ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА КОМПОНЕНТОВ ЖИДКОГО КАТОДА НА ПРОЦЕССЫ ИОНИЗАЦИИ В РАЗРЯДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВОЗДУХЕ
Аннотация
Получены экспериментальные данные о параметрах тлеющего разряда атмосферного давления в воздухе с катодами из дистиллированной воды и воды, содержащей ионы калия, натрия и меди (II). Использовались хлориды соответствующих солей. Диапазон токов составлял 20-60 мА, а концентраций растворов -0,1-0,4 моль/л. Методом подвижного анода определены катодные падения потенциала и напряженности электрических полей в плазме. Эмиссионной спектроскопией путем моделирования неразрешенной вращательной структуры полос излучения второй положительной системы молекул азота найдены температуры газа. На основе этих данных найдены полные концентрации части, приведенные напряженности электрических полей. Обнаружено, что рост тока разряда приводит к уменьшению катодных падений потенциала, напряженностей электрических полей и приведенных напряженностей полей. В то же время температура газа практически не зависела от тока разряда и составляла 1600±150 К. Путем численного решения уравнения Больцмана для электронов определены функции распределения электронов по энергиям, средние энергии и концентрации электронов и константы скоростей процессов, протекающих под действием электронного удара. Сделана оценка вклада в образование заряженных частиц в плазме процессов ионизации атомов металлов, которые появляются в газовой фазе в результате неравновесного переноса из жидкого катода. Показано, что при мольных долях атомов металлов 10-4 и выше ионизация полностью определяется столкновениями электронов с атомами металлов, а не с молекулами основного плазмообразующего газа. Также показано, что разряды с катодами, содержащими растворы солей, обладают меньшими величинами катодных падений потенциалов.
Для цитирования:
Куленцан А.Л., Шутов Д.А., Рыбкин В.В. Влияние процессов переноса компонентов жидкого катода на процессы ионизации в разряде постоянного тока атмосферного давления в воздухе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 6. С. 52-58.
Литература
Bruggeman P., Leys C. Non-thermal plasmas in and in contact with liquids. J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. N 5.
P. 053001. DOI: 10.1088/0022-3727/42/5/053001.
Tatarova E., Bundaleska N., Sarrette L.Ph., Ferreira C.M. Plasmas for environmental issues: from hydrogen production to 2D materials assembly. Plasma Sources Sci. Technol. 2014. V. 23 N 6. P. 063002. DOI: 10.1088/0963-0252/23/6/063002.
Jiang B., Zheng J., Qiu S., Wu M., Zhang Q., Yan Z., Xue Q. Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation. Chem. Ing. J. 2014. V. 236. P. 348. DOI: org/10.1016/j.cej.2013.09.090.
Joshi R.P., Mededovic Thagard S.M. Streamer-Like Electrical Discharges in Water: Part II. Environmental Applications. Plasma Chem. Plasma Process. 2013. V. 33. N 1. P. 17. DOI: 10.1007/s11090-012-9425-5.
Bobkova E.S., Grinevich V.I., Isakina A.A., Rybkin V.V. Decomposition of organic compounds under action of atmospheric pressure electric discharges. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 6. P. 3 (in Russian).
Fridman A. Plasma Chemistry. Cambrige University Press. 2008. 978 p.
Mezei P., Cserfalvi T., Kim H.J., Mohammad A., Mottaleb M.A. The influence of chlorine on the intensity of metal atomic lines emitted by an electrolyte cathode atmospheric glow discharge. Analyst. 2001. V. 126. N 5. P. 712. DOI: 10.1039/B010057I.
Choi H.S., Rybkin V.V., Titov V.A., Shikova T.G., Ageeva T.A. Comparative action of a low pressure oxygen plasma and an atmospheric pressure glow discharge on the surface modification of polypropylene Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. N 14-15. P. 4479. DOI: 10.1016/j.surfcoat.
Titov V.A., Rybkin V.V., Shikova T.G., Ageeva T.A., Golubchikov O.A., Choi H.S. Study on the application possibilities of an atmospheric pressure glow discharge with liquid electrolyte cathode for the modification of polymer materials Surf. Coat. Tech-nol. 2005. V. 199. N 2-3. P. 231. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.01.037.
Lin L., Wang Q. Microplasma: A New Generation of Technology for Functional Nanomaterial Synthesis. Plasma Chem. Plasma Process. 2015. V. 35. N 6. P. 925. DOI: 10.1007/s11090-015-9640-y.
Misra N.N. The contribution of non-thermal and advanced oxidation technologies towards dissipation of pesticide residues. Trends Food Sci. Technol. 2015. V. 45. N 2. P. 229. DOI: 10.1016/j.tifs.2015.06.005.
Mu R., Liu Y., Li R., Xue G., Ognier S. Remediation of pyrene-contaminated soil by active species generated from flat-plate dielectric barrier discharge. Chem. Ing. J. 2016. V. 296. P. 356. DOI: 10.1016/j.cej.2016.03.106.
Maksimov A.I., Titov V.A., Khlyustova A.V. Electrolyte-as-Cathode Glow Discharge Emission and the Processes of Solution-to-Plasma Transport of Neutral and Charged Species. High Energy Chemistry. 2004. V. 38. N 3. P. 196. DOI: 10.1023/B:HIEC.0000027659.13545.fb.
Titov V.A., Rybkin V.V., Smirnov S.A., Kulentsan A.N., Choi H.S. Experimental and theoretical studies on the characteristics of atmospheric pressure glow discharge with liquid cathode. Plasma Chem. Plasma Process. 2006. V. 26. N 6. P. 543. DOI: 10.1007/s11090-006-9014-6.
Bruggeman P., Schram D., Gonzalez M.A., Rego R., Kong M.G., Leys C. Characterization of a direct dc-excited discharge in water by optical emission spectroscopy. Plasma Sources Sci. Technol. 2009. V. 18. N 2. P. 025017. DOI: 10.1088/0963-0252/18/2/025017.
Konovalov A.S., Rybkin V.V., Smirnov S.A. Parameters of electron in non-equilibrium air plasma. Характеристики электро-нов в неравновесной плазме воздуха. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 11. P. 44 (in Russian).
Bobkova E.S., Rybkin V.V. Estimation of electron parameters in the dielectric barrier discharge with a liquid electrode at atmos-pheric pressure. High Temperature. 2013. V. 51. N 6. P. 747. DOI: 10.1134/S0018151X13060059.
Shutov D.A., Smirnov S.A., Konovalov A.S., Ivanov A.N. Modeling of the Chemical Composition of DC Atmospheric Pres-sure Air Discharge Plasma in Contact with Aqueous Solutions of Sodium Dodecylbenzenesulfonate. High Temperature. 2016. V. 54. N 4. P. 483. DOI: 10.1134/S0018151X16040210.
Titov V.A., Rybkin V.V., Maximov A.I., Choi H.-S. Characteristics of Atmospheric Pressure Air Glow Discharge with Aque-ous Electrolyte Cathode. Plasma Chem. Plasma Process. 2005. V. 25. N 5. P. 503. DOI: 10.1007/s11090-005-4996-z.
Smirnov S., Shutov D., Bobkova E., Rybkin V. Physical Parameters and Chemical Composition of a Nitrogen DC Discharge with Water Cathode. Plasma Chem. Plasma Process. 2015. V. 35. N 4. P. 639. DOI: 10.1007/s11090-015-9626-9.
Bobkova Е.S., Shikova Т.G., Grinevich V.I., Rybkin V.V. Mechanism of hydrogen peroxide formation in electrolytic-cathode atmospheric-pressure direct-current discharge. High Energy Chemistry. 2012. V. 46. N 1. P. 56. DOI: 10.1134/S0018143912010079.
Bobkova E.S., Krasnov D.S., Sungurova A.V., Rybkin V.V., Choi H.-S. Phenol decomposition in water cathode of DC at-mospheric pressure discharge in air. Korean J. Chem. Eng. 2016. V. 33. N 5. P. 1620. DOI: 10.1007/s11814-015-0292-7.
Janca J., Kuzmin S., Maximov A., Titova J. Investigation of the chemical action and “point” arcs between the metallic electrode and aqueous solution. Plasma Сhem. Plasma Process. 1999. V. 19. N 1. Р. 53. DOI: 10.1023/A:1021803932496.
Petrash G.G., Rybkin V.V. Effect of HBr additives on the breakdown characteristics of a Ne-H2-Cu laser mixture. Laser Phys-ics. 2005. V. 15. N 8. P. 1142.
Rez P. Accurate Cross Sections for Microanalysis. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2002. V.107. N 6. P. 487–495.
Rybkin V.V., Titov V.A., Kholodkov I.V. Kinetic parameters and cross-sections of electron interaction with water molecules. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2008. V. 51. N 3. P. 3 (in Russian).
