臭氧因具有强氧化性且不产生二次污染,因此作为一种功能强大的强氧化剂、杀菌消毒剂、催化剂、脱色剂和除臭剂被广泛应用各个领域。目前工业上生产臭氧最为广泛和有效的方法是由Siemens在1857年提出的介质阻挡放电法(Dielectric Barrier Discharge,DBD)。介质阻挡放电臭氧发生过程中放电特性的研究已经相当充分,而电流波形中的电流突增现象,即电流瞬间增大现象,并未进行展开研究,电流突增现象的产生原因及其影响因素也尚未发现有相关报道。同时介质表面形貌结构特征对于DBD放电特性及臭氧生成特性的研究还相对少见,以及其对电流突增特性的影响有待进一步研究。本文从研究介质材料表面粗糙度的角度,采用平板型DBD臭氧发生装置,通过改变介质表面粗糙度、峰值电压、放电频率、气体流量等参数来研究DBD臭氧发生的电流特性中的电流突增现象、等效电容、放电功率等放电特性及对臭氧浓度和臭氧产率的影响。同时结合响应曲面法分析了介质表面粗糙度、峰值电压、放电频率、气体流量四个因素对臭氧浓度的影响并确定臭氧浓度的最佳实验条件。在本实验范围内,得到的主要结论如下:(1)放电过程中,电流波形正半周期内电流突增现象(电流瞬间增大)的产生是由于电荷积累在介质表面形成的局部强放电导致的,介质表面粗糙度的增大会加剧对电流突增的影响。单位周期内电流突增数目随介质表面粗糙度、放电峰值电压、放电频率的增大而增大,且峰值电压的影响最为明显,气体流量变化则不产生影响。放电起始电压随介质板表面粗糙度的增大逐渐增大,介质表面粗糙度Ra为0.2μm、0.8μm、1.6μm、2.4μm、3.2μm时,放电起始电压分别为4.3 kV、4.5 kV、4.6 kV、5.0 kV、5.1 kV。(2)不同条件下Q-V Lissajous图呈现为规则的平行四边形,图形面积随介质表面粗糙度的增大而减小,随峰值电压的增大而增大,与放电频率和气体流量的变化无关。介质层等效电容随介质表面粗糙度的增大而减小,随峰值电压的增大而增大。放电功率与峰值电压和放电频率的增大几乎呈线性关系,与气体流量的变化无关。较小的峰值电压下,放电功率随粗糙度的减小而增大。(3)介质表面粗糙度从0.2μm变化到3.2μm时,臭氧浓度和臭氧产率随介质表面粗糙度的增大先减小后增大;峰值电压从5.5 kV增大到8 kV时,臭氧浓度和臭氧产率随峰值电压的增大先增大后减小;放电频率从5 kHz上升到7.5kHz时,臭氧浓度随放电频率的增大小幅增大后减小,臭氧产率则持续减小;气体流量从1 L/min变化到3 L/min时,臭氧浓度随着气体流量的增大而减小,臭氧产率则先增大后减小。(4)响应曲面法分析结果表明:四个因素对臭氧浓度的影响是极显著的,根据各因素的F值,因素的影响顺序为气体流量C>放电电压D>表面粗糙度A>放电频率B。同时介质表面粗糙度和峰值电压交互作用、峰值电压和放电频率交互作用、以及峰值电压与气体流量交互作用对臭氧浓度的交互作用也较为显著。本文得出实验区域最佳的实验因素值为表面粗糙度3.2μm,放电频率5.9 kHz,气体流量1 L/min,峰值电压7.2 kV,在此条件下臭氧浓度为91.0(+0.5)g/m~3,与预测值相对误差较小,验证了回归模型的准确、可靠性。