ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМА-АКТИВИРОВАННОЙ ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ И ГРУНТОВОЙ ВОД
Аннотация
Проведено сравнительное исследование некоторых физико-химических свойств водных растворов, полученных в результате обработки дистиллированной и грунтовой вод импульсными разрядами. Определено изменение водородного показателя, проводимость раствора и содержание анионов NO3- и катионов Ca++, Mg++, К+ и Na+, дана интерпретация выявленных фактов. Воздействие на водные объекты осуществляли активными частицами, образующимися в воздухе под действием импульсного разряда в двух вариантах реализации высоковольтного электрода. Первый вариант предполагал зажигание разряда в воздушном пузыре при непосредственном контакте его с жидкостью и условно называется «пузырьковый». Второй вариант организован таким образом, что активные частицы образуются в потоке воздуха под действием барьерного разряда и после выдуваются в жидкость. Показано, что разряд в пузырьках дает большую производительность по анионам NO3‒ в грунтовой воде, а в дистиллированной воде лучшая эффективность в образовании анионов NO3‒ наблюдается у барьерного разряда. Водородный показатель для грунтовой воды повышается с 8,1 до 8,6 рН в процессе 10-минутной обработки обоими вариантами разряда, для дистиллированной воды наблюдается обратная зависимость - происходит уменьшение его значения с 7,5 до 3,5 рН. При обработке грунтовой воды наблюдается многократное увеличение содержания катионов Ca++ и Mg++ в водном образце, предположительно, их увеличение в растворе связано с переходом нерастворимых солей карбонатов кальция и магния (постоянная жесткость воды) в растворимые в воде нитраты (временная жесткость). Помимо ионов магния и кальция в водных образцах отслеживались катионы калия и натрия. Обработка разрядами не оказывает существенного влияния на их концентрацию в воде.
Для цитирования:
Рябов А.Ю., Кудряшов С.В., Панарин В.А., Соснин Э.А., Скакун В.С., Сорокин Д.А. Влияния формы электрического разряда на физико-химические свойства плазма-активированной дистиллированной и грунтовой вод. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 2. С. 30-36. DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6880.
Литература
Kornev J., Yavorovsky N., Preis S. Generation of active oxidant species by pulsed dielectric barrier discharge in waterair mixtures. Ozone: Sci. Eng. 2006. V. 28. P. 207–215. DOI: 10.1080/01919510600704957.
Malik M.A. Water Purification by Plasmas: Which Reactors are Most Energy Efficient? Plasma Chem. Plasma Process. 2010. V. 30. P. 21–31. DOI: 10.1007/s11090-009-9202-2.
Bruggeman P.J., Kushner M.J., Locke B.R. Plasma–liquid interactions: A review and roadmap. Plasma Sources Sci. Technol. 2016. 25. 053002. DOI: 10.1088/0963-0252/25/ 5/053002.
Vanraes P., Nikiforov A.Y., Leys C. Electrical Discharge in Water Treatment Technology for Micropollutant Decomposi-tion. In: Plasma Science and Technology - Progress in Physi-cal States and Chemical Reactions. InTech. 2016. P. 429‒478. DOI: 10.5772/61830.
Mouele E.S.M., Tijani J.O., Badmus K.O. Removal of Pharmaceutical Residues from Water and wastewater using Dielectric Barrier Discharge Methods ‒ A Review. Int. J. En-viron. Res. Public Health. 2021. V. 18 (4). 1683. DOI: 10.3390/ ijerph18041683.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., Sharonov A.V., Rybkin V.V. Treatment of wastewater containing 2,4-dichlorophenol in a dielectric barrier discharge plasma. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 7. P. 88-94. DOI: 10.6060/ ivkkt.20206307.6182.
Manukyan A., Seyoum M.B., Rybkin V.V. Decomposition of organic dyes in their aqueous solutions under the action of electrical discharges of atmospheric pressure. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 3. P. 4-12. DOI: 10.6060/ ivkkt.20216403.6339.
Zeghioud H., Nguyen-Tri P., Khezami L., Amrane A., Assadi A.A. Review on discharge Plasma for water treatment: Mechanism, reactor geometries, active species and com-bined processes. J. Water Process Eng. 2020. V. 38. 101664. DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101664.
Zhou R., Zhou R., Wang P. Plasma-activated water: Generation, origin of reactive species and biological applications. J. Phys. D Appl. Phys. 2020. V. 53. 303001. DOI: 10.1088/1361-6463/ab81cf.
Xu D., Wang S., Li B., Qi M. Effects of plasma-activated water on skin wound healing in mice. Microorganisms. 2020. V. 8. 1091. DOI: 10.3390/microorganisms8071091.
Hozak P., Scholtz V., Khun J., Mertova D., Vankova E., Julak J. Further Contribution to the Chemistry of Plasma-Activated Water: Influence on Bacteria in Planktonic and Biofilm Forms. Plasma Phys. 2018. 44. P. 799–804. DOI: 10.1134/S0367292118090044.
Chiappim W., Sampaio AdG., Miranda F. Antimicrobial Effect of Plasma-Activated Tap Water on Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Candida albicans. Water. 2021. 13 (11). 1480. DOI: 10.3390/w13111480.
Perez S.M., Biondi E., Laurita R., Proto M., Sarti F., Gherardi M., Bertaccini A., Colombo V. Plasma activated water as resistance inducer against bacterial leaf spot of tomato. PLoS ONE. 2019. V. 14 (5). e0217788. DOI: 10.1371/ journal.pone.0217788.
Dimitrakellis P., Giannoglou M., Xanthou Z.M., Gogolides E., Taoukis P., Katsaros G. Application of plas-ma‐activated water as an antimicrobial washing agent of fresh leafy produce. Plasma Process Polym. 2021. e2100030. DOI: 10.1002/ ppap.202100030.
Naumova I.K., Subbotkina I.N., Titov V.A., Khlyustova A.V., Sirotkin N.A. Effect of water activated by non-equilibrium gas-discharge plasma on the germination and early growth of cucumbers (Cucumis sativus). Appl. Phys. 2021. V. 4. P. 40‒46. DOI: 10.51368/1996-0948-2021-4-40-46.
Thirumdasa R., Kothakot A., Annapurec U., Siliveru K., Blundell R., Gatt R., Valdramidisgh V.P. Plasma activated water (PAW): Chemistry, physico-chemical properties, appli-cations in food and agriculture. Trends Food Sci. Technol. 2018. V. 77(7). P. 21‒31. DOI: 10.1016/j.tifs.2018.05.007.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Y., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Gas discharges as a tool for the purification of gas and solution gases for the synthesis of inorganic materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120-131. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
Herianto S., Hou C.-Y., Lin Ch.-M., Chen H.-L. Non-thermal plasma-activated water: A comprehensive review of this new tool for enhanced food safety and quality. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2021. V. 20(1). P. 583‒626. DOI: 10.1111/1541-4337.12667.
Cao Y., Qu G., Li T., Jiang N., Wang T. Review on reactive species in water treatment using electrical discharge plasma: formation, measurement, mechanisms and mass transfer. Plasma Sci. Technol. 2018. V. 20. 103001. DOI: 10.1088/ 2058-6272/aacff4.
Brisset J.L., Pawlat J. Chemical Effects of Air Plasma Species on Aqueous Solutes in Direct and Delayed Exposure Modes: Discharge, Post-discharge and Plasma Activated Water. Plasma Chem. Plasma Process. 2016. V. 36. P. 355–381. DOI: 10.1007/s11090-015-9653-6.
Tarabová B., Lukeš P., Hammer M.U., Jablonowski H., von Woedtke T., Reuter S., Machala Z. Fluorescence measurements of peroxynitrite/peroxynitrous acid in cold air plasma treated aqueous solutions. Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 8883–8896. DOI: 10.1039/C9CP00871C.
Tang Q., Lin S., Jiang W., Lim T.M. Gas phase dielectric barrier discharge induced reactive species degradation of 2,4-dinitrophenol. Chem. Eng. J. 2009. V. 153. P. 94–100. DOI: 10.1016/j.cej.2009.06.022.
Sun B., Sato M., Clements S.J. Optical study of active species produced by a pulsed streamer corona discharge in water. J. Electrost. 1997. V. 39. P. 189–202. DOI: 10.1016/S0304-3886(97)00002-8.
Mouele E.S.M., Tijani J.O., Badmus K.O., Pereao O. A critical review on ozone and cospecies, generation and reaction mechanisms in plasma induced by dielectric barrier discharge technologies for wastewater remediation. J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. P. 105758. DOI: 10.1016/j.jece.2021.105758.
Takahata J., Takai K., Satta N., Takahashi K., Fujio T. Improvement of growth rate of plants by bubble discharge in water. Jpn. J. Appl. Phys. 2015. V. 54. 01AG07. DOI: 10.7567/JJAP.54.01AG07.
