Разработка математической модели, адекватно отражающей процессы разложения органических соединений. Кинетические характеристики реакций разбиения уксусной кислоты. Концентрация формальдегида как функция времени контакта раствора с зоной разряда.
Аннотация к работе
Методы химии высоких энергий привлекают внимание многих исследователей, так как позволяют вкладывать высокие энергии в определенные степени свободы обрабатываемых соединений и добиваться высоких выходов по энергии, в частности в процессах разложения различных соединений. В настоящее время большинство исследований связано с различными плазмохимическими методами, в частности тлеющим разрядом атмосферного давления и диэлектрическим барьерным разрядом (ДБР), причем большая часть исследований связана с изучением кинетики разложения различных органических соединений, растворенных в воде. Однако изза сложности таких систем, кинетические закономерности протекающих процессов, особенно это относится к образованию промежуточных и конечных продуктов разложения органических соединений, изучены чрезвычайно недостаточно. Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач: - изучение кинетики разложения органических соединений, растворенных в воде, в ДБР и СПКП и кинетики образования продуктов деструкции; Работа выполнена в рамках программы Минобрнауки РФ «Развитие потенциала высшей школы» по проекту «Создание научных основ неравновесных каталитических и плазменно-каталитических процессов органических соединений, растворенных в воде» (№2.1.1/13241).В первой главе (обзор литературы) рассматриваются физико-химические свойства разрядов атмосферного давления с жидкими электродами, приводятся результаты измерений и расчетов концентраций основных активных частиц (Н2О2, О3, ·ОН и НО2·), а также рассматриваются основные виды разрядов, используемых для разложения различных органических соединений, растворенных в воде. Во второй главе приведено обоснование выбора объектов исследований (водные растворы ацетона, формальдегида, муравьиной, уксусной и пропионовой кислот с концентрацией 1-25 мг/л), описание экспериментальной установки, а также методик нанесения катализаторов и определения концентраций веществ в растворах и газовой фазе. В целом, достигаемая степень разложения веществ достаточно велика и составляет для уксусной и пропионовой кислот, а также формальдегида ~70 %, для ацетона - 80 %, муравьиная кислота практически полностью деструктурирует (99 %). По степени уменьшения выхода альдегидов исследуемые соединения можно расположить в следующий ряд: уксусная кислота, ацетон, муравьиная кислота и пропионовая кислота, а по уменьшению выхода оксидов углерода наблюдается следующая последовательность: уксусная кислота, пропионовая кислота, формальдегид и ацетон. Максимальная скорость разложения в ДБР наблюдалась для уксусной кислоты (2.4 моль?л-1?с-1), а минимальная для ацетона (0.67 моль?л-1?с-1), соотношение между скоростями разложения муравьиной, уксусной, пропионовой кислотами, формальдегидом и ацетоном соответственно составило 1:2.9:1.3:1.8:0.8.
План
2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
1) Е.С. Чумадова, А.А. Исакина, В.В. Рыбкин, В.И. Гриневич. Моделирование кинетики процессов разложения фенола в вертикальном проточном реакторе диэлектрического барьерного разряда атмосферного давления // Известия ВУЗОВ. Химия и хим. технология. 2009. - Т. 52. № 9. с. 43-47.
2) Е.С. Бобкова, А.А. Исакина, В.И. Гриневич, В.В. Рыбкин. Разложение органических соединений в водных растворах под действием электрических разрядов атмосферного давления // Известия ВУЗОВ. Химия и хим. технология. 2011. - Т. 54. № 6. с. 3-17.
3) Е.С. Бобкова, В.И. Гриневич, Н.А. Иванцова, А.А. Исакина, Е.Ю. Квиткова, В.В. Рыбкин. Сравнительное исследование кинетики разложения фенола и некоторых СПАВ в водных растворах в диэлектрическом барьерном разряде атмосферного давления в кислороде// Известия ВУЗОВ. Химия и хим. технология. 2011. - Т. 54. № 4. с. 110-114.
4) Е.С. Бобкова, В.И. Гриневич, А.А. Исакина, Е.Ю. Квиткова, В.В. Рыбкин. Деструкция формальдегида и ацетона, растворенных в воде, в диэлектрическом барьерном разряде атмосферного давления в кислороде// Известия ВУЗОВ. Химия и хим. Технология. 2011. - Т. 54. № 8. С. 55-58.
5) Е.С. Бобкова, А.А. Исакина, В.И. Гриневич, В.В. Рыбкин. Кинетическая модель деструкции формальдегида в водном растворе в диэлектрическом барьерном разряде атмосферного давления в кислороде// Известия ВУЗОВ. Химия и хим. технология. 2011. - Т. 54. №. 10 Стр. 85-88.
6) Е.С. Чумадова, А.А. Исакина, А.В. Александрова Моделирование кинетики разложения фенола в жидкой фазе под действием разряда атмосферного давления. Экологические проблемы промышленных городов. Сборник научных трудов. Саратов, 2009. Часть 1. с. 351-354.
7) Е.С. Чумадова, А.А. Исакина Моделирование химических процессов в вертикальном реакторе диэлектрического барьерного разряда. XXII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22». Сборник трудов. Псков 2009. Том 9, секция 10., с.146-147.
8) А.А. Исакина, Е.С. Бобкова Кинетическая модель трансформации фенола в диэлектрическом барьерном разряде. XXII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22. Летняя школа молодых ученых». Сборник трудов. Иваново 2009. Т. 11. с. 21-22.
9) А.А. Исакина, Е.С. Бобкова Моделирование процессов разложения муравьиной кислоты под действием разряда атмосферного давления XXIII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-23». Сборник трудов. Саратов 2010. Том 8. с. 28-29.
10) В.И. Гриневич, А.А. Исакина, Е.Ю. Квиткова Разложение карбоновых кислот, растворенных в воде, в диэлектрическом барьерном разряде. XIII Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии-2010». Тезисы докладов. Иваново 2010. с. 506
11) А.А. Исакина, Е.С. Бобкова, И.Е. Прямилова Механизм разложения формальдегида под действием разряда атмосферного давления. Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского: мат-лы Междунар. конф. 3-4 июня 2010 г.: в 2 т. / гл. ред. В.М. Юрьев; Администрация Тамб. обл. [и др.]. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010. с. 85-88
12) А.А. Исакина, Е.С. Бобкова, Л.В. Головчак Кинетика деструкции уксусной кислоты при очистке сточных вод в поверхностно-барьерном разряде. Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского: мат-лы Междунар. конф. 3-4 июня 2010 г.: в 2 т. / гл. ред. В.М. Юрьев; Администрация Тамб. обл. [и др.]. Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010. с. 81-84.
13) Е.С. Бобкова, А.А. Исакина Применение диэлектрического барьерного разряда атмосферного давления в кислороде для разложения уксусной кислоты в ее водном растворе. Тезисы докладов XXXVIII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. Г. Звенигород, 2011 г. - М.: ЗАО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2011. - с. 212.
14) Е.С. Бобкова, Гриневич В.И., Исакина А.А., Рыбкин В.В Механизмы деструкции уксусной кислоты под действием разряда атмосферного давления. VI Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: сборник трудов/Иван. Гос. Хим.-технол. Ун-т. Иваново, 2011. - с. 61-64.
15) Е.С. Бобкова, Гриневич В.И., Исакина А.А., Пластинина Н.А., Рыбкин В.В. Разложение некоторых СПАВ в диэлектрическом барьерном разряде атмосферного давления в кислороде в присутствии гетерогенных катализаторов. VI Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: сборник трудов/Иван. Гос. Хим.-технол. Ун-т. Иваново, 2011. - с. 75-78.
16) Е.С. Бобкова, Гриневич В.И., Исакина А.А., Рыбкин В.В. Применение неравновесных разрядов для процессов очистки воды от органических загрязнений. VI Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: сборник трудов/Иван. Гос. Хим.-технол. Ун-т. Иваново, 2011. - с. 385-387.