge chamber. Moist air passes through the discharge chamber 4 and mixes with the circulating water.
- the discharge chamber 4 is a classic barrier dielectric discharge.
- a dielectric layer (Fig. 4).
- Water is activated in the device within a few minutes and can later be used as a disinfectant.
- One of the ways to significantly increase the disinfecting properties of the resulting solution is to re-treat it with a plasma discharge directly at the outlet of the device in the second discharge chamber 6.
- Activated water is evaporated using an ultrasonic humidifier or fed into a spray nozzle 5.
- the resulting cold fog or finely dispersed water drops fall into discharge chamber 6 similar to FIG. 2-4, located directly at the outlet of the reactor and re-processed with cold plasma.
- a pulse voltage applied to electrodes separated by a dielectric barrier forms an electron avalanche with the formation of a large number of discharge channels (streamers). Free ones accumulate on the surface of the dielectric and induce a field directed against the field from the electrodes and, after a while, stop the avalanche. Then, after changing the polarity of the voltage on the electrodes, the accumulated charge again induces an avalanche and the process of avalanche formation is repeated.
- the barrier dielectric discharge is a plurality of micro streamers filling the entire discharge gap.
- Free electrons of avalanches have an energy of about 1-8 eV and in the air initiate a chain of chemical reactions as a result of which reactive forms of nitrogen and oxygen are formed
- Nitric oxides play a special role in the interaction of plasma with biological objects, the accumulation of which protects eukaryotic cells from reactive oxygen species and enhances their effect on prokaryotes [Wink, D.A. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicity from reactive oxygen species / D.A. Wink, I. Hanbauer, M. C. Krishna et al. // Proc Natl Acad Sci U S. A. 1993. Vol. 90. P. 9813-9817.].
- ONOO- / ONOOH are powerful oxidants and a powerful biological agent that can penetrate and destroy microorganisms.
- the lifetime of peracetic acid is many times higher than free radicals OH ⁇ 10 7 -10 9 s and thus the ONOO / ONOOH complex, therefore, in the presented invention, it is the nitrogen compounds ONOO- / ONOOH, NO, NO 2 that play a key role in the sterilization effect.
- barrier discharge to activate vapors is the safest, since it works without open electrodes, the highest density of free electrons.
- a large amount of barrier discharge ozone when interacting with water and accelerates the formation of active nitrogen and oxygen particles.
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
Abstract
The invention relates to the field of medicine, and more particularly to disinfection and sanitation, and is designed for decontaminating and sterilizing hands or surfaces. The present disinfection device includes a reservoir containing a working solution, and a pump with an ejector connected thereto, said ejector being connected to a discharge chamber, wherein the working solution is water, or a solution of up to 1% hydrogen peroxide, or an aqueous solution of silver with a concentration of up to 1000 ppm, and the discharge chamber is a dielectric barrier discharge arrangement having coaxial conducting cylinders that are connected to a high-voltage source of alternating voltage and are separated by a barrier made of a dielectric material, or having parallel tubes made of a dielectric material and containing conducting rods that are connected to a high-voltage source of alternating voltage, or having parallel conducting plates that are connected to a high-voltage source of alternating voltage and are separated by a layer of a dielectric material, or having a tube made of a dielectric material, on the outside of which is a conducting cylinder and on the inside of which is a conducting spiral, the cylinder and spiral being connected to a high-voltage source of alternating voltage, or having two electrodes that are connected to a high-voltage source of alternating voltage and are disposed inside a dielectric shell. The result is an increase in the variety of technical means available and an increase in the efficiency of the process of producing a disinfecting agent.
Description
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЗИНФЕКЦИИ DISINFECTION DEVICE
Изобретение относится к области медицины, а именно к дезинфектологии и санитарии, и предназначено для обеззараживания и стерилизации рук или поверхностей. The invention relates to medicine, namely to disinfection and sanitation, and is intended for disinfection and sterilization of hands or surfaces.
Известно, что вода при обработке низкотемпературной плазмой приобретает дезинфицирующие свойства [Rohit Thirumdasa, Anjinelyulu Kothakotab, Uday Annapurec, Plasma activated water (PAW): Chemistry, physico-chemical properties, applications in food and agriculture | DOT. 10.1016/j.tifs.2018.05.007]. Серьезным недостатком существующих методов и устройств обработки водных растворов низкотемпературной плазмой является длительное время экспозиции, доходящее до нескольких часов на мл. Дезинфицирующие свойства воды обработанной плазмой, по-видимому, связаны с образованием в разряде ОН радикалов, которые в свою очередь вступают в реакцию с азотом воздуха и образуют долгоживущие радикалы. Длительное время экспозиции связано с небольшим сечением реакции по диссоциации молекулы воды свободными электронами и высочайшей химической реактивностью ОН радикалов. It is known that water, when treated with low-temperature plasma, acquires disinfecting properties [Rohit Thirumdasa, Anjinelyulu Kothakotab, Uday Annapurec, Plasma activated water (PAW): Chemistry, physico-chemical properties, applications in food and agriculture | DOT. 10.1016 / j.tifs.2018.05.007]. A serious drawback of existing methods and devices for processing aqueous solutions with low-temperature plasma is the long exposure time, reaching several hours per ml. The disinfecting properties of water treated with plasma are apparently associated with the formation of radicals in the OH discharge, which in turn react with nitrogen in the air and form long-lived radicals. Long exposure time is associated with a small reaction cross section for the dissociation of a water molecule by free electrons and the highest chemical reactivity of OH radicals.
Также известен способ и устройство существенного повышения дезинфицирующих свойств перекиси водорода в плазменном разряде (US5785934A, 28.07.1998). Энергия, необходимая электрону диссоциации молекулы перекиси водорода существенно ниже воды - 0,6 эВ против 8,8 эВ. Однако для достижения требуемого эффекта требуются высокие концентрации перекиси водорода около 8%, что значительно ограничивает применение данного метода. Also known is a method and device for a significant increase in the disinfecting properties of hydrogen peroxide in a plasma discharge (US5785934A, 28.07.1998). The energy required for the dissociation electron of the hydrogen peroxide molecule is significantly lower than water - 0.6 eV versus 8.8 eV. However, to achieve the desired effect, high concentrations of hydrogen peroxide of about 8% are required, which significantly limits the application of this method.
В патенте US7008592B2, 07.03.2006 (прибор SteraMist www.tomimist.com) описывается система активации жидкости, где исходными веществами являются перекись водорода, перуксусная кислота, перкарбонат натрия и глутаровый альдегид. В обоих патентах делается акцент стерилизацию при помощи ОН радикалов. In the patent US7008592B2, 07.03.2006 (device SteraMist www.tomimist.com) describes the system of activation of the liquid, where the starting materials are hydrogen peroxide, peracetic acid, sodium percarbonate and glutaraldehyde. Both patents emphasize sterilization with OH radicals.
Представленное изобретение предлагает новых подход по обработке водного раствора низкотемпературной плазмой, существенно ускоряя реакции по образованию долгоживущих азотных соединений. The presented invention proposes a new approach to the treatment of an aqueous solution with a low-temperature plasma, significantly accelerating the reactions for the formation of long-lived nitrogen compounds.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств. The objective of the invention is to expand the arsenal of technical means.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности процесса выработки дезинфицирующего агента. The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the process of producing a disinfectant.
Технический результат достигается за счёт того, что устройство для дезинфекции включает бак с рабочим раствором, насос с подключенным к
нему эжектором, соединенным с разрядной камерой, при этом рабочим раствором является вода или раствор перекиси водорода до 1% или водный раствор серебра с концентрацией до 1000 ppm, а разрядная камера представляет собой барьерный диэлектрический разряд с коаксиальными проводящими цилиндрами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделенными барьером из диэлектрика, либо с параллельными трубками из диэлектрика, внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с параллельными проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенными слоем диэлектрика, либо с трубкой из диэлектрика снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с двумя электродами подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенные внутрь диэлектрической оболочки. The technical result is achieved due to the fact that the device for disinfection includes a tank with a working solution, a pump connected to it has an ejector connected to the discharge chamber, while the working solution is water or a solution of hydrogen peroxide up to 1% or an aqueous solution of silver with a concentration of up to 1000 ppm, and the discharge chamber is a barrier dielectric discharge with coaxial conducting cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage and separated by a dielectric barrier, or with parallel dielectric tubes, inside which there are conductive rods connected to a high-voltage AC voltage source, or with parallel conductive plates connected to a high-voltage AC voltage source, separated by a dielectric layer, or with a dielectric tube outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conducting spiral, connected to a high-voltage alternating voltage source, or with two electrodes connected to a high-voltage alternating source, placed inside the dielectric shell.
Заявленное изобретение поясняется чертежами. The claimed invention is illustrated by drawings.
Фиг. 1 - схема устройства для дезинфекции. FIG. 1 is a diagram of a disinfection device.
Фиг. 2 - схема варианта разрядной камеры с коаксиальными FIG. 2 is a diagram of a variant of a discharge chamber with coaxial
проводящими цилиндрами, подключёнными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделённые барьером из диэлектрика. conductive cylinders connected to a high-voltage alternating voltage source and separated by a dielectric barrier.
Фиг. 3 - схема варианта разрядной камеры с параллельными трубками из диэлектрика внутри которых находятся проводящие стержни, FIG. 3 is a diagram of a variant of a discharge chamber with parallel dielectric tubes inside which there are conducting rods,
подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения. connected to a high-voltage source of alternating voltage.
Фиг. 4 - схема варианта разрядной камеры с параллельными FIG. 4 - diagram of a variant of the discharge chamber with parallel
проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенные слоем диэлектрика. conductive plates connected to a high-voltage source of alternating voltage, separated by a dielectric layer.
Фиг. 5 - схема варианта разрядной камеры с трубкой из диэлектрика снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного FIG. 5 is a diagram of a variant of the discharge chamber with a dielectric tube, outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conducting spiral, connected to a high-voltage source of alternating
напряжения. voltage.
Фиг. 6 - схема варианта разрядной камеры с двумя электродами, подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенные внутрь диэлектрической оболочки. FIG. 6 is a diagram of a variant of a discharge chamber with two electrodes connected to a high-voltage variable source, placed inside a dielectric shell.
Устройство для дезинфекции содержит: The disinfection device contains:
1 - бак; 1 - tank;
2 - насос;
3 - эжектор; 2 - pump; 3 - ejector;
4 - первая разрядная камера; 4 - the first discharge chamber;
5 - ультразвуковой испаритель или форсунка с насосом; 5 - ultrasonic evaporator or nozzle with a pump;
6 - вторая разрядная камеры; 6 - second discharge chamber;
7 - коаксиальные проводящие цилиндры; 7 - coaxial conducting cylinders;
8 - диэлектрический барьер; 8 - dielectric barrier;
9 - трубки из диэлектрика; 9 - dielectric tubes;
10 - проводящие стержни; 10 - conducting rods;
11 - проводящие пластины; 11 - conducting plates;
12 - слои диэлектрика; 12 - dielectric layers;
13 - трубка из диэлектрика; 13 - dielectric tube;
14 - проводящий цилиндр; 14 - conductive cylinder;
15 - проводящая спираль; 15 - conductive spiral;
16 - электроды; 16 - electrodes;
17 - диэлектрическая оболочка. 17 - dielectric shell.
Устройство (Фиг. 1) состоит из бака 1 с рабочим раствором, насоса 2, эжектора 3 и первой разрядной камеры 4, ультразвукового испарителя или форсунки с насосом 5, второй разрядной камеры 6. Вода, слабый раствор перекиси водорода (~0,3-0,5%) или раствор серебра (-1000 ppm) из бака 1 подается с помощью насоса 2 в циркуляционный контур. К контуру подключен эжектор 3, соединенный с разрядной камерой 4. Эжектор создает разницу давлений, тем самым обеспечивает всос влажного воздуха в разрядную камеру. Влажный воздух проходит через разрядную камеру 4 и смешивается с циркулирующей водой. The device (Fig. 1) consists of a tank 1 with a working solution, a pump 2, an ejector 3 and a first discharge chamber 4, an ultrasonic evaporator or nozzle with a pump 5, a second discharge chamber 6. Water, a weak solution of hydrogen peroxide (~ 0.3- 0.5%) or silver solution (-1000 ppm) from tank 1 is supplied by pump 2 to the circulation circuit. An ejector 3 is connected to the circuit, connected to the discharge chamber 4. The ejector creates a pressure difference, thereby ensuring the suction of moist air into the discharge chamber. Moist air passes through the discharge chamber 4 and mixes with the circulating water.
Разрядная камера 4 представляет собой классический барьерный диэлектрический разряд. The discharge chamber 4 is a classic barrier dielectric discharge.
Возможны четыре варианта дизайна разрядной камеры: There are four design options for the discharge chamber:
- коаксиальный - коаксиальные проводящие цилиндры, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения разделены барьером из диэлектрика (Фиг. 2); - coaxial - coaxial conducting cylinders connected to a high-voltage source of alternating voltage are separated by a dielectric barrier (Fig. 2);
- цилиндрический - параллельные трубки из диэлектрика внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения (Фиг. 3); - cylindrical - parallel tubes made of dielectric inside which there are conducting rods connected to a high-voltage source of alternating voltage (Fig. 3);
- плоскопараллельный - параллельные проводящие пластины, - plane parallel - parallel conductive plates,
подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения разделены слоем диэлектрика (Фиг. 4).
- спиральный - трубка из диэлектрика снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения (Фиг. 5). connected to a high-voltage source of alternating voltage are separated by a dielectric layer (Fig. 4). - spiral - a dielectric tube outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conducting spiral, connected to a high-voltage source of alternating voltage (Fig. 5).
- осевой - два электрода, подключены к высоковольтному переменному источнику, помещены внутрь диэлектрической оболочки (Фиг. 6). - axial - two electrodes, connected to a high-voltage variable source, placed inside the dielectric shell (Fig. 6).
Заявленный технический результат достигается во всех вариантах выполнения разрядной камеры. The claimed technical result is achieved in all versions of the discharge chamber.
Внутри бака 1 влажность воздуха достигает до 90-95%, высокая влажность воздуха в баке является критичным параметром работы прибора. Inside tank 1, the air humidity reaches 90-95%, high air humidity in the tank is a critical parameter for the operation of the device.
Вода в процессе работы прибора многократно проходит через циркуляционный контур насос - эжектор 3, насыщаясь активными частицами влажного воздуха, обработанного плазмой. During the operation of the device, water repeatedly passes through the circulation circuit pump - ejector 3, saturated with active particles of humid air treated with plasma.
Вода активируется в устройстве в течение нескольких минут и в дальнейшем может быть использована в качестве дезинфицирующего средства. Water is activated in the device within a few minutes and can later be used as a disinfectant.
Одним из способов значительного повышения дезинфицирующих свойств полученного раствора, является его повторная обработка плазменным разрядом непосредственно на выходе из прибора во второй разрядной камере 6. Активированная вода испаряется с помощью ультразвукового увлажнителя или подается в распылительную форсунку 5. Полученный холодный туман или мелкодисперсные капли воды попадают в разрядную камеру 6 аналогичную Фиг. 2-4, расположенную непосредственно на выходе из реактора и повторно обрабатываются холодной плазмой. One of the ways to significantly increase the disinfecting properties of the resulting solution is to re-treat it with a plasma discharge directly at the outlet of the device in the second discharge chamber 6. Activated water is evaporated using an ultrasonic humidifier or fed into a spray nozzle 5. The resulting cold fog or finely dispersed water drops fall into discharge chamber 6 similar to FIG. 2-4, located directly at the outlet of the reactor and re-processed with cold plasma.
Детальное объяснение плазмохимических процессов превращения воды в дезинфицирующий агент приведено далее. A detailed explanation of the plasma-chemical processes of the transformation of water into a disinfectant is given below.
Импульсное напряжение, подаваемое на электроды, разделенные диэлектрическим барьером формируют электронную лавину с образованием большого числа разрядных каналов (стримеров). Свободные накапливаются на поверхности диэлектрика и индуцируют поле, направленное против поля от электродов и через некоторое время, останавливают лавину. Затем после смены полярности напряжения на электродах накопленный заряд снова индуцирует лавину и процесс образования лавин повторяется. В результате, барьерный диэлектрический разряд представляет собой множество микростримеров, заполняющих весь разрядный промежуток. A pulse voltage applied to electrodes separated by a dielectric barrier forms an electron avalanche with the formation of a large number of discharge channels (streamers). Free ones accumulate on the surface of the dielectric and induce a field directed against the field from the electrodes and, after a while, stop the avalanche. Then, after changing the polarity of the voltage on the electrodes, the accumulated charge again induces an avalanche and the process of avalanche formation is repeated. As a result, the barrier dielectric discharge is a plurality of micro streamers filling the entire discharge gap.
Свободные электроны лавин имеют энергию около 1-8 эВ и в воздухе инициируют цепь химических реакций в результате которой образуются активные формы азота и кислорода
Free electrons of avalanches have an energy of about 1-8 eV and in the air initiate a chain of chemical reactions as a result of which reactive forms of nitrogen and oxygen are formed
Так же было показано появление в плазменном разряде супероксида 02 , механизм образования которого плазме пока полностью не изучен [Julie Chauvin, Florian Judee, Mohammed Yousfi, Patricia Vicendo & Nofel Merbahi, Analysis of reactive oxygen and nitrogen species generated in three liquid media by low temperature helium plasma jet, Scientific Reports | 7: 4562 | DOI: 10.1038/s41598-017-04650-4]. The appearance of superoxide 0 2 in the plasma discharge was also shown, the mechanism of formation of which in plasma has not yet been fully studied [Julie Chauvin, Florian Judee, Mohammed Yousfi, Patricia Vicendo & Nofel Merbahi, Analysis of reactive oxygen and nitrogen species generated in three liquid media by low temperature helium plasma jet, Scientific Reports | 7: 4562 | DOI: 10.1038 / s41598-017-04650-4].
Хорошо известны бактерицидное действие барьерного диэлектрического разряда, которое по-видимому, связано с индицированием оксидного стресса у бактерий и эукариотических клеток [David В. Graves, Mechanisms of Plasma Therapeutics, GEC-68/ICRP-9/SPP-33]. Особую роль при взаимодействии плазмы с биологическими объектами играют оксиды азота, накопление которых защищает эукариотические клетки от реактивных форм кислорода и усиливает их эффект на прокариоты [Wink, D.A. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicity from reactive oxygen species/ D.A. Wink, I.Hanbauer , M.C.Krishna et al.// Proc Natl Acad Sci U S A. - 1993. - Vol. 90. - P. 9813-9817.]. The bactericidal effect of a barrier dielectric discharge is well known and appears to be associated with the induction of oxidic stress in bacteria and eukaryotic cells [David B. Graves, Mechanisms of Plasma Therapeutics, GEC-68 / ICRP-9 / SPP-33]. Nitric oxides play a special role in the interaction of plasma with biological objects, the accumulation of which protects eukaryotic cells from reactive oxygen species and enhances their effect on prokaryotes [Wink, D.A. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicity from reactive oxygen species / D.A. Wink, I. Hanbauer, M. C. Krishna et al. // Proc Natl Acad Sci U S. A. 1993. Vol. 90. P. 9813-9817.].
В присутствии паров воды в плазменном разряде происходит синтез небольшого количества азотной кислоты In the presence of water vapor in the plasma discharge, a small amount of nitric acid is synthesized
Вышеперечисленные реакции возможны только в присутствии воздуха, поэтому в плазменных реакторах прямого действия синтез идет только в небольшом объеме непосредственно у поверхности воды. The above reactions are possible only in the presence of air, therefore, in direct-action plasma reactors, synthesis occurs only in a small volume directly at the water surface.
Известно также, что при взаимодействии холодной плазмы с водой идет активное образование перекиси водорода [Iulia-Elena Vlad Time stability of water activated by different on-liquid atmospheric pressure plasmas / Iulia-Elena Vlad, Sorin Dan Anghel // Journal of Electrostatics 87 (2017) 284-292 | https://doi.org/ 10.1016/j .elstat.2017.06.002] .
Наиболее химически реактивными частицами, возникающими в газовом разряде в парах воды, являются ОН радикалы. It is also known that when cold plasma interacts with water, hydrogen peroxide is actively formed [Iulia-Elena Vlad Time stability of water activated by different on-liquid atmospheric pressure plasmas / Iulia-Elena Vlad, Sorin Dan Anghel // Journal of Electrostatics 87 (2017 ) 284-292 | https://doi.org/ 10.1016 / j .elstat.2017.06.002]. OH radicals are the most chemically reactive particles that arise in a gas discharge in water vapor.
ОН радикалы ускоряют образование оксида азота
OH radicals accelerate the formation of nitric oxide
А также участвуют в формировании аниона N02- Н02- + N02· N02 + H02· They also participate in the formation of the anion N0 2 - Н0 2 - + N0 2 N0 2 + H0 2
Таким образом, холодная плазма в воздушной среде с присутствием паров воздуха и воды делает возможным одновременно появление молекул. Thus, cold plasma in air with the presence of air and water vapors makes possible the simultaneous appearance of molecules.
NO2, NO2-, HNO2, H+, H2O, H2O2, OH, NO, O2-NO 2 , NO 2 -, HNO 2 , H +, H 2 O, H 2 O 2 , OH, NO, O 2 -
Данные молекулы являются ключевыми элементами, необходимыми для синтеза комплекса перексинитрита ONOO- и переуксусной кислоты ONOOH. These molecules are the key elements required for the synthesis of the complex of peroxynitrite ONOO- and peracetic acid ONOOH.
ONOO- /ONOOH являются сильнейшими окислителями и мощным биологическим агентом, способным проникать внутрь и уничтожать микроорганизмы. [Marla SSI, Lee J, Groves JT, Peroxynitrite rapidly permeates phospholipid membrane, Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 Dec 23;94(26): 14243-8]. Время жизни переуксусной кислоты составляет многократно выше свободных радикалов ОН ~10 7-10 9 с и таким образом комплекс ONOO /ONOOH, поэтому в представленном изобретении именно азотные соединения ONOO- /ONOOH, NO, N02 играют ключевую роль в эффекте стерилизации. ONOO- / ONOOH are powerful oxidants and a powerful biological agent that can penetrate and destroy microorganisms. [Marla SSI, Lee J, Groves JT, Peroxynitrite rapidly permeates phospholipid membrane, Proc Natl Acad Sci US A. 1997 Dec 23; 94 (26): 14243-8]. The lifetime of peracetic acid is many times higher than free radicals OH ~ 10 7 -10 9 s and thus the ONOO / ONOOH complex, therefore, in the presented invention, it is the nitrogen compounds ONOO- / ONOOH, NO, NO 2 that play a key role in the sterilization effect.
Таким образом, возникновение долгоживущих азотистых окислителей, необходимых для дезинфицирующего эффекта, происходит благодаря появлению в холодной плазме ОН радикалов. Возникновение большого числа ОН радикалов - ключевой фактор в эффективности представленного изобретения, поэтому рассмотрим его детально. Тем не менее сами ОН радикалы не играют существенной роли в стерилизации из-за короткого времени жизни. Thus, the emergence of long-lived nitrogenous oxidants necessary for the disinfecting effect occurs due to the appearance of OH radicals in the cold plasma. The emergence of a large number of OH radicals is a key factor in the effectiveness of the presented invention, therefore, we will consider it in detail. Nevertheless, OH radicals themselves do not play a significant role in sterilization due to their short lifetime.
Описаны два пути возникновения ОН радикалов Two ways of occurrence of OH radicals are described
Реакция диссоциативного прилипания: Dissociative adhesion reaction:
е + Н20— > Н + ОН
Реакция воды с атомом кислорода 0:
e + H 2 0 -> H + OH Reaction of water with oxygen atom 0:
Вышеперечисленные реакции требуют, однако высоких энергий свободных электронов и имеют низкое сечение. В связи этим необходимо обеспечивать с одной стороны длительное время контакта паров воды с плазменным разрядом в воздушной среде, с другой стороны необходимо поддерживать высокое напряженность электрического поля для ускорения свободных электронов плазмы до нужных энергий. Трудность, однако, состоит в том, что присутствие воды значительно снижает энергию свободных электронов за счет неупругих столкновений. The above reactions require, however, high energies of free electrons and have a low cross section. In this regard, it is necessary to ensure, on the one hand, a long contact time of water vapor with a plasma discharge in air, on the other hand, it is necessary to maintain a high electric field strength to accelerate free plasma electrons to the required energies. The difficulty, however, is that the presence of water significantly reduces the energy of free electrons due to inelastic collisions.
В представленном изобретении проблема решается следующими образом In the presented invention, the problem is solved as follows
1. В разрядную камеру подается не сама вода, а влажный воздух. Таким образом обеспечивается относительно низкое содержание паров воды, что препятствует потерям энергии электронов. 1. Not water itself is fed into the discharge chamber, but moist air. This ensures a relatively low water vapor content, which prevents the loss of electron energy.
2. Использование барьерного разряда, при котором достигаются высокая напряженность электромагнитного поля и как следствие высокая энергия свободных электронов. 2. The use of a barrier discharge, in which a high intensity of the electromagnetic field and, as a consequence, a high energy of free electrons are achieved.
3. Высокое содержание молекул озона в барьерном разряде для фотолиза с образованием возбужденного монокислорода 0(1D). 3. High content of ozone molecules in the barrier discharge for photolysis with the formation of excited mono-oxygen 0 ( 1 D).
4. Многократная, до 30-60 раз в минуту, активация воды обработанным плазмой влажным воздухом в циркуляционном контуре. 4. Multiple, up to 30-60 times per minute, activation of water with plasma-treated humid air in the circulation circuit.
5. Дополнительная обработка воды в виде тумана или мелкодисперсных капель плазмой непосредственно на выходе из бака перед обработкой 5. Additional treatment of water in the form of fog or fine droplets with plasma directly at the outlet of the tank before treatment
Как уже было сказано при обработке воды холодной плазмой происходит синтез перекиси водорода, которой требуются значительно меньшие энергии электронов для диссоциации. Поэтому при обработке полученного раствора непосредственно на выходе из реактора происходит значительное усиление дезинфицирующих свойств раствора за счет разложения перекиси на ОН радикалы. As already mentioned, when water is treated with cold plasma, hydrogen peroxide is synthesized, which requires much lower electron energies for dissociation. Therefore, when processing the resulting solution directly at the outlet of the reactor, there is a significant increase in the disinfecting properties of the solution due to the decomposition of peroxide into OH radicals.
Добавление небольшого количества перекиси водорода (~0,3-0,5%) в исходный раствор повышает эффективность прибора. Так можно использовать серебро, которое вступает в реакцию с азотной кислотой образуя нитрат серебра (I) известный своими антибактериальными свойствами
Ag + 2HNO3 AgN(>3 + NO2 + H2O Adding a small amount of hydrogen peroxide (~ 0.3-0.5%) to the original solution increases the efficiency of the device. So you can use silver, which reacts with nitric acid to form silver (I) nitrate known for its antibacterial properties. Ag + 2HNO 3 AgN (> 3 + NO 2 + H 2 O
Таким образом, существенные отличия заявленного изобретения состоят в том, что Thus, the essential differences of the claimed invention are that
a. активными частицами являются долгоживущие радикалы азота и кислорода, а не ОН радикалы; a. long-lived nitrogen and oxygen radicals, not OH radicals, are active particles;
B. основную роль играют именно пары воды, а перекись водорода лишь сопутствующий и необязательный элемент для усиления эффекта. B. the main role is played by water vapor, and hydrogen peroxide is only an accompanying and optional element to enhance the effect.
Использование именно барьерного разряда для активации паров является наиболее безопасным, так как работает без открытых электродов, наиболее высокую плотностью свободных электронов. Кроме этого большое количества озона барьерного разряда при взаимодействии с водой и ускоряет образование активных частиц азота и кислорода. The use of a barrier discharge to activate vapors is the safest, since it works without open electrodes, the highest density of free electrons. In addition, a large amount of barrier discharge ozone when interacting with water and accelerates the formation of active nitrogen and oxygen particles.
Добавление серебра в водный раствор приводит к образованию в плазменном разряде нитрита серебра, что значительно усиливает эффект стерилизации.
The addition of silver to an aqueous solution leads to the formation of silver nitrite in the plasma discharge, which significantly enhances the sterilization effect.
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Устройство для дезинфекции, включающее бак с рабочим раствором, насос с подключенным к нему эжектором, соединенным с разрядной камерой, отличающийся тем, что рабочим раствором является вода или раствор перекиси водорода до 1% или водный раствор серебра с концентрацией до 1000 ppm, а разрядная камера представляет собой барьерный диэлектрический разряд с коаксиальными проводящими цилиндрами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения и разделенными барьером из диэлектрика, либо с параллельными трубками из диэлектрика, внутри которых находятся проводящие стержни, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с параллельными проводящими пластинами, подключенными к высоковольтному источнику переменного напряжения, разделенными слоем диэлектрика, либо с трубкой из диэлектрика снаружи которой находится проводящий цилиндр, а внутри проводящая спираль, подключенные к высоковольтному источнику переменного напряжения, либо с двумя электродами, подключенными к высоковольтному переменному источнику, помещенные внутрь диэлектрической оболочки.
A device for disinfection, including a tank with a working solution, a pump with an ejector connected to it, connected to the discharge chamber, characterized in that the working solution is water or a solution of hydrogen peroxide up to 1% or an aqueous solution of silver with a concentration of up to 1000 ppm, and the discharge chamber is a barrier dielectric discharge with coaxial conducting cylinders connected to a high-voltage AC voltage source and separated by a dielectric barrier, or with parallel dielectric tubes, inside which there are conductive rods connected to a high-voltage AC voltage source, or with parallel conducting plates connected to a high-voltage source of alternating voltage, separated by a dielectric layer, or with a dielectric tube, outside of which there is a conducting cylinder, and inside a conductive spiral, connected to a high-voltage source of alternating voltage, or with two electrodes, connecting connected to a high-voltage alternating source, placed inside a dielectric shell.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107183A RU2709032C1 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Disinfection device |
| RU2019107183 | 2019-03-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020185112A1 true WO2020185112A1 (en) | 2020-09-17 |
Family
ID=69006952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/000260 WO2020185112A1 (en) | 2019-03-14 | 2019-04-18 | Disinfection device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709032C1 (en) |
| WO (1) | WO2020185112A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2740502C1 (en) * | 2020-06-19 | 2021-01-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" | Method for producing plasma-activated sterile liquids |
| RU210318U1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-04-06 | Григорий Алексеевич Кудряшов | INSTALLATION FOR ROOM DISINFECTION |
| RU2746976C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-04-22 | Сергей Васильевич Петров | Device for disinfection and method for its implementation |
| RU204654U1 (en) * | 2021-03-05 | 2021-06-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) | Plasma generator of volume barrier discharge |
| RU2748931C1 (en) * | 2021-04-05 | 2021-06-01 | Общество С Ограниченной Отвественностью «Эдвансд Пропалшн Системс» | Device for disinfection of hands, surfaces of objects and air |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060127271A1 (en) * | 2001-05-07 | 2006-06-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Non-thermal disinfection of biological fluids using non-thermal plasma |
| WO2008057950A2 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-15 | Stryker Corporation | System and method for sterilizing a device with plasma-generated active species, the active species partially formed from a liquid-state additive |
| RU2326812C1 (en) * | 2006-11-24 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессиональого образования Вятский государственный университет (ВятГУ) | Ozoniser pipe |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
-
2019
- 2019-03-14 RU RU2019107183A patent/RU2709032C1/en not_active IP Right Cessation
- 2019-04-18 WO PCT/RU2019/000260 patent/WO2020185112A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060127271A1 (en) * | 2001-05-07 | 2006-06-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Non-thermal disinfection of biological fluids using non-thermal plasma |
| WO2008057950A2 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-15 | Stryker Corporation | System and method for sterilizing a device with plasma-generated active species, the active species partially formed from a liquid-state additive |
| RU2326812C1 (en) * | 2006-11-24 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессиональого образования Вятский государственный университет (ВятГУ) | Ozoniser pipe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2709032C1 (en) | 2019-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2709032C1 (en) | Disinfection device | |
| US10449263B2 (en) | Devices for disinfection, deodorization, and/or sterilization of objects | |
| KR101848311B1 (en) | Spraying Type Sterilization Apparatus And Method Using Complex Disinfectant Fluids and Plasma Jet | |
| RU2540427C2 (en) | Perfected device and method of air cleaning | |
| EP2566524B1 (en) | Plasma-generated gas sterilization method | |
| EP3508038B1 (en) | Free radical generation device and methods thereof | |
| KR20120130768A (en) | Method and apparatus for applying plasma particles to a liquid and use for disinfecting water | |
| KR101579349B1 (en) | Water treatment apparatus using plasma-membrane and method using the same | |
| Morent et al. | Inactivation of bacteria by non-thermal plasmas | |
| Hong et al. | Multihole dielectric barrier discharge with asymmetric electrode arrangement in water and application to sterilization of aqua pathogens | |
| JP2014151206A (en) | Homogenous plasma chemical reaction device | |
| US20150139853A1 (en) | Method and apparatus for transforming a liquid stream into plasma and eliminating pathogens therein | |
| JP2003080058A (en) | Method for producing reactive gas and producing apparatus therefor | |
| JP2023523809A (en) | Sterilizer that generates plasma and hydroxyl radicals | |
| Park et al. | Destruction of oxytetracycline using a microwave-assisted fused TiO2 photocatalytic oxidation system | |
| CN105836841A (en) | Wastewater treatment equipment | |
| KR20190128035A (en) | Apparatus for emitting quantum energy for treatment and health management | |
| Becker et al. | Microplasmas: environmental and biological applications | |
| US20040050684A1 (en) | System and method for injection of an organic based reagent into weakly ionized gas to generate chemically active species | |
| KR20220148565A (en) | Apparatus for Preparing NOx-Containing Water Using Underwater Plasma Generation and Preparing Method thereof | |
| El Shaer et al. | Low-Cost Dielectric Barrier Discharge Plasma Hand Sanitizer Using Air and Tap Water Enriched by Hydrogen Peroxide | |
| Zvereva | Using vacuum ultraviolet radiation to obtain highly reactive radicals | |
| JP2011217776A (en) | Plasma sterilizer | |
| Kunitomo et al. | Removal of phenol in water by pulsed high voltage discharge | |
| RU2709217C1 (en) | Method of producing disinfectant solution and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19918906 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19918906 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |