О МЕХАНИЗМАХ УВЕЛИЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ДИССОЦИАЦИИ HCl В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА
Аннотация
Проведено исследование влияния начального состава бинарных смесей HCl+Ar и HCl+O2 на кинетику диссоциации хлористого водорода в низкотемпературной газоразрядной плазме. Эксперименты проводились в условиях тлеющего разряда постоянного тока при неизменном общем давлении плазмообразующей смеси (100 Па) и токе разряда (25 мА). Для получения данных по электрофизическим параметрам и составу плазмы использовалось математическое моделирование на основе совместного решения кинетического уравнения Больцмана и уравнений химической кинетики нейтральных и заряженных частиц в квазистационарном приближении. Было установлено, что увеличение содержания второго компонента в обеих смесях приводит к существенному увеличению степени диссоциации HCl (aHCl = 23-43% при 0-80% Ar и 23-90% при 0-80% O2), которое обусловлено различными механизмами. В частности, в смеси HCl+Ar эффект увеличения aHCl достигается за счет увеличения частоты диссоциации электронным ударом из-за изменения электрофизических параметров плазмы - средней энергии и концентрации электронов. В смеси HCl+O2 данный механизм практически не проявляется по причине слабых возмущений энергетического распределения электронов и баланса процессов образования и гибели заряженных частиц при комбинировании двух молекулярных электроотрицательных газов. Тем не менее, в данной системе кинетика диссоциации HCl в значительной степени определяется процессами объемного атомно-молекулярного взаимодействия c атомами кислорода в основном O(3P) и метастабильном O(1D) состояниях, а также с радикалами OH. Было найдено, что скорости соответствующих процессов превышают скорость диссоциации HCl при электронном ударе уже при 20% O2 в смеси HCl+O2.
Для цитирования:
Ефремов А.М., Мурин Д.Б., Беляев С.В. О механизмах увеличения степени диссоциации HCl в плазме тлеющего разряда. Изв. вузов. Химияихим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 7. С. 61-66
Литература
Ecology. Edt. by L.I. Tsvetkova. SPb.: Novyi Zhurnal. 2012. 451 p. (in Russian).
Lebedev N.N. Chemistry and technology of basic organic and petrochemical synthesis. M.: Al’yans. 2013. 592 p. (in Russian).
Industrial Chlorine-organic products. Ed. by L.A. Oshin. M.: Khimiya. 1978. 656 p. (in Russian).
Levinsky M.I., Mazanko A.F., Novikov I.N. Hydrogen chloride and hydrogen chloric acid. M.: Khimiya. 1985. 160 p. (in Rus-sian).
Yakimenko L.M. Electro-chemical processes in chemical industry: The production of hydrogen, oxygen, chlorine and alkalis. M.: Khimiya. 1981. 323 p. (in Russian).
Low temperature plasma. Vol. 4. Plasma chemical technology. Ed. by V.D. Parkhomenko, Yu.D. Tret’yakov. Novosibirsk: Nau-ka. Sib. otd. 1991. 392 p. (in Russian).
Bugaenko L.T., Kuz’min M.G., Polak L.S. High energy chemistry. M.: Khimiya. 1988. 368 p. (in Russian).
Efremov A.M., Belyaev S.V., Titova E.S. Plasma chemical conversion of dangerous gases. Art. of X internat. sci.-pract. conf. “Fire and emergency safety”. November 26-27, 2015. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatelnaya akademiya GPS MChS Ros-sii. P. 420-426 (in Russian).
Efremov A.M., Titova E.S. Opportunities of plasma-chemical utilization of hydrogen chloride. Art. of IX internat. sci.-pract. conf. “Fire and emergency safety”. November 20-21, 2014. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatelnaya akademiya GPS MChS Rossii. P. 217-221 (in Russian).
Efremov A.M. Yudina A.V., Davlyatshina A.A., Murin D.B., Svettsov V.I. The effects of additive gases (Ar, N2, H2, Cl2, O2) on HCl plasma parameters and composition. Proc. of SPIE. 2012. V. 8700, 870003 (1-10).
Efremov A.M. Yudina A.V., Svettsov V.I. Electro-physical plasma parameters under the conditions of direct current glow dis-charge in HCl/Ar gas mixture. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 3. P. 15-18 (in Russian).
Efremov A.M., Davlyatshina A.A., Svettsov V.I. Electro-physical plasma parameters under the conditions of direct current glow discharge in HCl-O2 gas mixtures. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 4. P. 71-75 (in Russian).
Karyakin Yu.V., Angelov I.I. Pure chemical substances. M.: Kniga po trebovaniyu. 2013. 408 p. (in Russian).
Rokhlin G.N. Gas discharge light sources. M.: Energoatomizdat. 1991. 720 p. (in Russian).
Lide D.R. Handbook of chemistry and physics. N.-Y.: CNR Press. 2010. 2496 p.
Lieberman M.A., Lichtenberg A. J. Principles of plasma discharges and materials processing. N.-Y.: John Wiley & Sons Inc. 2005. 757 p.
Hsu C.-C., Nierode M.A., Coburn J.W., Graves D.B. Comparison of model and experiment for Ar, Ar/O2 and Ar/O2/Cl2 in-ductively coupled plasmas. J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. P. 3272-3291.
Kwon K.-H., Efremov A., Kim M., Min N.K., Jeong J., Kim K. Model-Based Analysis of Plasma Parameters and Active Spe-cies Kinetics in Cl2/X (X=Ar, He, N2) Inductively Coupled Plasmas. J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. P. D777-D782.
Kwon K.-H., Efremov A., Kim M., Min N.K., Jeong J., Kim K. A model-based analysis of plasma parameters and composition in HBr/X (X=Ar, He, N2) inductively coupled plasmas. J. Electrochem. Soc. 2010. V. 157. P. H574-H579.
Efremov A.M., Titova E.S. On the possibility of plasma chemical conversion of hydrogen chloride. Russ. J. Gen. Chem. 2016. V. 86. N 2. P. 478–483.
