Процессы переноса в плазму компонентов растворов хлоридов натрия, магния, кальция, стронция, бария и газофазные реакции

• Автор: Сироткин, Николай Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Общая характеристика проблемы
1.2. Физические параметры разрядов с жидкими электролитными электродами
1.2.1. Катодное падение потенциала и напряженность электрического поля в плазме
1.2.2. Температура газа и заселенности колебательных состояний молекул
1.2.3. Характеристики электронного газа
1.3. Спектры излучения разряда
1.4. Процессы переноса компонентов растворов в газовую фазу..
Выводы и постановка задачи исследования
Глава 2. Методы экспериментального исследования и численного
моделирования
2.1. Схема экспериментальной установки, условия экспериментов
2.2. Методика определения катодного падения потенциала, напряженности электрического поля в положительном столбе разряда и плотности тока
2.3. Регистрация спектров излучения разряда, определение абсолютных интенсивностей излучения компонентов плазмы
и температуры газа
2.4. Методики экспериментального исследования переноса компонентов жидкого электролитного катода в газовую фазу
2.4.1. Количественное определение катионов кальция
2.4.2. Количественное определение катионов бария
2.4.3. Количественное определение катионов магния
2.4.4. Количественное определение катионов стронция
2.4.5. Количественное определение катионов натрия
2.4.6. Количественное определение хлорид-ионов
2.5. Статистическая обработка результатов экспериментов
2.6. Методика моделирования ионного распыления раствора хлорида натрия методом классической
молекулярной динамики
2.7. Расчет функции распределения электронов по энергиям
2.8. Численный расчет состава основных компонентов плазмы
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1. Физические характеристики разряда
3.2. Спектры излучения разряда
3.3. Коэффициенты переноса компонентов раствора в газовую

3.4. Результаты моделирования ионного распыления раствора
хлорида натрия методом классической молекулярной динамики
3.5. Оценка концентрации атомов кислорода и натрия в плазме
3.6. Численное моделирование процессов в плазме с учетом
продуктов переноса из электролитного катода
Основные результаты и выводы
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Газовые разряды, контактирующие с жидкостями, представляют интерес как источники активных частиц для очистки и дезинфекции воды, модифицирования высокомолекулярных соединений, нанесения покрытий на различные материалы, формирования микро- и наноструктур на основе металлов и их оксидов.
Разряд постоянного тока, возбуждаемый в воздухе между металлическим анодом и катодом - раствором электролита, является простейшей системой, которая может быть использована для газоразрядного инициирования химических процессов в жидкой фазе. В такой плазмохимической системе образование активных частиц происходит как в плазме, так и в контактирующем с ней растворе. Решающая роль в образовании активных частиц в плазме принадлежит процессам, протекающим под действием электронных соударений с атомами и молекулами. Бомбардировка электролитного катода положительными ионами, ускоренными в области катодного падения потенциала, вызывает диссоциацию молекул растворителя и последующее протекание разнообразных физико-химических процессов в жидкости.
Вместе с тем, ионная бомбардировка раствора приводит к переносу в газовую фазу растворителя и компонентов растворенных веществ. Продукты переноса изменяют состав плазмы и набор протекающих в ней элементарных процессов. В результате должны изменяться физико-химические характеристики плазмы, включая концентрации заряженных частиц, распределения электронов по скоростям, а молекул и атомов - по уровням возбуждения. Естественно ожидать также изменения состава активных частиц плазмы, скоростей их образования и дальнейших превращений. Очевидно, что механизмы реакций, которые протекают в плазме разрядов, контактирующих с жидкой фазой, должны анализироваться с учетом процессов переноса компонентов раствора в плазму.
Таким образом, выявление закономерностей переноса компонентов растворов в газовую фазу под действием разряда, а также плазмохимических

следствие, сильного искажения зондом зоны плазмы. Дополнительные ограничения связаны с высокой температурой газа (-1500 - 2000 К), что с учетом окислительной атмосферы предъявляет очень жесткие требования к материалу зонда. Поэтому в данной работе был использован метод перемещающегося анода. При этом предполагалась независимость свойств плазмы от длины положительного столба. За начало отсчета (положение поверхности раствора) принималась точка касания заостренным электродом поверхности электролита, которая определялась визуально или по началу прохождения тока в цепи при подаче на анод напряжения в несколько вольт. Измерения напряжения горения разряда проводили, постепенно увеличивая межэлектродное расстояние при соблюдении постоянства тока разряда. Затем аналогичные измерения выполняли при уменьшении межэлектродного расстояния. Для учета вклада в измеряемую разность потенциалов падения напряжения в растворе, его величина измерялась при заданном токе, но без зажигания разряда при касании анодом поверхности раствора.
Типичная зависимость напряжения горения разряда от межэлектродного рассояния показана на рис. 2.3. Полученные зависимости и=/(И) апроксимировались линейной функцией с коэффициентом парной кореляции не ниже 0,99.
Рис. 2.3. Напряжение горения разряда в зависимости от межэлектродного расстояния.