СОЖЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
§ 1.1. Методы очистки отходящих газов различных производств от вредных веществ.
§ 1.1.1. Традиционные методы очистки.
§ 1.1.2. Методы химии высоких энергий.
§ 1.2. Совокупность реакций, протекающих в воздушной плазме барьерного разряда и механизмы, отвечающие за образование и гибель активных частиц.
§ 1.3. Трансформация органических соединений в барьерном разряде.
§ 1.3.1. Механизм и продукты полимеризации органических соединений в барьерном разряде.
§ 1.3.2. Химизм деструкции органических соединений до газообразных продуктов в барьерном разряде. § 1.4. Цели работы и постановка задач исследования.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫ1ЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
§ 2.1. Описание экспериментальной установки.
§ 2.2. Определение концентрации бензола.
§ 2.3. Определение концентрации озона.
§ 2.4. Определение концентрации оксидов азота.
§ 2.5. Определение концентраций газообразных продуктов деструкции бензола.
§ 2.6. Изучение кинетики полимеризации бензола и состава образующегося полимера § 2.7. Хромато-масс спектроскопический анализ продуктов деструкции бензола в БР.
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
§ 3.1. Кинетика трансформации озона и оксидов азота в БР в воздухе.
§ 3.2. Основные закономерности трансформации бензола в барьерном разряде в воздухе.
§ 3.3. Кинетика полимеризации бензола в барьерном разряде. § 3.4. Идентификация основных газообразных продуктов деструкции бензола и химизм трансформации бензола в барьерном разряде.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
3
ВВЕДЕНИЕ
Проблема изменения атмосферы и климата является одной из наиболее важных и наиболее часто обсуждаемых, поскольку уровень возмущения атмосферы превышает допустимый по многим независимым оценкам. Внимание исследователей привлекает проблема воздействия на атмосферу органических веществ разных классов, в частности ароматических соединений. Загрязнение воздуха газообразными углеводородами или парами органических веществ, используемых как в качестве растворителей, так и исходных компонентов и побочных продуктов в органическом синтезе, является неизбежным атрибутом многих химико-технологических процессов. Данная группа соединений оказывает влияние на атмосферный цикл соединений азота, что приводит к образованию целого ряда весьма токсичных соединений, в частности пероксиацетил-нитратов (ПАН) [1].
Выбор бензола в качестве объекта исследования объясняется тем, что во-первых, он является простейшим представителем своего гомологического ряда, во-вторых, относится к летучим органическим соединениям (ЛОС), использование которых, ограниченно международным соглашением [2].
Для уменьшения уровня воздействия на нижние слои атмосферы летучими органическими соединениями в настоящее время применяют довольно эффективные методы, такие как адсорбция, абсорбция, термическое и термокаталитическое окисление, биологические методы очистки. Однако этим методам присущ ряд недостатков [3,41.
Пятая Международная конференция по новым окислительным технологиям для сохранения воды и воздуха, состоявшаяся с 24 но 28 мая 1999 года в г. Альбукерке (США) показала применимость методов химии высоких энергий (к примеру, барьерного разряда (ЬР)) для очистки газовых выбросов от органических и неорганических соединений [5].
Результаты многочисленных работ по исследованию возможности применения поверхностно-барьерного разряда (ПБР) для защиты атмосферы от выбросов летучих органических соединений показывают как высокую степень
10
торов очистки газовых выбросов проведены физико-химические исследования отработанного природного сорбента (опоки), используемого для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Установлен ее состав (оксиды 81, А1, Ре, Си, М^), удельная поверхность - 100 м2/т и содержание адсорбированного металла — 0,15*3,5 % масс. Оказалось, что наибольшую активность проявил катализатор Си/опока. При температуре 300 °С степень глубокого окисления бензола составляет 95 %.
В проточном реакторе с насадкой сотового типа, активным веществом которой являлся оксид ниобия (V), исследовано фотостимулированное окисление толуола, присутствующего в воздухе в концентрациях 30-345 мг/м3 [21]. Зависимость максимального значения скорости окислительного разрушения толуола от начальной его концентрации в воздухе имеет экстремальный характер. Это свидетельствует, по мнению авторов, о конкурентном протекании нескольких процессов на поверхности N6205: адсорбция толуола, образование и адсорбция продуктов полного и неполного окисления, дальнейшее их взаимодействие между собой. Установлено, что целесообразно проведение фотокаталитического окисления толуола при начальных его концентрациях не превышающих 100 мг/м3. Увеличение влажности воздуха значительно снижает скорость разрушения толуола из-за конкурентной сорбции молекул воды. Введение в реактор озона в концентрации 0,20±0,01 г/м' при освещении (после установления квазистационарного состояния) приводит к резкому возрастанию скорости превращения толуола.
Недостатки каталитических методов связаны чаще всего с проблемами поиска, приготовления дешевых катализаторов и обеспечения их длительной эксплуатации. Кроме того, каталитическое обезвреживание в неподвижном слое катализатора оказывается затруднительным в случае переменных нагрузок и изменяющихся концентраций.
Совершенствование традиционных методов очистки (абсорбция, адсорбция, термическое дожигание, конденсация) и развитие новых (каталитические, мембранные, биохимические) в основном преследуют цель уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат (главным образом энергетиче-
11
ских) на их осуществление. Однако указанные выше методы очистки воздуха, даже наиболее перспективные из них, в частности глубокое окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах при температуре 250-450 °С, эффективны при содержании углеводородной примеси не менее 1 г/м3, а массовая концентрация примесей составляет в различных случаях от 0,1 до 10 г/м'. Надежды на прогресс в области тонкой очистки воздуха связывают с использованием газоразрядных реакторов с низкотемпературной неравновесной плазмой, возбуждаемой при атмосферном давлении.
$ 1.1.2. Методы химии высоких энергий.
С 25 по 30 июня 1994 года в г. Лондоне (Канада, провинция Онтарио) состоялась I Международная конференция по передовым окислительным технологиям защиты воды и воздуха [22]. В докладе У. Глазе (США) отмечено, что эта область науки и техники еще не достаточно развита. Значительное место в докладе заняла проблема побочных продуктов. Ш. Дхали, Б. Пашайе и Ф. Хонса (США) представили данные о применении диэлектрического барьерного разряда для обработки выбросных газов. Они обнаружили, что такая обработка приводит к удалению 80 и 90 % S02 при содержании 775 и 300 м.д. В работе Дж. Кугана, М. Броуера, М. Канга и Л. Росоча (США) для анаюгичной цели использован тихий разряд. Найдено, что его воздействие обуславливает разрушение хлорсодержащих органических веществ, толуола, n-кумола и др.
Пятая Международная конференция по новым окислительным технологиям для сохранения воды и воздуха, состоявшаяся с 24 по 28 мая 1999 года в г. Альбукерке (США) показала применимость методов химии высоких энергий (к примеру, плазма барьерного разряда) для очистки газовых выбросов от органических и неорганических соединений [5]. В докладе М. Найгера и соавторов (Германия) обсуждены результаты экспериментальных и теоретических исследований удаления NOx из дизельных выбросов с помощью диэлектрического барьерного разряда. Найдено, что главный канал удаления
- Київ+380960830922