大气压冷等离子体(atmospheric pressure cold plasma)是一种常温非平衡等离子体,是气体在大气压下由于得到外部强辐射、高电压和强度较高磁场的作用下而形成的总体接近室温的等离子体,其中含大量活性物质,包括带电粒子、具有化学活性的亚稳态物质(如臭氧、氢氧自由基和氧原子等)。研究显示,等离子体可对微生物及化学物质(如乙醇、乙醛、丙酮、苯、樟脑、丁烷、矿物油、有机氯、氰化物、硫化物、烷基化物等)进行杀灭及分解,使产生为无害物质(二氧化碳、水蒸汽、氧气)。在整个反应过程中,条件温度基本维持在38℃-47℃。作为具有高效杀菌、环保特征的产品,近年来等离子体消毒器受到研究者和使用者的青睐。但是,目前,国内外使用的等离子消毒器均呈箱柜式,应用方式被局限化。根据实际应用的需求,本课题以低温、非平衡等离子体发生原理为依据,设计、制作集空气消毒、水体消毒、物体表面消毒为一体的多功能消毒器,并在实验室及模拟环境条件下测定其杀菌效果,为新型等离子体消毒器产品的开发、应用奠定基础。相关研究结果如下:1、多功能等离子体消毒样机的设计制作多功能组合机分别由3组等离子体电极、电源、稳压、控温、送风、气体传输、功能转换开关等原件组成。其中气体输出管和表面消毒头(含电极)外挂于主箱。整机尺寸为45cm*34cm*9cm,重约5kg,外挂的表面消毒头尺寸为20cm*12cm*11cm,重762g;多道阻挡放电元件尺寸为7.5cm*4cm,距离消毒表面最近距离为4.5mm;微孔式水体消毒曝气石直径为7.8cm,厚度为1.5cm,重122.7g。以芬顿反应方法测定表面消毒探头电极附近羟自由基浓度,以氧化还原滴定法测定水体消毒电极导入水体的臭氧浓度。发现表面消毒电极开启后附近羟自由基产生的速率为2.6124*10-7mol/min;消毒气体通入水体30min后,臭氧浓度为36mg/L。2、消毒效果2.1空气消毒试验在模拟消毒气雾罐(1m3)下,试验温度22℃-25℃、相对湿度50%-55%条件下,三合一等离子体消毒器开启空气消毒组件消毒60min,对气雾柜空气中白色葡萄球菌的杀灭率≥99.90%。2.2水体消毒试验在模拟污染水体箱中(80L)中,20℃-25℃、大肠杆菌污染(104cfu/ml)的条件下,离子体消毒器水消毒组件运行10min能将80L染菌水中的大肠杆菌下降至0cfu/100ml(杀灭率达到100%)。2L天然水样消毒30min后大肠杆菌被完全杀灭。细胞培养试验显示,对模拟污染脊髓灰质炎病毒的水体(500ml,病毒含量大于5个对数级)环境,开启水消毒组件开关处理10min、20min、30min,病毒杀灭对数值分别为3.25、4.5、5.25。2.3表面消毒试验开启等离子体表面消毒30s,对距离放电电极4.5mm处大肠杆菌和金葡菌的杀灭率达到100%,180s消毒处理后对枯草芽孢杆菌杀灭率达到100%。经电镜技术观察,表面消毒器处理20s后的大肠杆菌菌毛脱落,菌体变形、缩小,菌体降解,结构不完整、模糊不清;金葡菌由于自身结构特点相比较大肠杆菌的菌体外形更完整,但是细胞壁外部的突起结构有所减少,菌体的外形发生一些改变,细菌壁和内部的密度相比较未处理的样本有明显降低。这些现象充分说明等离子体高效的杀菌效率。在模拟表面污染条件下,20℃-25℃室温,距离电极4.5mm处(35℃-43℃),70s-80s对椭圆食粉螨的杀灭率达到90%-100%。