Изучение кинетики образования NOx в импульсном разряде низкого давления с помощью инфракрасной абсорбционной спектроскопии. Влияние каталитической поверхности

• Автор: Гатилова, Лина Вадимовна
• Шифр специальности: 01.04.05, 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Содержание
Содержание.
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Методы идентификации ЛОС

1.2 Классические методы устранения ЛОС

1.2.1 Методы улавливания ЛОС.

1.2.2 Методы разрушения ЛОС

1.3 Методы низкотемпературной плазмы

1.4 Плазменный катализ

1.5 Фотокатализатор ТЮ2.

Глава 2. Описание экспериментальных установок и методов
измерения концентраций.
2.1 Описание экспериментальных установок
2.1.1 Импульсный СВЧ разряд
2.1.1.1 Экспериментальная установка.
2.1.1.2 Разрядная трубка
2.1.1.3 Питание разряда.
2.1.1.4 Газовая смесь.
2.1.1.5 Измерение концентраций
2.1.2 Импульсный тлеющий разряд
2.1.2.1 Разрядная трубка
2.1.2.2 Питание разряда.
2.1.2.3 Газовая смесь.
2.1.2.4 Измерение концентраций
2.2 Методы измерения концентраций.
2.2.1 Принципы абсорбционной спектроскопии.
2.2.2 Перестраиваемая диодная лазерная ИК спектроскопия
2.2.2.1 Диоды.
Содержание
.2.2 Определение концентраций.
2.2.2.3 Идентификация линий и калибровка системы.
2.2.3 Эмиссионная спектроскопия.
2.2.3 Л Актинометрия.
2.2.3.2 Импульсноиндуцированная флуоресценция.
2.2.4 Катализаторы
2.2.4.1 ВаТЮ3
2.2.4.2 ТЮ2
Глава 3. Экспериментальное исследование кинетики
плазмохимических процессов.
ЗЛ Образование оксидов азота Ох в импульсном разряде
3.1.1 Образование 0 и импульснопериодическом СВЧ разряде
3.1.1.1 Зависимость от длительности и частоты повторения импульсов.
3.1.1.2 Зависимость от средней мощности, введенной
в плазму
3.1.2 Образование 0 в импульсном разряде низкого давления
3.1.2.1 Зависимость 0 от длительности импульсов и частоты их повторений.
3.1.2.2 Зависимость 0 от величины тока в импульсе.
3.1.2.3 Зависимость 0 от давления.
3.1.2.4 Зависимость 0 от средней мощности.
3.1.3 Влияние фотокатализатора на образование 0
3.1.3.1 Измерение с усреднением по времени.
3.1.3.2 Измерение с временным разрешением
3.2 Кинетика С2Н2 в импульсном разряде низкого давления
3.2.1 Влияние параметров разряда на разрушение ацетилена
3.2.2 Влияние фотокатализатора ТЮ2 на кинетику
концентрации С2Н2
3.2.2.1 Измерения с усреднением по времени
3.2.2.2 Измерения с временным разрешением.
3.2.2.3 Влияние УФ излучения
Содержание
3.3 Кинетика концентрации атомарного кислорода.
3.3.1 Определение концентрации атомарного кислорода.
3.3.1.1 Влияние параметров разряда на кинетику О.
3.3.1.2 Влияние ТО на
3.3.1.3 Влияние ТЮ2 на концентрацию 0
3.3.2 Определение вероятности стеночной рекомбинации
3.3.2.1 Зависимость измеряемой концентрации
от величины газового потока
3.3.2.2 Влияние фотокатализатора Т1О2
Глава 4. Анализ плазмохимических процессов, происходящих
в импульсном разряде в воздухе
4.1 Выбор модели для анализа плазмохимической реакции.
4.1.1 Анализ существующих кинетических моделей
4.1.2 Вклад колебательновозбужденных молекул в образование О
4.1.2.1 Шноимпулъсный режим
4.1.2.2 Измерение 28 и 2Ю 6 послесвечении
4.1.2.3 Многоимпульсный режим .
4.2 Построение простой модели.
4.2.1 Расчет констант скорости возбуждения
4.2.2 Аналитическое решение. Квазистационарное приближение
4.2.2.1 Кинетика концентрации О.
4.2.2.2 Кинетика атомарного кислорода
4.2.2.3 Кинетика концентрации С2И2.
4.2.3 Численное решение. Разрешение во времени динамика.
4.2.3.1 Кинетика концентрации О.
4.2.3.2 Кинетика концентрации атомарного кислорода.
4.2.3.3 Кинетика концентрации С2Н2.
Заключение.
Список литературы


Принцип термического окисления (сжигания) состоит в нагреве газа до достижения температуры, при которой происходит полное сгорание JIOC. В зависимости от вида JC и его концентрации подбирают рабочую температуру (обычно более 0 °С) и время пребывания газа в печи. Часть тепла, растрачиваемого при работе печи, может быть использована для подогрева входящего газа, но несмотря на это, энергетические затраты при использовании метода термического окисления очень высоки. Уменьшить эти затраты позволяет использование катализатора. Метод каталитического окисления основан на том, что использование катализатора позволяет снизить энергию активации окислительных реакций летучих органических соединений. В зависимости от вида JIOC и типа катализатора (благородные металлы, оксиды металлов), рабочая температура изменяется в пределах 0 - 0 °С. Преимущество последних двух методов в том, что они разрушают летучие органические соединения до образования СО2 и Н. Однако необходимость нагрева всего газового потока требует высоких энергетических затрат. В частности большое количество энергии идет на нагрев молекул газа-носителя (например, молекул Лу. Другим недостатком является то, что все вышеперечисленные методы работают эффективно при высоких концентрациях вредных загрязнений, при малых концентрациях (< ppm) требуются альтернативные методы. Одним из альтернативных методов очистки атмосферного воздуха является так называемое «холодное» окисление летучих органических соединений с помощью низкотемпературной плазмы. Низкотемпературная (неизотермическая) плазма представляет собой ионизованный газ, в котором температура электронов существенно превышает температуру тяжелых частиц (ионов, атомов, нейтральных молекул). SO. Hfi и NOx [-]. В -х годах в Японии было предложено использовать для обработки газового потока, содержащего JIOC, электронный пучок. Данный метод изначально использовался для одновременной обработки NOx и SO2 [], но недавно был опробован для разрушения летучих органических соединений [ ,]. В последние несколько лет большое внимание уделяется получению низкотемпературной плазмы с помощью электрических разрядов. Были протестированы различные типы электрических разрядов. В работе [] было показано, что использование высокочастотного разряда приводит к эффективному разложению СН3С1 и частичному его окислению в СО и С. В работах [, ] было проведено исследование разрушения оксидов серы и азота с помощью коронного разряда. Возможность использования СВЧ разряда для устранения NOx была исследована в работах Баевой и др. Большой цикл работ посвящен также диэлектрическим барьерным разрядам. Впервые такой разряд для целей очистки окружающей среды был разработан Вернером Вон Сименсом в году (озонатор) и затем использовался для генерации озона, разрушающего вредные молекулы. В последние годы диэлектрический барьерный разряд успешно использовался для устранения NOx, SOx [,, ] и различных органических соединений. В работах японских авторов рассмотрены так называемые «упакованные ректоры» («packed-bed reactors»), основанные на барьерном разряде [6,7,]. Было показано, что при наличии в разрядной области сегнетоэлектрических материалов с диэлектрической постоянной больше , эффективно происходит разрушение молекул бензола. Рис. Основные преимущества и недостатки каждого из этих методов можно найти в работах [-], где даны полные обзоры применения методов низкотемпературной плазмы. С экологической точки зрения наиболее предпочтительны реакции, приводящие к полному окислению летучих органических соединений вплоть до образования Н2Оу С и, в случае галогенов (X) - гидрокарбонатов {ИХ). Однако, общей проблемой методов, основанных на процессах, происходящих в газовой фазе плазмы, является их недостаточная селективность. Большая часть вводимой в плазму энергии уходит на ионизацию и диссоциацию частиц, которые напрямую не используются в процессах окисления летучих органических соединений. Кроме того, при разряде в воздухе (смеси И2 + ) образуются нежелательные токсичные продукты, такие как ИОх, И, [9,,], что накладывает определенные ограничения на использование плазменных методов.