Физико-химические процессы в системе графитовый электрод - водный раствор сульфата натрия под действием подводного торцевого разряда

• Автор: Силкин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Виды плазменно-растворных систем и возможности их организации
1.1.1. Квазистационарный тлеющий разряд атмосферного давления с электролитическим катодом
1.1.2. «Скользящий» тлеющий разряд
1.1.3. «Контактный» тлеющий разряд
1.1.4. Низковольтный диафрагменный и капиллярный разряды
1.1.5. «Торцевой» разряд
1.1.6. «Объёмный» разряд
1.1.7. Разряды с внешней подачей газа
1.2. Механизмы образования плазмы в жидкости
1.2.1. Пробой в газовой фазе с жидким электродом
1.2.2. Образование плазмы в объеме жидкости
1.2.3. Образование плазмы в пузырьках в жидкости
1.3. Свойства плазменно-растворных систем и процессы, протекающие в них
1.3.1. Разряды в газовой фазе с одним или двумя жидкими электродами
1.3.2. Прямой стримерный разряд в жидкости
1.3.3. Разряды в пузырьках и паровой фазе в жидкостях
1.3.4. Химические процессы в плазменно-растворных системах

различного типа
1.4. Методы обработки материалов в плазменно-растворных системах
1.4.1.Обработка полимеров ■
1.4.2. Обработка металлов
1.5. Постановка цели и задач
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Изучение диспергирования анода в торцевом разряде
2.3. Изучение диспергирования графитового катода на постоянном токе и графитового электрода на переменном токе при горении торцевого

разряда

2.4. Изучение физико-химических свойств электролита после действия
2.4.1. Определение pH и электропроводности
2.4.2. Методика определения окислителей и сульфат- ионов
2.5. Изучение действия звуковой волны
2.6. Методика определения газообразных продуктов плазмолиза
2.6.1. Качественное определение углекислого газа
2.6.2. Качественное определение угарного газа
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Электрические характеристики горения торцевого разряда
3.2. Диспергирование графитового анода в торцевом разряде
3.2.1. Кинетика анодного диспергирования
3.2.2. Анализ диспергированых частиц
3.3. Диспергирование графитового катода на постоянном токе и графитового электрода на переменном токе при горении торцевого
разряда
3.3.1. Общий подход к изучению диспергирования катода и электрода
при горении разряда на переменном токе ^ ^
3.3.2. Анализ состояния поверхности электрода после действия разряда
3.3.3. Кинетика диспергирования графитового катода на постоянном токе и графитового электрода на переменном токе при горении торцевого разряда *' ^
3.4. Физико-химические свойства раствора электролита после обработки в торцевом разряде
3.5. Действие звуковой волны
3.6. Механизм диспергирования графитового электрода в торцевом
разряде
3.6.1. Ионная бомбардировка
3.6.2. Химическое взаимодействие активных частиц плазмы с

материалом электрода
3.6.3. Электрохимические процессы
3.6.4 Звуковая волна
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В плазменно-растворных системах, в которых оба электрода находятся в объеме жидкой фазы, под действием внешнего электрического поля протекают процессы, которые условно называют «подводными электрическими разрядами». Положительными их качествами является то, что процесс генерации химически активных частиц происходит в объеме раствора, что повышает эффективность таких процессов, как очистка (и стерилизация) воды и модифицирование полимерных материалов. В то же время квазиимпульсный характер горения таких разрядов с возникновением ударных волн создает жесткие условия и приводит к диспергированию материала электрода. Этот эффект может быть вреден, если речь идет об очистке воды. С другой стороны, этот эффект может быть полезен для модифицирования различных поверхностей, в том числе и полимерных, с использование диспергированных частиц материала электрода.
В связи с этим актуальность данной работы определяется необходимостью изучения кинетики и механизма диспергирования электрода в подводных разрядах и возможностью применения полученных результатов для оптимизации технологических режимов модифицирования материалов, а также очистки и стерилизации воды.
Целью работы являлось установление закономерностей физикохимических процессов в системе графитовый электрод - водный раствор сульфата натрия под действием подводного торцевого разряда при различных условиях его горения и выяснение механизма диспергирования электрода.
Достижение поставленной цели требовало решения следующих задач:
- исследование воздействия переменного и постоянного токов на режимы горения подводного разряда торцевого типа и характер физико-

3.электрическое поле постоянно в положительном столбе плазмы [82, 83]; ^напряжение разряда не зависит от тока, в случае если имеется поправка на повышение температуры, сужение положительного столба и зависимость тока от ка годно-анодного падения напряжения [81];
5.катодная плотность тока не зависит от тока разряда для растворов низкой проводимости [79], но наблюдается зависимость плотности тока от тока для растворов электролитов [79];
6. для тлеющего разряда наблюдается образование структуры на водном аноде [81,84].
Данный тип разряда относят к тлеющим разрядам, однако имеются некоторые отличия от классического тлеющего разряда низкого давления. В отличие от разряда с жидким катодом, в случае его возбуждения с жидким анодом разряда является диффузионным [35]. Вблизи жидкого катода наблюдается нитевидная природа разряда [35, 79]. Было сделано
предположение о том, что в этом случае нити образуются из-за электрической нестабильности поверхности воды [81].
Рис. 1.13. Структура тлеющего разряда с жидким анодом (водопроводная вода). 1 - Катодное падение; 2 - отрицательное свечение; 3 - темное пятно; 4 - положительный столб; 5 - анодное свечение.
Кроме электрической стабильности разряда жидким электродом, водный анод действует как теплоотвод (радиатор), тем самым термически стабилизируя разряд. Это иллюстрируется снижением до 2500К во