ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.---------------------------------------------------------------------4
Глава 1. Микроволновый разряд как возможный способ очистки воздушной среды* загрязненной фреонами и средство утилизации накопленных фреонов.(Обзор литературы и постановка задачи).-------------------------------8
1.1. Очистка окружающей среды свободнолокализованными микроволновыми разрядами.-------------------------------------------------8
1.2. Утилизация накопленных фреонов.------------------*------------------15
1.3. Выводы.-------------------------------------------------------------------------------17
Глава 2. Исследование физических характеристик микроволнового
инициированного разряда высокого давления.-----------------------------19
2.1. Введение.-----------------------------------------------------------19
2.2. Механизмы формирования контрагированных образований (каналов) в микроволновом разряде высокого давления.---------------------------------24
2.3. Постановка эксперимента. Схема эксперимента и описание методик. 26
2.4. Результаты эксперимента.--------------------------------------------31
2.5. Обсуждение результатов измерений.-----------------------------------37
2.6. Заключение.------------------------ —-----------—---------------- 43
Глава 3. Свободнолокализованный микроволновый разряд, как средство
очистки атмосферы от хлорфторуглеродной примеси------------------------45
3.1 Описание экспериментальной установки, схемы эксперимента и диагностик плазмы.-------------------------------------------------------45
3.2 Результаты эксперимента----------------------------------------------47
3.3 Обсуждение результатов измерений-------------------------------------52
3.4 Выводы---------------------------------------------------------------56
Глава 4.Исследование процессов разрушения и трансформации фреонов в
микроволновом разряде высокого давления.-------------------------------58
4.1. Введение. -------—--------------------------------------------------58
4.2. Схема эксперимента. Описание методик.-------------------------------58
4.3. Результаты экспериментов.-------------------------------------------63
4.4. Обсуждение результатов. Возможные процессы трансформации фреонов в свободно локализованном микроволновом разряде.-----------------69
2
4.4.1. Особенности инициированного микроволнового разряда в газах высокого давления.--------------------------------------------------69
4.4.2. Разрушение и трансформация исходного фреона.-----------------70
4.4.3 Образование --------------------------------------------------73
4.4.4. Заключение.------------------------------------------------ 74
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ-------------------------------------------------76
3
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее опасных последствий производственной деятельности человечества является происходящее в течение последних десятилетий разрушение озонного слоя Земли - естественного «щита», экранирующего все живое от губительного действия биологически активного солнечного ультрафиолетового излучения. Согласно широко распространенной точке зрения (подтверждаемой многочисленными натурными измерениями со спутников, самолетов и с помощью наземных станций) [1,2] основная причина истощения озонового слоя - выброс в атмосферу хлорфторуглеродов (фреонов), имеющих антропогенное происхождение и широко использующихся в технике и в быту.
К числу наиболее «опасных» для озона относятся такие фреоны, как СРС-12 (СТгСЬ), СРС-11 (СРСІз), СРС-113 (С2Р3СІ3) и др. Эти чрезвычайно стойкие в обычных условиях химические соединения диффундируют через всю толщу атмосферы и разлагаются за счет фотодиссоциации под действием ультрафиолетовой составляющей солнечного света в стратосфере. Отщепляющийся при этом хлор является катализатором в-реакциях уничтожения озона типа:
Фреоны, кроме того, за счет сильного поглощения инфракрасного теплового излучения участвуют в процессах, приводящих к парниковому эффекту, уступая при этом по эффективности только ЛИШЬ СОг.
Человечество могло бы избежать грозящей опасности лишь в том случае, если за грядущие десятилетие ему удалось бы придумать и осуществить способ очистки воздушного океана от хлорфторуглеродов.
Среди относительно небольшого числа опубликованных в печати предложений активной защиты и восстановления озоносферы [3-6] следует прежде всего отмстить работы Т.Стикса [3,4] и А.Вонга [5, 6].
К сожалению, ни один из представленных в литературе [3-6] способов не может быть рассмотрен как способ, полностью решающий актуальную экологическую проблему защиты и восстановление озонового слоя.
Поэтому несомненный интерес представляют новые варианты активного воздействия на окружающую среду, к числу которых может быть отнесен проект, предложенный и развиваемый в ИОФАН. Идея этого проекта основана на
С1 + 0з=>С!0 + 02 СЮ + О0СІ + О2
(В.1)
(В.2)
причем один атом хлора может разрушить до 105 молекул озона.
4
предположении, что эффективным, экономически оправданным и реализуемым на современном уровне техники средством решения озоновой проблемы является возбуждение свободнолокализованных газовых разрядов в тропосфере [7-10].
Появление в воздушной среде газоразрядной плазмы, согласно [7-10], приводит к селективному разложению примесей озоноразрушающих фреонов с последующим выводом дождями продуктов разложения из атмосферы. К числу наиболее перспективных методов возбуждения газового разряда отнесен метод, основанный на использовании мощных микроволновых пучков.
Высказанная в самом общем виде идея глобальной (или локальной) очистки тропосферного воздуха требует тщательной теоретической проработки, а также постановки лабораторных экспериментов, моделирующих предполагаемые условия атмосферного возбуждения микроволнового разряда.
Именно последнее и составляет одно из основных направлений диссертационной работы, цель которой заключается в изучении свойств свободнолокализованных газовых разрядов, возбуждаемых мощными микроволновыми пучками, и определении, эффективности их воздействия на молекулы фреона, содержащиеся в виде примеси в воздушной среде.
Помимо задачи глобальной очистки атмосферы от фреонов (или ликвидации локальных выбросов) настоящая работа стимулирована также потребностями ликвидации или утилизации накопленных человечеством запасов озоноразрушающих хлорфторуглсродов.
*
Реактор, предназначенный для разрушения экологически опасных фреонов и трансформации их в новые, относительно безвредные, стабильные продукты, должен обладать высокой производительностью и низкой энергетической ценой процесса. Исходя из накопленного за последние годы опыта, при проектировании такого рода реактора целесообразно обратиться к плазмохимии, и, прежде всего, к плазмохимии, базирующейся на термонеравновесных газовых разрядах.
В течение ряда лет в ИОФАН проводились исследования инициированного микроволнового разряда в качестве средства разрушения (трансформации) хлорофторуглеродов. В работе [11] была показана высокая эффективность такого рода разрядов (низкая энергетическая цена деструкции фреона). Однако, отсутствие подробного исследование продуктов деструкции не позволяло вплоть до последнего времени с уверенностью рекомендовать инициированный микроволновый разряд в качестве базового для плазмохимического реактора. Следует отметить также и недостаток экспериментальных данных по исследованиям физических свойств подпороговых
5
микроволновых разрядов в газах высокого давления, что не позволяет выявить основные каналы деструкции (трансформации) хлорофторуглеродов.
Изучение инициированных микроволновых разрядов, как плазменного объекта, и определение продуктов деструкции фреонов в такого рода разрядах входит в число основных задач диссертации.
Таким образом, цели диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:
- Проведение экспериментов с разрядами, возбуждаемыми в свободном пространстве пучками мощного микроволнового излучения (свободнолокализованными микроволновыми разрядами), с целью определения эффективности плазмохимической деструкции хлорофторуглеродной примеси;
- Исследование инициированных (подпороговых) микроволновых разрядов в газах высокого давления с целью определения параметров плазмы в областях контракции (разрядных «нитях» или «каналах»);
- Проведение подробных исследований продуктов деструкции фреонов в инициированном микроволновом разряде с определением баланса атомарных компонент хлорофторуглеродных молекул.
Результаты диссертационного исследования, поставленного в соответствии с указанными целями, сведены в три главы диссертации.
1-я глава диссертации носит обзорный характер и посвящена анализу возможных газоразрядных методов очистки атмосферы от фреонов и их промышленной
у
трансформации и утилизации. На основании проведенного анализа ставятся задачи диссертационной работы.
2-я глава посвящена исследованию физических характеристик несамостоятельного (инициированного) разряда высокого давления. Проведено прямое экспериментальное измерение параметров высокочастотной плазменной нити с высоким временным разрешением, позволяющих судить о времени ее формирования и продолжительности жизни.
3-й глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов разрушения и трансформации фреонов в самоподдерживающемся, свободнолокализованном микроволновом разряде.
4-я глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов разрушения и трансформации фреонов в несамостоятельном (инициированном) микроволновом разряде высокого давления. Приведена подробная схема эксперимента описаны методы
6
- Київ+380960830922