تنفيذ مفاعل بلازما دوامة زائدية لإزالة الملوثات الدقيقة في الماء

Roman Klymenko; Elmar C. Fuchs; Jakob Woisetschläger; Luewton L. F. Agostinho; Wilfred F. L. M. Hoeben

doi:10.3791/68572

Method Article

تنفيذ مفاعل بلازما دوامة زائدية لإزالة الملوثات الدقيقة في الماء

DOI:

10.3791/68572

⸱

July 25th, 2025

Roman Klymenko¹^,² , Elmar C. Fuchs¹^,³ , Jakob Woisetschläger⁴ , Luewton L. F. Agostinho¹^,⁵ , Wilfred F. L. M. Hoeben²

¹Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology, ²Department of Electrical Engineering, Electrical Energy Systems group, Eindhoven University of Technology, ³Optical Sciences Group, Faculty of Science and Technology (TNW), University of Twente, ⁴Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics, Graz University of Technology, ⁵Water Technology Research Group, NHL Stenden University of Applied Sciences

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة منهجية توليد ستة أنواع مختلفة من تصريفات البلازما داخل مفاعل البلازما الدوامي الزائدي لتحلل الملوثات الدقيقة في الماء ، بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية والمواد المتعددة فلورو ألكيل (PFAS).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد وجود الملوثات الدقيقة في المياه مصدر قلق بيئي ملح بشكل متزايد. في حين أن بعض الملوثات الدقيقة قابلة للتحلل البيولوجي بسهولة ، فإن البعض الآخر ، مثل المواد البير والبولي فلورو ألكيل (PFAS) ، شديد الثبات ومقاوم لتقنيات معالجة المياه التقليدية. تم التحقيق في المعالجة القائمة على البلازما لإزالة التلوث من المياه ومياه الصرف الصحي لعقود من الزمن ، حيث أظهرت الدراسات الحديثة فعاليتها العالية في تحلل كل من PFAS قصيرة وطويلة السلسلة. هنا ، يتم الجمع بين معالجة النفايات القائمة على البلازما مع دوامة مائية زائدية سطحية حرة ، والتي لها معامل نقل كتلة حجمي للأكسجين يتجاوز معامل الأنظمة المماثلة. يمكن استخدام أنواع مختلفة من تصريف البلازما لمثل هذه التطبيقات ، كل منها يتطلب تكوينات محددة لإمدادات الطاقة واستراتيجيات تشغيلية. يمثل استخدام الإشارات النبضية ، على وجه الخصوص ، تحديات هندسية فريدة. تستكشف هذه الدراسة توليد وتوصيف ستة أنواع مختلفة من تصريف البلازما داخل مفاعل البلازما الدوامة الزائدية: أحادي القطب النبضي (سلبي وإيجابي) ، "وميض أوف" ثنائي القطب النبضي ، قوس التيار المتردد والتيار المستمر ، وتفريغ التوهج. تم تحليل خصائص النبض للتصريفات النبضية أحادية القطب وثنائية القطب ، وتم تقييم كفاءتها في تحلل PFAS. من بين التكوينات المختبرة ، أظهر تفريغ الوميض ثنائي القطب أعلى كفاءة في التحلل في مفاعل البلازما الدوامي الزائدي. ومع ذلك ، فإن تنفيذه العملي يطرح تحديات هندسية كبيرة ، مما يجعل استخدامه صعبا على نطاق أوسع.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعتبر الهياكل الحلزونية أساسية للطبيعة ، وتؤثر على الظواهر التي تتراوح من الترتيب المجهري للحمض النووي إلى التكوينات الشاسعة للمجرات¹^،². في ديناميكيات السوائل ، تظهر التدفقات الحلزونية خصائص فريدة للخلط ونقل الطاقة والاستقرار ، والتي يمكن تسخيرها للتطبيقات الهندسية^{المبتكرة 3}. مستوحاة من أنماط التدفق الطبيعي هذه ، تم التحقيق في دوامات المياه الزائدية لقدرتها على تعزيز التهوية وتمكين تقنيات معالجة المياه المتقدمة⁴^،⁵^،⁶^،⁷. تستكشف هذه الدراسة تكامل ديناميات الدوامة الزائدية مع تصريف البلازما من أجل تحلل الملوثات الدقيقة الثابتة ، ولا سيما المواد البير والبوليفلورو ألكيل (PFAS).

كان البحث الأولي في الممرات الزائدية مدفوعا بكفاءتها في التهوية ، وهي عملية حاسمة في معالجة المياه. تعمل هذه الدوامات المحصورة هندسيا على تحسين تفاعلات الغاز والسائل بشكل كبير ، وبالتالي زيادة معدلات نقل الأكسجين مع تقليل استهلاك الطاقة⁷. يتم تقديم شرح مفصل لتكوين وتشغيل دوامات المياه الزائدية في مكان آخر⁶. سرعان ما أصبح من الواضح أن الدرجة العالية من الخلط وزيادة مساحة السطح التي أدت إلى قدرة التهوية العالية هذه يمكن استخدامها بشكل أكبر لتدهور الملوثات. بناء على هذه الفكرة ، تم إدخال تصريف البلازما في نظام الدوامة ، مما أدى إلى إنشاء نهج هجين جديد لإزالة الملوثات الدقيقة⁸.

تشكل الملوثات الدقيقة ، بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية ومبيدات الآفات و PFAS ، تحديات بيئية وصحية عامة كبيرة بسبب استمرارها ومقاومتها لطرق معالجة المياه التقليدية⁹. من بين هذه ، تعتبر PFAS - التي يشار إليها عادة باسم "المواد الكيميائية إلى الأبد" - مشكلة خاصة بسبب روابطها القوية بين الكربون والفلور ، والتي تمنح استقرارا شديدا وإمكانات تراكمية^{بيولوجية 10}^،¹¹.

تم تطوير مجموعة واسعة من التقنيات لمعالجة تلوث PFAS ، بما في ذلك الامتزاز باستخدام الكربون المنشط¹²^،¹³ وفصل الأغشية¹⁴. على الرغم من فعاليتها في التقاط PFAS ، إلا أن هذه الأساليب غير مدمرة وتولد تدفقات نفايات ثانوية. يصبح الكربون المنشط مكلفا بسبب احتياجات التجديد المتكررة - خاصة عند الأحمال العالية ل PFAS - ويتنافس مع الملوثات المشتركة ، بينما تركز أنظمة الأغشية PFAS في محلول ملحي للنفايات تتطلب مزيدا من المعالجة.

تهدف عمليات الأكسدة المتقدمة (AOPs) مثل الأكسدة الكهروكيميائية ، والأوزون ، والأنظمة القائمة على الأشعة فوق البنفسجية ، وأكسدة الماء فوق الحرجة إلى تحلل PFAS بدلا من فصلها¹⁵^،¹⁶. ومع ذلك ، فإنهم غالبا ما يعانون من ارتفاع الطلب على الطاقة ، وضعف الانتقائية (خاصة بالنسبة ل PFAS قصير السلسلة) ، وتوليد منتجات ثانوية ضارة أو تدهور غير كامل.

اكتسبت التقنيات القائمة على البلازما مؤخرا اهتماما كطريقة مدمرة واعدة ، حيث توفر تدهورا سريعا ل PFAS عبر أطوال السلاسل¹⁷^،¹⁸^،¹⁹^،²⁰. ومع ذلك ، تشير معظم الدراسات إلى انخفاض الأداء على PFAS قصير السلسلة ، والذي يتم إنشاؤه بشكل متكرر كمنتجات ثانوية وسيطة أثناء عملية العلاج. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون العلاج بالبلازما وحده كثيف الاستخدام للطاقة ويصعب قياسه.

تم استكشاف أنواع مختلفة من تصريف البلازما لتطبيقات معالجة المياه. وتشمل هذه توهج التيار المباشر (DC) وتصريفات القوس ، وتصريفات التيار المتردد (AC) ، وتفريغ الهالة النبضية ، وتفريغ الحاجز العازل (DBD) ، وتفريغ القوس الانزلاقي⁸^،²¹^،²²^،²³^،²⁴. يظهر كل نوع من أنواع تصريف البلازما خصائص مميزة في توليد الأنواع التفاعلية وتوزيع الطاقة ومسارات تحلل الملوثات. بينما يعمل تفريغ التوهج في درجات حرارة منخفضة ويوفر تأين موحدا ، فإن تفريغ القوس يوفر تسخينا موضعيا مكثفا ، مما يجعله فعالا في تكسير الملوثات العضوية الثابتة²⁵^،²⁶^،²⁷. وتتميز التصريفات النبضية، مثل البلازما النبضية أحادية القطب والبلازما الثنائية القطب، بكثافتها العالية للطاقة وتوليد أنواع تفاعلية عابرة، مما يساهم في تعزيز كفاءة تحلل الملوثات الدقيقة عند متطلبات الطاقة^{المعتدلة 8}.

توضح هذه الدراسة طريقة لتوليد وتشغيل ستة أنواع مختلفة من تصريفات البلازما داخل مفاعل البلازما الدوامة الزائدية: (أنا) سلبي أحادي القطب النبضي ، (ثانيا) إيجابي أحادي القطب النبضي ، (ثالثا) "وميض" ثنائي القطب النبضي ، (رابعا) قوس التيار المتردد ، (ت) قوس التيار المستمر ، و (سادسا) تفريغ التوهج. كل من أوضاع التفريغ هذه له تفاعلات فريدة مع الدوامة الزائدية ، مما يؤثر على توليد أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية (RONS) ، والأشعة فوق البنفسجية ، والموجات الصدمية ، والإلكترونات النشطة ، والإلكترونات المذابة ، وكلها تساهم في تدهور الملوثات. يتم تصوير تكوينات القطب الكهربائي لكل نوع من أنواع تفريغ البلازما المستخدمة في التجارب في الشكل 1. يتيح دمج أنماط تصريف البلازما هذه مع الخلط الناجم عن الدوامة تحسين نقل الكتلة وتحسين الاتصال بين الملوثات والأنواع التفاعلية ، مما يؤدي إلى تحلل أكثر فعالية للملوثات الدقيقة.

كما هو موضح في²⁸^،²⁹ ، فإن إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي موجبة تعزز كفاءة التحلل من خلال تعزيز نقل جزيئات PFAS إلى واجهة البلازما والماء ، حيث تحدث العمليات التفاعلية الأكثر كثافة. تشير النتائج إلى أن هذا النظام يحقق تدهورا شبه كامل ل PFAS مع الحفاظ على الجدوى التشغيلية.

بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح في مكان آخر³⁰ ، لم تظهر العينات الملوثة ب PFAS المعالجة في مفاعل بلازما دوامة زائدية تحت جو هوائي أي زيادة في السمية الخلوية أو السمية الجينية. تدعم هذه النتائج أيضا إمكانات هذه التكنولوجيا كنهج واعد لإزالة PFAS.

تمتد الآثار المترتبة على هذا البحث إلى ما هو أبعد من تدهور PFAS. يوفر الجمع بين الخلط المستحث بالدوامة الزائدية ومعالجة البلازما حلا قابلا للتطوير وقابلا للتكيف لتحديات معالجة المياه المختلفة ، من إزالة الملوثات العضوية إلى الأكسجين المعزز. وستركز الدراسات المستقبلية على تحسين تشكيلات المفاعلات، والتحقيق في مصير المنتجات الثانوية للتحلل، وتقييم أداء النظام على المدى الطويل في تطبيقات العالم الحقيقي.

من خلال الجمع بين ديناميكيات السوائل المستوحاة من الطبيعة وكيمياء البلازما المتقدمة ، تمهد هذه الدراسة الطريق لتقنيات معالجة المياه الأكثر استدامة وفعالية التي تعالج القضايا البيئية الحرجة مع تقليل استهلاك الطاقة والموارد.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. توصيات عامة

قبل التعامل مع الإعداد التجريبي ، قم بتفريغ أي شحنة ثابتة متراكمة عن طريق لمس الأجزاء الموصلة بعصا تأريض.
افحص جميع التوصيلات الهيدروليكية والكهربائية للإعداد للتأكد من سلامتها ووظائفها المناسبة.
ابدأ تشغيل المضخات بمعدل تدفق منخفض (80 لتر ^{في الساعة -1}) باستخدام الماء النظيف وتحقق من عدم وجود تسرب.
تأكد من خلو المفاعل من تسرب الغاز عن طريق تطهيره بالهواء المضغوط عند 1 ضغط جوي وتطبيق محلول الماء والصابون على جميع التوصيلات.
ملاحظة: إذا ظهرت فقاعات بعد تنفيذ الخطوة 1.4 ، فهذا يشير إلى تسرب الغاز الذي يجب تحديده وإغلاقه قبل المعالجة.

2. الإعداد التجريبي

إعداد بلازما الدوامة الزائدية (الشكل 2)
1. قم بتفريغ جميع المكونات المعدنية عن طريق لمسها بعصا تأريض.
  ملاحظة: في حالة وجود شحنة متبقية بعد العمل بجهد عال ، ستحدث شرارة مرئية ومسموعة بين عصا التأريض والمكون المشحون.
2. قم بتنشيط مستشعر Dräger (12 في الشكل 2) ، عن طريق الضغط مع الاستمرار على زر OK لمدة ثلاث ثوان لتمكين اكتشاف الأوزون والنتريت والأكسجين الناتج عن البلازما. ضع المستشعر داخل الخزانة اليمنى للتحقق من تسرب الغاز المحتمل.
3. قم بتوصيل خزان المياه (14 في الشكل 2) الذي يحتوي على ماء منزوع الأيونات بالإعداد عبر خط الخرطوم المخصص.
4. ابدأ تشغيل المضخة الأساسية بالضغط على زر التشغيل ، لإدخال الماء في القمع القطعي ، مما يضمن معدل تدفق 85 لتر ^{في الساعة -1} ، والذي يتجاوز قليلا العتبة المطلوبة لتشكيل الدوامة^{المرغوبة 6}.
  ملاحظة: عند معدلات التدفق الأعلى ، قد يرتفع مستوى الماء في المفاعل قليلا فوق المستوى الأمثل المطلوب للتشغيل المستقر.
5. ابدأ تشغيل المضخة الثانوية بالضغط على زر التشغيل ، مما يضمن معدل تدفق 10 لتر ^{في الساعة -1} لاستخراج الماء من الجزء العلوي من القمع الزائدي ، وبالتالي تثبيت مستوى الماء والحفاظ على مسافة ثابتة بين الأقطاب الكهربائية وسطح الماء.
  ملاحظة: يضمن استخدام كل من المضخات الأولية والثانوية مستوى مياه مستقرا في المفاعل. قد يؤدي تشغيل المضخة الأساسية فقط إلى تقلبات في مستوى الماء.
6. بمجرد تحقيق دوامة مستقرة وعدم اكتشاف أي تسريبات ، استبدل الماء النظيف بالعينة التجريبية وكرر الخطوتين 2.1.3 و 2.1.4.
7. إذا لزم الأمر ، قم بضبط المسافة من القطب إلى الماء لتحسين تكوين البلازما.
8. تطهير المفاعل بتدفق منخفض للهواء المضغوط (0.1 ضغط جوي) لتحقيق الاستقرار في الغلاف الجوي الداخلي وضمان ظروف تصريف البلازما المثلى³¹.
9. في حالة استخدام مادة خافضة للتوتر السطحي كاتيونية ، قم بتوصيل خزان إضافي يحتوي على محلول الفاعل بالسطح وأدخله عبر مضخة جرعات بالتركيز المطلوب قبل مدخل المفاعل.

3. أنواع مختلفة من تصريفات البلازما

تفريغ قوس التيار المستمر
1. استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 3 أ.
2. قم بتوصيل مخرجات الجهد العالي الموجبة والسالبة من مقوم الجسر بالأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق سطح دوامة الماء.
  ملاحظة: إذا كنت تعمل بقطبية واحدة (سواء كانت موجبة أو سلبية) ، فقم بتأريض الطرف المعني وتعمل حصريا بالقطبية المفضلة.
3. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة التيار المتردد بجهد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي.
4. أشعل تفريغ البلازما عن طريق زيادة الجهد تدريجيا (0 فولت إلى 250 فولت) باستخدام الموار.
تفريغ قوس التيار المتردد
1. استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 3 ب.
2. قم بتوصيل كل من مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق سطح دوامة الماء.
  ملاحظة: في حالة التشغيل بمخرج واحد ، قم بتأريض الطرف المعني.
3. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة التيار المتردد بجهد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي.
4. أشعل تفريغ البلازما عن طريق زيادة الجهد تدريجيا (0 فولت إلى 250 فولت) باستخدام الموار.
تفريغ التوهج في جو الهيليوم
1. استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 4.
  ملاحظة: يمكن استخدام دوائر كهربائية مختلفة اعتمادا على متطلبات تفريغ التوهج المحددة (الشكل 3 والشكل 4 والشكل 5 والشكل 6).
2. قم بتوصيل مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق سطح دوامة الماء.
  ملاحظة: يتشكل تفريغ التوهج بين أقطاب كهربائية ذات قطبية معاكسة. يؤدي ضبط عدد الأقطاب الكهربائية وموضعها إلى تعديل طوبولوجيا التفريغ.
3. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة التيار المتردد بجهد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي.
4. أدخل الهيليوم بمعدل التدفق المفضل عن طريق فتح صمام الغاز.
  ملاحظة: اترك وقتا كافيا للهيليوم ليحل محل الهواء المحيط. ينتقل لون تفريغ التوهج من اللون الأرجواني إلى الأبيض مع زيادة تركيز الهيليوم. معدلات التدفق العالية لغاز الهيليوم تعزز سطوع التفريغ.
5. أشعل تفريغ البلازما عن طريق زيادة الجهد تدريجيا من 0 فولت باستخدام المفارق حتى يحدث انهيار كهربائي بين الأقطاب الكهربائية وانتقال البلازما من تفريغ التوهج إلى تفريغ القوس.
  ملاحظة: قد يؤدي الجهد الزائد إلى تحويل تفريغ التوهج إلى تفريغ قوس نابض بسبب تأثيرات المكثف في الدائرة.
ثنائي القطب "الفلاش" النبضي
1. استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 4.
2. قم بتوصيل مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق سطح دوامة الماء.
  ملاحظة: تسمح الدائرة في الشكل 4 بتكوين قطب كهربائي مرن. في هذه الدراسة ، تم استخدام 16 قطبا كهربائيا.
3. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة التيار المتردد بجهد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي.
4. أشعل تفريغ البلازما عن طريق زيادة الجهد تدريجيا (0 فولت إلى 250 فولت) باستخدام الموار.
تصريفات غاسل نبضي إيجابي وسالب أحادي القطب
1. استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 5 أو الشكل 6 للتفريغ الموجب أو السالب ، على التوالي.
2. قم بتوصيل خرج الجهد العالي المعني (موجب أو سالب) بالأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق سطح دوامة الماء.
3. قم بتوصيل الطرف المقابل بفجوة شرارة وتأريض الطرف الآخر.
  ملاحظة: بدلا من ذلك ، يمكن تأريض فجوة الشرارة عبر قطب كهربائي مغمور في المياه الأرضية للمفاعل.
4. قم بتطهير فجوة الشرارة بالهواء المضغوط (0.5-1 ضغط جوي) عن طريق فتح صمام الغاز وضبط التدفق لضمان جو داخلي مستقر والحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
  ملاحظة: تؤثر الاختلافات في تكوين الغاز ودرجة الحرارة والضغط وتباعد الأقطاب الكهربائية داخل فجوة الشرارة على خصائص البلازما.
5. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة التيار المتردد بجهد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي.
6. أشعل تفريغ البلازما عن طريق زيادة الجهد تدريجيا (0 فولت إلى 250 فولت) باستخدام الموار.
إنهاء التجربة
1. توقف عن تشغيل الجهد العالي عن طريق تقليل جهد متغير ، وإيقاف تشغيل مصدر الطاقة ، وإشراك مفتاح الأمان.
2. إذا كان ذلك ممكنا ، أوقف مضخة الجرعات للفاعل بالسطح الكاتيوني.
3. أغلق جميع صمامات الغاز للهيليوم والهواء المضغوط إذا تم استخدامها.
4. تحقق من تأريض جميع المكونات المعدنية عن طريق لمسها بعصا تأريض.
5. اتجاه تدفق المضخة العكسي لنقل العينات المعالجة مرة أخرى إلى خزان المياه.
6. اشطف الإعداد عن طريق تدوير الماء النظيف و / أو المذيب العضوي عبر النظام.
7. جمع النفايات والتخلص منها بشكل صحيح ، وضمان الامتثال للوائح السلامة للمواد الخطرة.
8. قم بإجراء فحص نهائي للتأكد من إيقاف تشغيل جميع المكونات ، وعدم وجود تسريبات ، وأن الإعداد آمن للاستخدام اللاحق.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعمل الدوائر الكهربائية الموضحة في الشكل 3 والشكل 4 والشكل 5 والشكل 6 على النحو التالي: ينظم متغير (V) ، المتصل بشبكة التيار المتردد 230 فولت ، جهد الدخل ويزوده بمحول نيون (T) ، والذي يرفع الجهد إلى التيار المتردد عالي الجهد. ثم يتم تحويل هذا التيار المتردد عالي الجهد إلى تيار مستمر عالي الجهد بواسطة مقوم جسر يتكون من صمامات ثنائية (D_1-D ₄). تشحن إشارة التيار المستمر الناتجة المكثفات (C_x) ، ويتم توزيع التيار عبر فروع متعددة من خلال صمامات ثنائية إضافية (D_x). يتم تضمين مقاومات النزيف (R_x) لضمان التفريغ التدريجي للمكثفات بعد إيقاف تشغيل النظام. في تكوين التفريغ أحادي القطب ، يتم استخدام فجوة شرارة (SG) لربط المحطات المؤرضة للمكثفات على جانب القطبية غير النشطة.

يوضح الشكل 7 تحليلا مقارنا لملفات تعريف نبض التيار والجهد لتصريفات البلازما أحادية القطب الإيجابية وأحادية القطب والسلبية أحادية القطب وثنائية القطب. كانت مدة نبضة التفريغ الوميض أقصر بحوالي أمرين من النبضات أحادية القطب (0.6 ميكرو ثانية مقابل 60 ميكرو ثانية ، على التوالي). علاوة على ذلك ، كان تيار الذروة لتفريغ الفلاش (3.4 أمبير) أعلى بكثير مقارنة بالنبضات أحادية القطب الموجبة (60 مللي أمبير) والسالبة (30 مللي أمبير). في حالة النبضات أحادية القطب ، تنتشر خيوط البلازما على طول سطح الماء. على العكس من ذلك ، بالنسبة لتفريغ الوميض ، يتم إنشاء قناة بلازما من خلال واجهة الغاز والماء بين الكاثود والأنود. عندما تتلاقى خيوط البلازما ذات الأقطاب المعاكسة على سطح الماء ، فإنها تخلق قناة بلازما موصلة منخفضة المقاومة ، مما يعزز حركة الجسيمات المشحونة. يرتبط هذا الانخفاض في المعاوقة بمدة النبضة الأقصر التي لوحظت في نظام تفريغ الوميض.

يعرض الشكل 8 محاكاة LTspice³² لفرق الجهد أثناء شحن المكثف والتفريغ السريع ، المقابلة للدوائر الكهربائية الموضحة في الشكل 4 والشكل 5 والشكل 6. توضح المحاكاة شحن المكثف من خلال تحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر عبر مقوم جسر عالي الجهد. نظرا لأنه لا يمكن محاكاة تفريغ البلازما مباشرة في LTspice ، فقد تم تنفيذ مفتاح يتم التحكم فيه بالجهد لمحاكاة الانهيار. عند التشغيل ، يحدث انخفاض سريع في الجهد. في حين أن الشكل التفصيلي لنبضة التفريغ لا يمكن نمذجتها - نظرا لاعتمادها على عوامل مثل الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة وفجوة القطب الكهربائي والتوصيل المائي - توضح المحاكاة بوضوح وظائف الدوائر المقترحة وقدرتها على توليد إشارات نبضية بتكوينات قطبية مختلفة.

يرسم الشكل 9 الطاقة لكل نبضة واستهلاك الطاقة لأنواع التصريفات الثلاثة. تم قياس مدخلات الطاقة للتفريغ أحادي القطب الموجب عند 1.8 واط ، والتفريغ السالب أحادي القطب عند 1.6 واط ، والتفريغ الوميض عند 1.2 واط. لذلك ، عند طاقة بلازما معينة ، تتوافق مدة معالجة البلازما بشكل مباشر مع إجمالي مدخلات الطاقة. يمكن العثور على وصف مفصل لمنهجية قياس الطاقة في⁸.

يوضح الشكل 10 التغيرات في كيمياء المياه بعد 75 دقيقة من معالجة البلازما في جو هوائي باستخدام أنواع التصريف الثلاثة. تشمل المعلمات الرئيسية التي تم تحليلها الأس الهيدروجيني ، وإمكانات تقليل الأكسدة (ORP) ، والتوصيل الكهربائي (EC) ، وتركيزات الأكسجين التفاعلي (بيروكسيد الهيدروجين H₂O₂) وأنواع النيتروجين (النتريت NO₂^- والنترات_{NO 3}^-). من بين التصريفات الثلاثة ، تسبب تفريغ الفلاش الإضافي في حدوث التغيرات الكيميائية الأكثر وضوحا وأعلى إنتاج ل RONS. على الرغم من الحاجة إلى أقل مدخلات طاقة (1.2 واط ، الشكل 9) ، أظهر تفريغ الوميض أعلى كفاءة معالجة. يمكن أن يعزى ذلك إلى مدة النبض القصيرة ، والتي تمنع اللافتات من الانتقال إلى أقواس ساخنة مع تبديد أومي كبير ، وبالتالي تعزيز احتمالية التأين وتوليد الأنواع التفاعلية.

بالإضافة إلى ذلك ، ينشئ تفريغ الوميض قناة بلازما بين قطبين كهربائيين مشحونين بشكل معاكس موضوعين في واجهة البلازما والماء ، ويمتد طوله حوالي 5 سم. يزيد هذا التكوين بشكل كبير من مساحة تفاعل البلازما والماء مقارنة بالنبضات أحادية القطب ، وبالتالي تعزيز إنتاج الأنواع التفاعلية وتسهيل معالجة أكثر فعالية للطور السائل.

تم تحليل جميع عينات PFAS بواسطة قياس الطيف الكتلي الكروماتوغرافيا السائلة. تم استخدام عمود (1.8 ميكرومتر ، 50 × 2.1 مم) للتحليل. لضمان استقرار العينة ، تم تخفيفها بنسبة 1: 1 بالميثانول ، وتم نقل 1 مل من العينة المخففة إلى قارورة كاتيونية بلاستيكية. تم تقييم إزالة الفلور عن طريق قياس تركيز أيونات الفلورايد الحرة في عينات المياه باستخدام قطب الفلورايد المركب.

يناقش الشكل 11 تحلل حمض السلفونيك المشبع بالفلور أوكتين (PFOS) بمرور الوقت للتركيزات الأولية البالغة 14 ميكروغرام · L⁻¹ ± 5٪ و 240 ميكروغرام · L⁻¹ ± 5٪. وأظهر التفريغ الوميض أعلى كفاءة في تحلل سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور بينما يتطلب أقل مدخلات للطاقة. وبالتالي ، تم إجراء التجارب اللاحقة حصريا مع تفريغ الوميض لتحسين أداء العلاج.

يوضح الشكل 12 تدهور مصفوفة PFAS ، التي تتكون من جزيئات ذات أطوال سلسلة متفاوتة ، إلى جانب المنتجات الثانوية للتحلل المكتشفة. في حين أظهرت PFAS طويلة السلسلة كفاءات تحلل تتجاوز 92٪ بعد 75 دقيقة من المعالجة ، أظهرت PFAS ذات السلسلة الأقصر معدلات تحلل أقل بكثير. علاوة على ذلك ، ظهرت مركبات PFAS قصيرة السلسلة (حمض البيرفلوروهيكسانويك (PFHxA) ، وحمض البيرفلوروبينتانويك (PFPeA) ، وحمض البيرفلوروبوتانويك (PFBA)) كمنتجات ثانوية للتحلل للجزيئات طويلة السلسلة ، مع عدم وجود تحلل ملحوظ لهذه الأنواع الأقصر. يمكن تفسير ذلك من خلال الخصائص الفيزيائية والكيميائية المميزة ل PFAS. تميل PFAS طويلة السلسلة ، التي تمتلك خصائص قوية للتوتر السطحي ، إلى التراكم عند الواجهة بين الغاز والسائل أو الالتصاق بالأسطح ، مما يسهل التفاعل مع الأنواع النشطة الناتجة عن البلازما. في المقابل ، تظهر PFAS قصيرة السلسلة قدرا أكبر من المحبة للماء وتميل إلى البقاء مشتتة في المحلول السائب ، مما يحد من تعرضها المباشر للبلازما³³. كما ذكر^{سابقا 31} ، فإن مسار التحلل الأساسي ل PFAS في أنظمة البلازما ينطوي على تفاعلات مع الأنواع التفاعلية الناتجة عن البلازما مثل الإلكترونات والأيونات وجذور الهيدروكسيل والإلكترونات المذابة. نظرا لعمرها القصير ، تقتصر هذه الأنواع بشكل أساسي على واجهة الهواء والماء. وبالتالي ، فإن PFAS طويلة السلسلة ، التي تتراكم بشكل تفضيلي على السطح ، تخضع لتحلل أكثر كفاءة ، في حين أن PFAS قصيرة السلسلة ، التي تظل مذابة في المحلول السائب ، تكون أقل تأثرا. في نفس الدراسة ، تم تقييم تحلل PFAS مع وبدون تطهير الهواء. وكان تركيز الأنواع التفاعلية أعلى بكثير في النظام غير المطهر، مما عزز قليلا تدهور المركبات المشبعة بالفلور قصيرة السلسلة. ومع ذلك ، أدى هذا أيضا إلى زيادة تبديد الطاقة داخل منطقة البلازما ، مما أدى إلى انخفاض كفاءة التحلل ل PFAS طويلة السلسلة.

تعمل معظم جزيئات PFAS كمواد خافضة للتوتر السطحي أنيونية بسبب مجموعاتها الوظيفية النهائية سالبة الشحنة (مثل RCOO^- ، RSO₃^-) ³³. لتعزيز كفاءة التحلل ل PFAS قصير السلسلة ، والتي تظهر خصائص خافضة للتوتر السطحي أضعف ، تمت إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي الموجبة ، Hyamine 1622 ، بمعدل تدفق 4 ميكرومتر · دقيقة ⁻¹. يتفاعل هذا الفاعل بالسطح مع مجموعات رأس PFAS سالبة الشحنة ، مكونا أزواجا من الأيونات التي تسهل النقل إلى واجهة البلازما والماء ، وبالتالي تحسين كفاءة التحلل بشكل كبير. يقترح مسار التحلل الأولي ليشمل التفاعلات بين مجمعات PFAS-Hyamine والإلكترونات والأيونات المتولدة من البلازما³¹.

يوضح الشكل 13 تدهور نفس مصفوفة PFAS كما في الشكل 12 ، ولكن مع إضافة الفاعل بالسطح. توضح مقارنة الشكلين 12 و 13 بوضوح أن جرعات الفاعل بالسطح تحسن بشكل كبير من كفاءة التحلل لكل من جزيئات PFAS طويلة السلسلة وقصيرة السلسلة. بعد 10 دقائق من العلاج ، تجاوز تحلل PFAS طويل السلسلة 90٪ ، ليصل إلى أكثر من 97٪ بعد 75 دقيقة. على غرار النتائج التي لوحظت في غياب الفاعل بالسطح ، تتطلب PFAS قصيرة السلسلة وقتا أطول للتحلل ، ويرجع ذلك جزئيا إلى تكوينها كمنتجات ثانوية للتحلل لمركبات طويلة السلسلة. ومع ذلك ، فإن إدخال Hyamine 1622 يعزز بشكل كبير تدهور PFAS قصير السلسلة. على وجه التحديد ، تحسنت نتائج علاج PFBA من 19٪ استرداد إلى 53٪ تدهور ، بينما زاد تحلل PFBS من 22٪ إلى 95٪ بعد 75 دقيقة من العلاج. يتم عرض تركيزات PFAS قبل العلاج وبعد العلاج ، مع وبدون جرعات الفاعل بالسطح ، في الجدول 1.

وعلاوة على ذلك، تم الكشف عن نواتج ثانوية للتحلل، بما في ذلك PFHxA وPFPeA. ومع ذلك ، على عكس التجارب السابقة ، انخفضت تركيزاتها بعد 20 دقيقة ل PFHxA و 30 دقيقة ل PFPeA. بعد 75 دقيقة من العلاج ، اقتربت تركيزاتها من حد الكشف ، مما يشير إلى تقصير السلسلة التدريجي لوسيطات تحلل PFAS. بالإضافة إلى ذلك ، تحسنت كفاءة إزالة الفلور من 48٪ إلى 82٪ (الشكل 14) ، مما يدعم اتجاهات التحلل الملحوظة ويشير إلى درجة عالية من تمعدن PFAS.

بالإضافة إلى ذلك ، تمت معالجة عينات المياه الجوفية الملوثة ب PFAS بإضافة وبدون مادة خافضة للتوتر السطحي لمدة 75 دقيقة (الشكل 15). يتم عرض تركيزات PFAS الأولية في الجدول 2. وقد جمعت هذه العينات من طبقات المياه الجوفية الضحلة في هولندا، غير أنه نظرا لاتفاقات السرية، لا يمكن الكشف عن المواقع بالضبط. وبالمقارنة مع النتائج المبينة في الشكلين 12 و13، كانت كفاءة التحلل الإجمالية أقل في كلتا الحالتين - مع جرعات الفاعل بالسطح وبدونها. والجدير بالذكر أن تدهور PFAS قصير السلسلة المحتوي على المجموعات الوظيفية الكربوكسيلية ، مثل PFPeA و PFBA ، ظل محدودا حتى مع جرعات الفاعل بالسطح ، حيث وصل إلى 40٪ و 2٪ فقط من الإزالة ، على التوالي. من المحتمل أن يرجع هذا الانخفاض في الكفاءة إلى التركيزات العالية للأيونات المتنافسة الموجودة في المياه الجوفية (الجدول 3) ، والتي قد تعيق تكوين مجمعات PFAS - Hyamine وبالتالي الحد من تدهورها. تشير هذه النتائج إلى أن العينات شديدة التلوث قد تستفيد من المعالجة المسبقة لتقليل تركيزات الأيونات أو قد تتطلب فترات معالجة ممتدة. ومن اللافت للنظر أنه لوحظ انخفاض كبير في كل من إجمالي الكربون العضوي وغير العضوي في جميع الحالات (الجدول 3) ، مما يشير إلى أن معالجة البلازما قادرة على تحلل ليس فقط PFAS ولكن أيضا مجموعة واسعة من المواد الأخرى في المحلول - مما يسلط الضوء على إمكاناتها كتقنية متعددة الاستخدامات لمعالجة المياه.

figure-results-1
الشكل 1: تكوينات القطب الكهربائي لأنواع مختلفة من تفريغ البلازما. تشير الدوائر الحمراء إلى الأقطاب الكهربائية ذات القطبية الموجبة ، وتشير الدوائر الزرقاء إلى الأقطاب الكهربائية ذات القطبية السالبة ، وتمثل الدوائر الأرجوانية أقطاب كهربائية متصلة بالتيار المتردد عالي الجهد ، وتتوافق الدوائر السوداء مع الأقطاب الكهربائية المؤرضة بسبب اتصالها بالمياه الأرضية في المفاعل. (أ) التفريغ الموجب أحادي القطب ، (ب) التفريغ السلبي أحادي القطب ، (ج) تفريغ الوميض ثنائي القطب ، (د) تفريغ قوس التيار المتردد ، (ه) تفريغ قوس التيار المستمر ، و (و) تفريغ التوهج. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: صورة لإعداد البلازما الدوامة الزائدية: 1. المضخات التمعجية. 2. مجسات الأس الهيدروجيني وإمكانية تقليل الأكسدة (ORP) والتوصيل الكهربائي (EC). 3. جهاز الإرسال. 4. موصلات BNC لقياس الجهد والإشارة الحالية. 5. قمع زائدي. 6. أقطاب كهربائية من الفولاذ المقاوم للصدأ. 7. مسبار الجهد العالي. 8. محول التيار. 9. دائرة كهربائية حسب الطلب. 10. محول النيون. 11. غطاء القمع مع أقطاب كهربائية مثبتة ، وتهوية ، ووصلات خط الغاز ؛ 12. كاشف الغاز. 13. مداخل ومنافذ المياه المؤرضة إلى الخزانة. 14. خزان المياه. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: مخطط الدائرة الكهربائية لمصدر الطاقة عالي الجهد المستخدم في التجارب. (أ) تفريغ بلازما قوس التيار المستمر ، (ب) تفريغ بلازما قوس التيار المتردد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: مخطط الدائرة الكهربائية لمصدر الطاقة عالي الجهد المستخدم في التجارب مع الفلاش ثنائي القطب والتفريغ المتوهج. (أ) الدائرة الكهربائية ، (ب) صورة لتفريغ البلازما ثنائي القطب أثناء التشغيل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5: مخطط الدائرة الكهربائية لمصدر الطاقة عالي الجهد المستخدم في تجارب التفريغ الإيجابي أحادي القطب. (أ) دائرة كهربائية ، (ب) صورة فوتوغرافية لتفريغ البلازما الموجب أحادي القطب أثناء التشغيل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 6: مخطط الدائرة الكهربائية لمصدر الطاقة عالي الجهد المستخدم في تجارب التفريغ السالب أحادي القطب. (أ) الدائرة الكهربائية ، (ب) صورة لتفريغ البلازما السالب أحادي القطب أثناء التشغيل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الشكل 7: خصائص النبض للتيار والجهد. (أ ، ب) للتصريفات أحادية القطب الإيجابية والسالبة ، (C ، D) لتفريغ الوميض ثنائي القطب. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8
الشكل 8: محاكاة فرق الجهد أثناء شحن المكثف والتفريغ السريع في LTspice. (أ) لتفريغ الوميض و (ب) للتصريفات أحادية القطب الموجبة والسالبة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9
الشكل 9: خصائص الطاقة لثلاثة أنواع مختلفة من التصريفات ثنائية وأحادية القطب: الفلاش ثنائي القطب ، أحادي القطب الإيجابي ، والسلبي أحادي القطب. (أ) الطاقة لكل نبضة ، (ب) طاقة البلازما. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10
الشكل 10: التغير في الخصائص الكيميائية للماء ، ودرجة الحموضة ، و EC ، و ORP ، وإنتاج الأكسجين التفاعلي (H₂O₂) ، وأنواع النيتروجين (NO₂ ⁻ و NO₃ ⁻) ، بعد 75 دقيقة من المعالجة لثلاثة أنواع مختلفة من التصريفات ثنائية وأحادية القطب: الفلاش ثنائي القطب ، أحادي القطب الإيجابي ، والسلبي أحادي القطب. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11
الشكل 11: تحلل سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور بمرور الوقت بتركيزات مختلفة. تقارن النتائج بين ثلاثة أوضاع تفريغ: الفلاش ثنائي القطب ، والتفريغ أحادي القطب الموجب ، والتفريغ أحادي القطب السلبي. (أ) 14 ميكروغرام· L⁻¹± 5٪ ، (B) 240 ميكروغرام · L⁻¹± 5٪. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-12
الشكل 12: تحويل مصفوفة PFAS بمرور الوقت في النفايات السائلة الاصطناعية. تشير القيم السالبة إلى استرداد PFAS. (أ) تحويل مصفوفة PFAS، (ب) تحديد نواتج ثانوية للتحلل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-13
الشكل 13: تحويل مصفوفة PFAS بمرور الوقت في النفايات السائلة الاصطناعية تحت الجرعات الثابتة من Hyamine 1622. (أ) تحويل مصفوفة PFAS ، (ب) تحديد المنتجات الثانوية للتحلل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-14
الشكل 14: إزالة فلور مصفوفة PFAS في النفايات السائلة الاصطناعية بمرور الوقت تحت تصريف بلازما الهواء مع وبدون جرعات ثابتة للتوتر السطحي Hyamine 1622. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-15
الشكل 15: تحويل PFAS في المياه الجوفية الملوثة بعد 75 دقيقة من المعالجة بمدخلات طاقة تبلغ 1.2 كيلو واط ساعة ^{متر مكعب مع} وبدون جرعات هيامين 1622. تشير القيمة السالبة إلى استرداد PFAS. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

اسم	صيغة	التركيز الأولي (ميكروغرام · ^L-1)	التركيز النهائي بدون جرعات الفاعل بالسطح (ميكروغرام · ^L-1)	التركيز النهائي مع جرعات الفاعل بالسطح (ميكروغرام · ^L-1)
PFDA	ج₁₀HF₁₉O₂	6.2	0.12	0.12
PFNA	ج₉HF₁₇O₂	11.8	0.41	0.47
سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور	ج₈HF₁₇O₃S	8.7	0.65	0.22
حمض بيرفلورو الأوكتانويك الأوكتانو	ج₈HF₁₅O₂	16.3	1.20	0.52
بف إتش بي إيه	ج₇HF₁₃O₂	13.9	3.94	0.17
PFBS	ج₄HF₉O₃S	19.1	16.37	0.90
PFBA	ج₄HF₇O₂	10.3	12.69	4.81

الجدول 1: تركيزات مركبات PFAS التي ارتفعت إلى النفايات السائلة الاصطناعية قبل المعالجة وبعدها ، مع وبدون جرعات Hyamine 1622.

اسم	صيغة	التركيز الأولي / ميكروغرام · ^L-1	التركيز النهائي بدون جرعات الفاعل بالسطح (ميكروغرام · ^L-1)	التركيز النهائي مع جرعات الفاعل بالسطح (ميكروغرام · ^L-1)
سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور	ج₈HF₁₇O₃S	5.0	4.3	<0.03
حمض بيرفلورو الأوكتانويك الأوكتانو	ج₈HF₁₅O₂	2.4	0.8	<0.02
بف إتش بي إيه	ج₇HF₁₃O₂	0.9	0.4	<0.05
PFHxS	ج₆HF₁₃O₃S	0.6	0.2	<0.05
بفتش إكس أ	ج₆HF₁₁O₂	5.5	3.6	0.3
PFPeA	ج₅HF9O₂	2.3	2.2	1.4
PFBS	ج₄HF₉O₃S	23.8	17.9	1
PFBA	ج₄HF₇O₂	2.7	3	2.6

الجدول 2: تركيزات مركبات PFAS في المياه الجوفية قبل المعالجة وبعدها ، مع وبدون جرعات Hyamine 1622.

مادة	بدون خافض للتوتر السطحي		مع خافض للتوتر السطحي
مادة	0 دقيقة	75 دقيقة	0 دقيقة	75 دقيقة
الكربون غير العضوي	562	475	641	480
إجمالي الكربون العضوي	252	226	257	221
سلفات	396	426	420	442
الكلوريد	2000	2160	2000	2160
صوديوم	1692	1756	1660	1788
بوتاسيوم	552	578	532	588
مغنيسيوم	133	122	128	117

الجدول 3: التغيرات في المحتوى المائي لبعض المواد بالملغم · ^L-1 في المياه الجوفية قبل وبعد المعالجة بجرعات الفاعل بالسطح وبدونها.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قبل بدء التجارب ، يجب فحص جميع التوصيلات الكهربائية بدقة. قبل التفاعل مع مكونات الجهد العالي ، يجب استخدام عصا التأريض لتفريغ أي شحنة متبقية في الدائرة. يجب تنفيذ تدابير السلامة الشاملة هذه للتخفيف من مخاطر الصدمات الكهربائية العرضية ، حتى في حالات الرقابة الإجرائية (مفاتيح الأبواب ، ومقاوم النزيف المتصل بالمكثفات ، وما إلى ذلك) ، لأن المكثفات عالية الجهد يمكن إعادة شحنها بسبب تأثير الذاكرة أو الكهرباء الساكنة في الغلاف الجوي أو الإشعاع الكوني. عادة ما تكون الطاقة المخزنة لترتيب حجمها لهذه التجارب ^10-1-10 ¹ J ، كونها خطرة حتى قاتلة. لذلك فإن الخطوتين 1.1 و 2.1.1 حاسمان لضمان التشغيل الآمن للنظام. قبل تشغيل النظام ، يجب فحص الإعداد بحثا عن تسرب الطور الغازي والسائل للمفاعل. تحتوي الغازات المتولدة من البلازما على أنواع تفاعلية قد تشكل مخاطر الاستنشاق ، مما يجعل الخطوتين 1.4 و 2.1.2 مهمتين بشكل خاص. يجب تأريض جميع مداخل ومنافذ غرفة العمليات. يجب أن تكون حاوية المفاعل مصنوعة من المعدن ومؤرضة بشكل صحيح لضمان التشغيل الآمن. بالإضافة إلى ذلك ، يعد التحقق من عدم وجود تسرب للمياه أمرا ضروريا ، حيث تصنف مركبات PFAS على أنها مواد CMR ويجب عدم السماح لها بتلويث بيئة المختبر. لذلك ، يجب إيلاء اهتمام خاص للخطوة 1.3 قبل بدء التجربة.

في هذه الدراسة ، تم تحقيق أعلى أداء مع تصريفات الفلاش. وأدى أسلوب التفريغ هذا إلى زيادة إنتاج RONS (الشكل 10) وزيادة تدهور سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور (الشكل 11) بينما يتطلب طاقة أقل من أنواع التفريغ الأخرى المختبرة (الشكل 9). على الرغم من أن تصريفات الفلاش السريعة أظهرت أداء فائقا ، إلا أن تنفيذها يمثل تحديات بسبب متطلبات قناتين مشحونتين معاكستين متصلتين بنفس المكثف. يتطلب توسيع نطاق هذا النهج مصدر طاقة أكثر قوة. في إعدادنا الحالي ، يقوم المحول بتحويل التيار المتردد بالجهد الرئيسي (حتى 220 فولت) إلى تيار متردد عالي الجهد (حتى 10 كيلو فولت) ، والذي يتم تصحيحه بعد ذلك إلى تيار مستمر باستخدام الثنائيات. في حين أن إشارة التيار المستمر الناتجة تقترب بشكل وثيق من شكل موجة التيار المستمر المثالي ، تظل التقلبات الطفيفة³⁴. يوفر تصميم الدوائر لدينا مرونة تشغيلية عبر أنظمة متعددة. ومع ذلك ، ستتطلب التطبيقات واسعة النطاق إمدادات طاقة تيار مستمر عالية الجهد ، والتي تعمل عادة بقطبية واحدة ومخرج واحد عالي الجهد ، مما يحد من القدرة على العمل بأقطاب متعددة في وقت واحد.

لم يتم اختبار تصريفات قوس التيار المتردد والتيار المستمر بحثا عن تحلل الملوثات الدقيقة بسبب استهلاكها المرتفع للطاقة بشكل ملحوظ ، مما يجعل تطبيقها الصناعي غير مجدي اقتصاديا ، لا سيما في حالة بلازما التيار المستمر. في دراسة^{سابقة 8} ، ثبت أن زيادة منطقة البلازما السائلة البنية التحتية تعزز توليد RONS لنفس مدخلات الطاقة ، وبالتالي تحسين كفاءة تدهور الملوثات الدقيقة. في دوائرنا الكهربائية (الشكل 3 أ ، الشكل 4 ، الشكل 5 ، والشكل 6) ، تقوم الثنائيات بتحويل طاقة التيار المتردد إلى تيار مستمر لشحن المكثفات ، ثم يتم توزيع طاقتها المخزنة على أشكال هندسة القطب الكهربائي لتوليد تصفيفات متعددة من البلازما ذات الطاقة النبضية.

في الضغط الجوي والظروف القياسية ، لا يمكن الحفاظ على تفريغ التوهج المستقر إلا باستخدام الغازات النبيلة ذات الطاقات التأين العالية ، مثل الهيليوم (طاقة التأين الأولى 24.6 فولت) أو النيون (طاقة التأين الأولى 21.6 فولت)³⁵. الأرجون ، بطاقة التأين الأولى البالغة 15.8 فولت³⁵ ، لا يدعم تفريغ التوهج المستقر في ظل هذه الظروف. ومع ذلك ، لا يزال من الممكن توليد تفريغ التوهج في الهواء من خلال تطبيق مجال مغناطيسي خارجي لتثبيت البلازما³⁶. جعلت التكلفة العالية لاستخدام الغاز النبيل تصريف التوهج غير مناسب لتحلل الملوثات الدقيقة في هذه الدراسة.

كما تمت مناقشته في المقدمة ، تواجه طرق المعالجة التقليدية مثل الامتزاز والترشيح الغشائي وعمليات الأكسدة المتقدمة قيودا كبيرة في معالجة تلوث PFAS بشكل فعال. يمثل تصريف البلازما بديلا واعدا لتدهور PFAS ، حيث يتراوح استهلاك الطاقة المبلغ عنه من عدة كيلو واط ساعة ^م-3 إلى أكثر من 1000 كيلو واط ساعة ^م-3 ، اعتمادا على عوامل مثل تركيز الملوثات الدقيقة وتكوين العينة ومعلمات البلازما²⁹^،³⁷^،³⁸^،³⁹^،⁴⁰^،⁴¹. ومع ذلك ، لا تزال PFAS قصيرة السلسلة مقاومة بشكل خاص للتحلل ، وقد تم تحديد المنتجات الثانوية قصيرة السلسلة ، مثل PFBA ، كمواد وسيطة في انهيار PFAS طويلة السلسلة.

تكمن حداثة عملنا في الجمع بين مفاعل البلازما الدوامي الزائدي وجرعة الفاعل بالسطح الكاتيوني Hyamine 1622 ، مما يحسن بشكل كبير من معدلات التحلل ، بما في ذلك PFAS قصير السلسلة (الشكل 13). يزيد تصميم المفاعل هذا من منطقة البلازما السائلة البينية ويسهل الخلط المعزز من خلال دوامة الماء. في 75 دقيقة من المعالجة بمدخلات طاقة معتدلة تبلغ 1.2 كيلو واط ساعة ^{متر مكعب} ، يحقق نظامنا تدهورا بنسبة 95-100٪ لمعظم PFAS (باستثناء PFBA ، الذي لا يزال يظهر إزالة بنسبة 53٪). تتفوق هذه النتائج على العديد من دراسات البلازما فقط وتوضح أن نهجنا يمكن أن يحقق تمعدن PFAS العميق في ظل مدخلات طاقة منخفضة نسبيا. ومع ذلك ، أجريت هذه الدراسة على نطاق المختبر. لتعزيز تطبيقه العملي ، يلزم التوسع ، بما في ذلك التعديلات على هندسة المفاعل - على وجه التحديد ، وتوسيع القسم الأسطواني العلوي - لزيادة حجم المياه المعالجة واستيعاب أقطاب كهربائية إضافية. ومن شأن هذه التعديلات أن تعزز التفاعل بين البلازما والماء وتحسن كفاءة المعالجة. في حين أن التصميم الكهربائي للمفاعل يسمح بالتوسع المباشر ، فإن زيادة الطاقة التشغيلية تتطلب إمدادات طاقة أكثر قوة وتدابير أمان محسنة لضمان أداء مستقر وفعال على نطاق أوسع. سيتطلب توسيع نطاق النظام زيادة في إمدادات الطاقة وحجم بنك المكثف ، مما يؤدي إلى مخاوف كبيرة تتعلق بالسلامة. يجب ترتيب جميع المكونات الكهربائية بعناية ووضعها على مقربة من المفاعل مع عدم إمكانية الوصول إليها أثناء التشغيل. لضمان التفريغ الآمن ، يجب تأريض كل مكثف بشكل فردي بعد الاستخدام ، مما يتطلب مفاتيح تأريض مخصصة ، حيث لا يمكن توصيلها ببعضها البعض ويجب عزلها عن بعضها البعض باستخدام الثنائيات لفصل التيار المباشر. بالإضافة إلى ذلك ، ستولد مستويات الطاقة الأعلى مجالات كهرومغناطيسية أقوى يمكن أن تتداخل مع الأجهزة القريبة. لذلك ، يجب حماية كل من المفاعل والمعدات المحيطة به بشكل صحيح ، ويفضل أن يكون ذلك داخل قفص فاراداي. يعد التحكم الدقيق في دوامة الماء أمرا ضروريا ، حيث أن أداء تفريغ البلازما حساس للغاية لظروف التدفق وهندسة القمع. هذا يتطلب نظام تحكم هيدروليكي مبرمج جيدا. علاوة على ذلك ، يجب أن يكون المفاعل معزولا بشكل كاف ، ومتصلا بنظام تهوية ، ومجهزا بمدخل غاز للتطهير. إذا كان من المتوقع حدوث تركيزات عالية من المنتجات الثانوية المتطايرة المفلورة ، مثل فلوريد الهيدروجين ، فيجب تنفيذ خطوات معالجة الغازات التكميلية. قد تشمل هذه أنظمة التنظيف الجافة أو الرطبة⁴²^،⁴³ ، أو تطبيق المواد الماصة القائمة على الكالسيوم⁴⁴.

يمكن تقليل استهلاك الطاقة للمفاعل التجريبي من خلال إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي ، والتي تركز PFAS في السطح البيني بين الهواء والماء. من خلال تقليل نسبة السطح إلى الحجم ، تصبح مركبات PFAS أكثر توطين في الواجهة ، مما يسمح للبلازما بالتفاعل مع تركيز أعلى من المركبات المستهدفة لكل وحدة مساحة ، وبالتالي زيادة كفاءة التحلل لكل تصريف. ومع ذلك ، فإن زيادة الحجم الكلي للمياه قد يطيل مدة المعالجة المطلوبة ، مما قد يعوض توفير الطاقة. يتيح استخدام مصدر طاقة تيار مستمر عالي الجهد وعالي الطاقة لشحن المكثف التحكم الدقيق في مدخلات الطاقة ، مما يسمح بإجراء تقييم منهجي لأنظمة الطاقة المختلفة للتحسين.

ستركز الأبحاث المستقبلية على توسيع نطاق التكنولوجيا بناء على المبادئ التشغيلية الموصوفة لتحقيق قدرة معالجة تبلغ 1 م³ ساعة ^-1 للتطبيقات التجريبية. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إجراء تحقيق مفصل لمنتجات التحلل ، مع اهتمام خاص بتكوين وانهيار PFAS أقصر سلسلة ، وحمض ثلاثي فلورو أسيتيك ، بالإضافة إلى منتجات التحويل المحتملة الأخرى. ستهدف المزيد من الدراسات أيضا إلى تحديد خافض للتوتر السطحي كاتيوني فعال وقابل للتحلل البيولوجي وفعال من حيث التكلفة قادر على تعزيز تحلل PFAS من خلال تحسين تكوين مجمعات الفاعل بالسطح PFAS.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة معروفة أو علاقات شخصية يمكن أن يبدو أنها تؤثر على العمل المبلغ عنه في هذه الورقة. أثناء إعداد هذا العمل ، استخدم المؤلفون OpenAI (2023) ChatGPT (الإصدار مارس 2025) [نموذج لغة كبير] من أجل هيكلة النص. بعد استخدام هذه الأداة ، قام المؤلفون بمراجعة المحتوى وتحريره حسب الحاجة ويتحملون المسؤولية الكاملة عن محتوى المنشور.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تنفيذ هذا العمل في إطار تعاون مركز Wetsus الأوروبي للتميز لتكنولوجيا المياه المستدامة (www.wetsus.eu) ضمن موضوع فيزياء المياه التطبيقية في مختبر جيلبرت أرمسترونج للجهد العالي. تم تأسيس Wetsus من قبل وزارة الشؤون الاقتصادية الهولندية ووزارة البنية التحتية والبيئة ومقاطعة فريزلاند ومقاطعات شمال هولندا. تلقى هذا البحث تمويلا من برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية منحة ماري سكلودوفسكا-كوري رقم 665874.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
مقاومات النزيف	تيدس	RCR42G206JS	20 محمد
موصلات BNC	علي اكسبرس	غير متاح	محول BNC
مكثف	أنكسون	AXCT8GD202K40DB	40 كيلو فولت 2000 pF
الفاعل بالسطح الموجبة	سيجما ألدريتش	51126-1L-F	محلول الهيامين 1622
عمود	Agilent	زورباكس اكليبس بلس C18 RRHD	1.8 μ م ، 50 &مرات ؛ 2.1 ملم
محول التيار	ماجنيلاب	CT-F0.25-S
مسجل البيانات	إندريس + هاوزر	سم 442	ليكويلين
مفاتيح الأبواب	كيوورك	طر 8104	10 أمبير 250 فولت تيار متردد
مضخة الجرعات ؛	كنف	1.10 TT.18RC2	فيم
دكتور &أومل. جهاز استشعار GER	دكتور &أومل. المانيا	X-am 5000	O2 ، O3 ، NO2
مستشعر EC	إندريس وهاوزر	CLS15E	ميمسنس
اقطاب	علي اكسبرس	غير متاح	قضيب الإشعال الخزفي
قطب الفلورايد	ميتلر توليدو	كمال
غطاء القمع	حسب الطلب	غير متاح	مادة PVC
عصا التأريض	حسب الطلب	غير متاح
غاز الهيليوم	ويستفالين	الأمم المتحدة 1046	99.999 المجلد ٪
الصمام الثنائي عالي الجهد	موقع إي باي	FHVP5446	1 ص 5 أمبير 40 كيلو فولت
مسبار الجهد العالي	نجم الشمال الجهد العالي	PVM-5
قمع زائدي	حسب الطلب	غير متاح	مادة زجاجية
LC / MS	أجيلينت تكنولوجيز	6420 ثلاثي رباعي LC / MS	سانتا كلارا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية
محول نوين	F / الفن	SBD63HT2X	10000 فولت 18 مللي أمبير ؛
مستشعر ORP	إندريس وهاوزر	CPS12D	ميموسينت
مضخة تمعجية	ماسترفليكس L / S	13-200-007	MFLX7771236
PFBA	سيجما ألدريتش	375-22-4	PFAS للتجارب
PFBS	سيجما ألدريتش	375-73-5	PFAS للتجارب
PFDA	سيجما ألدريتش	335-76-2	PFAS للتجارب
PFHpA	سيجما ألدريتش	375-85-9	PFAS للتجارب
PFNA	سيجما ألدريتش	375-95-1	PFAS للتجارب
حمض بيرفلورو الأوكتانويك (PFOA)	سيجما ألدريتش	335-67-1	PFAS للتجارب
سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور	سيجما ألدريتش	1763-23-1	PFAS للتجارب
مستشعر الأس الهيدروجيني	إندريس وهاوزر	CPS11D	ميمسنس أوربيسينت
لوحة تحكم التعشيق الآمن	حسب الطلب	غير متاح
سبارك جاب	حسب الطلب	غير متاح
فارياك	ويلتكنيك	TDGC2-1K	4 أ
خزان مياه	حسب الطلب	غير متاح	مادة زجاجية

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spirals and Vortices in Culture, Nature, and Science. , Springer. Cham. (2019).">Tsuji, K., Muller, S. C. Spirals and Vortices in Culture, Nature, and Science. , Springer. Cham. (2019).
Generation mechanism of Tidally-driven whirlpools at a narrow strait in an estuary. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 945, 012028(2021).">Uchiyama, Y., Zhang, X., Yanase, S. Generation mechanism of Tidally-driven whirlpools at a narrow strait in an estuary. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 945, 012028(2021).
Self-organizing Flow Technology - In Viktor Schauberger's Footsteps. , Institute of Ecological Technology Scientific and Technical Reports, Malmo. (2002).">Johansson, L., Ovesen, M., Hallberg, C. Self-organizing Flow Technology - In Viktor Schauberger's Footsteps. , Institute of Ecological Technology Scientific and Technical Reports, Malmo. (2002).
Enhanced oxygen volumetric mass transfer in a geometrically constrained vortex. Water. 14 (5), 771(2022).">Agostinho, L. L. F., et al. Enhanced oxygen volumetric mass transfer in a geometrically constrained vortex. Water. 14 (5), 771(2022).
Numerical analysis of vortex dynamics in hyperbolic funnels using computational fluid dynamics. Phys Fluids. 36 (9), 095171(2024).">Donepudi, T., et al. Numerical analysis of vortex dynamics in hyperbolic funnels using computational fluid dynamics. Phys Fluids. 36 (9), 095171(2024).
Preparation of free-surface hyperbolic water vortices. J Vis Exp. (197), e64516(2023).">Klymenko, R., et al. Preparation of free-surface hyperbolic water vortices. J Vis Exp. (197), e64516(2023).
Enhanced groundwater aeration with a geometrically constrained vortex. Water. 17 (4), 506(2025).">Klymenko, R., et al. Enhanced groundwater aeration with a geometrically constrained vortex. Water. 17 (4), 506(2025).
Characterization of a hyperbolic vortex plasma reactor for the removal of aqueous phase micropollutants. J Phys D Appl Phys. 57, 215204(2024).">Klymenko, R., et al. Characterization of a hyperbolic vortex plasma reactor for the removal of aqueous phase micropollutants. J Phys D Appl Phys. 57, 215204(2024).
Emerging environmental contaminants: challenges facing our next generation and potential engineering solutions. Environ Technol Innov. 8, 40-56 (2017).">Richardson, S., Kimura, S. Emerging environmental contaminants: challenges facing our next generation and potential engineering solutions. Environ Technol Innov. 8, 40-56 (2017).
Remediation of per- and polyfluoroalkyls (PFAS) via electrochemical methods. Chem Eng J. 430, 132895(2022).">Sharma, S., Shetti, N. P., Basu, S., Nadagouda, M. N., Aminabhavi, T. M. Remediation of per- and polyfluoroalkyls (PFAS) via electrochemical methods. Chem Eng J. 430, 132895(2022).
Per/polyfluoroalkyl substances production, applications and environmental impacts. Bioresour Technol. 341, 125808(2021).">Dhore, R., Murthy, G. S. Per/polyfluoroalkyl substances production, applications and environmental impacts. Bioresour Technol. 341, 125808(2021).
Advances in activated carbon modification, surface heteroatom configuration, reactor strategies, and regeneration methods for enhanced wastewater treatment. J Environ Chem Eng. 9 (4), 105626(2021).">Lobato-Peralta, D. R., et al. Advances in activated carbon modification, surface heteroatom configuration, reactor strategies, and regeneration methods for enhanced wastewater treatment. J Environ Chem Eng. 9 (4), 105626(2021).
Thermal regeneration of spent granular activated carbon presents an opportunity to break the forever PFAS cycle. Environ Sci Technol. 55 (9), 5608-5619 (2021).">Baghirzade, B. S., et al. Thermal regeneration of spent granular activated carbon presents an opportunity to break the forever PFAS cycle. Environ Sci Technol. 55 (9), 5608-5619 (2021).
High-pressure membrane filtration processes for separation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Chem Eng J. 431, 134023(2022).">Lee, T., Speth, T. F., Nadagouda, M. N. High-pressure membrane filtration processes for separation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). Chem Eng J. 431, 134023(2022).
A review of PFAS destruction technologies. Int J Environ Res Public Health. 19 (24), 16397(2022).">Meegoda, J. N., Bezerra de Souza, B., Casarini, M. M., Kewalramani, J. A. A review of PFAS destruction technologies. Int J Environ Res Public Health. 19 (24), 16397(2022).
Photo enhanced degradation of polyfluoroalkyl and perfluoroalkyl substances. Heliyon. 6 (12), e05614(2020).">Olatunde, O. C., Kuvarega, A. T., Onwudiwe, D. C. Photo enhanced degradation of polyfluoroalkyl and perfluoroalkyl substances. Heliyon. 6 (12), e05614(2020).
Hospital wastewater treatment with pilot-scale pulsed corona discharge for removal of pharmaceutical residues. J Environ Chem Eng. 6 (2), 1569-1577 (2018).">Ajo, P., Preis, S., Vornamo, T., Mänttäri, M., Kallioinen, M., Louhi-Kultanen, M. Hospital wastewater treatment with pilot-scale pulsed corona discharge for removal of pharmaceutical residues. J Environ Chem Eng. 6 (2), 1569-1577 (2018).
Plasma processes for the treatment of water contaminated with harmful organic compounds. J Phys D Appl Phys. 51, 313002(2018).">Magureanu, M., Bradu, C., Parvulescu, V. I. Plasma processes for the treatment of water contaminated with harmful organic compounds. J Phys D Appl Phys. 51, 313002(2018).
Cold atmospheric plasma technology for removal of organic micropollutants from wastewater-a review. Eur Phys J D. 75, 283(2021).">Kumar, A., Škoro, N., Gernjak, W., Puač, N. Cold atmospheric plasma technology for removal of organic micropollutants from wastewater-a review. Eur Phys J D. 75, 283(2021).
Disinfection and sterilization using plasma technology: fundamentals and future perspectives for biological applications. Int J Mol Sci. 20 (20), 5216(2019).">Sakudo, A., Yagyu, Y., Onodera, T. Disinfection and sterilization using plasma technology: fundamentals and future perspectives for biological applications. Int J Mol Sci. 20 (20), 5216(2019).
Removal of pharmaceutical residues from water and wastewater using dielectric barrier discharge methods-A review. Int J Environ Res Public Health. 18 (4), 1683(2021).">Mouele, E. S. M., et al. Removal of pharmaceutical residues from water and wastewater using dielectric barrier discharge methods-A review. Int J Environ Res Public Health. 18 (4), 1683(2021).
Discharge characteristics of DC arc water plasma for environmental applications. Plasma Sci Technol. 14, 1097-1101 (2012).">Choi, S., Watanabe, T., Liu, T. Discharge characteristics of DC arc water plasma for environmental applications. Plasma Sci Technol. 14, 1097-1101 (2012).
Water treatment by the AC gliding arc air plasma. J Theor Appl Phys. 11, 171-180 (2017).">Gharagozalian, M., Dorranian, D., Ghoranneviss, M. Water treatment by the AC gliding arc air plasma. J Theor Appl Phys. 11, 171-180 (2017).
Review on discharge plasma for water treatment: mechanism, reactor geometries, active species and combined processes. J Water Process Eng. 38, 101664(2020).">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 combined processes. J Water Process Eng. 38, 101664(2020).
Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry. , Academic Press, Elsevier. (2010).">Quarles, C. D., Castro, J., Marcus, R. K. Glow Discharge Mass Spectrometry. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry. , Academic Press, Elsevier. (2010).
Achieving reactive species specificity within plasma-activated water through selective generation using air spark and glow discharges. Plasma Process Polym. 14 (8), e1600207(2017).">Lu, P., Boehm, D., Bourke, P., Cullen, P. J. Achieving reactive species specificity within plasma-activated water through selective generation using air spark and glow discharges. Plasma Process Polym. 14 (8), e1600207(2017).
Treatment of water using Arc discharge plasma in Patan area. Patan Prospect J. 2 (2), 150-163 (2022).">Shrestha, R., et al. Treatment of water using Arc discharge plasma in Patan area. Patan Prospect J. 2 (2), 150-163 (2022).
Treatment of PFAS-containing landfill leachate using an enhanced contact plasma reactor. J Hazard Mater. 408, 124452(2021).">Singh, R. K., Brown, E., Mededovic, T. S., Holsen, T. M. Treatment of PFAS-containing landfill leachate using an enhanced contact plasma reactor. J Hazard Mater. 408, 124452(2021).
Removal of poly- and per-fluorinated compounds from ion exchange regenerant still bottom samples in a plasma reactor. Environ Sci Technol. 54 (21), 13973-13980 (2020).">Singh, R. K., et al. Removal of poly- and per-fluorinated compounds from ion exchange regenerant still bottom samples in a plasma reactor. Environ Sci Technol. 54 (21), 13973-13980 (2020).
Assessment of cytotoxicity and genotoxicity of plasma-treated perfluorooctanesulfonate containing water using in vitro bioassays. Toxics. 12 (12), 889(2024).">Windisch, M., Klymenko, R., Grießler, H., Kittinger, C. Assessment of cytotoxicity and genotoxicity of plasma-treated perfluorooctanesulfonate containing water using in vitro bioassays. Toxics. 12 (12), 889(2024).
PFAS degradation using a hyperbolic vortex plasma reactor. J Phys D Appl Phys. 58, 175204(2025).">Klymenko, R., et al. PFAS degradation using a hyperbolic vortex plasma reactor. J Phys D Appl Phys. 58, 175204(2025).
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html (2025).">Ltspice, Analog Devices. , https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html (2025).
Physicochemical properties and interactions of perfluoroalkyl substances (PFAS) - Challenges and opportunities in sensing and remediation. Sci Total Environ. 905, 166764(2023).">Leung, S. C. E., Wanninayake, D., Chen, D., Nguyen, N. -T., Li, Q. Physicochemical properties and interactions of perfluoroalkyl substances (PFAS) - Challenges and opportunities in sensing and remediation. Sci Total Environ. 905, 166764(2023).
Power Electronics Handbook. , Elsevier. Burlington. (2007).">Lee, Y. -S., Chow, M. H. L. Diode Rectifiers. Power Electronics Handbook. , Elsevier. Burlington. (2007).
AtÂ https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/ionEnergy.html (2024).">NIST Atomic Spectra Database (ASD). , National Institute of Standards and Technology. At AtÂ https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/ionEnergy.html (2024).
An atmospheric pressure glow discharge in air stabilized by a magnetic field and its application on nitrogen fixation. Plasma ProcessPolym. 19 (12), 2200071(2022).">Yu, L. Z., Lan, N. L., Liu, D. W., Pei, L. X. An atmospheric pressure glow discharge in air stabilized by a magnetic field and its application on nitrogen fixation. Plasma ProcessPolym. 19 (12), 2200071(2022).
Degradation of PFOA solutions and PFAS-contaminated groundwater using atmospheric non-thermal plasma treatment. Water Pract Technol. 19 (7), 2645-2654 (2024).">Tamanga, S. G., Umlaufb, G., Barzb, J., Ghomi, M. R. Degradation of PFOA solutions and PFAS-contaminated groundwater using atmospheric non-thermal plasma treatment. Water Pract Technol. 19 (7), 2645-2654 (2024).
Experimental investigations of Per- and Poly-fluoroalkyl substances (PFAS) degradation by non-thermal plasma in aqueous solutions. J Environ Chem Eng. 11 (6), 111588(2023).">Alam, D., et al. Experimental investigations of Per- and Poly-fluoroalkyl substances (PFAS) degradation by non-thermal plasma in aqueous solutions. J Environ Chem Eng. 11 (6), 111588(2023).
Removal of per- and polyfluoroalkyl substances from water by plasma treatment: Insights into structural effects and underlying mechanisms. Water Res. 253, 121316(2024).">Zhang, H., et al. Removal of per- and polyfluoroalkyl substances from water by plasma treatment: Insights into structural effects and underlying mechanisms. Water Res. 253, 121316(2024).
Degradation of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in water by use of a nonthermal plasma-ozonation cascade reactor: Role of different processes and reactive species. Chem Eng J. 486, 150218(2024).">Chen, C., et al. Degradation of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in water by use of a nonthermal plasma-ozonation cascade reactor: Role of different processes and reactive species. Chem Eng J. 486, 150218(2024).
Rapid degradation of PFAS in aqueous solutions by reverse vortex flow gliding arc plasma. Environ Sci Water Res. Technol. 6 (4), 1044-1057 (2020).">Lewis, A. J., et al. Rapid degradation of PFAS in aqueous solutions by reverse vortex flow gliding arc plasma. Environ Sci Water Res. Technol. 6 (4), 1044-1057 (2020).
The pivotal role of alumina pore structure in HF capture and fluoride return in aluminum reduction. JOM. 68, 2463-2471 (2016).">McIntosh, G. J., Agbenyegah, G. E. K., Hyland, M. M., Metson, J. B. The pivotal role of alumina pore structure in HF capture and fluoride return in aluminum reduction. JOM. 68, 2463-2471 (2016).
A comprehensive analysis of removal of hazardous dust particulates from chemical and process industries off gases by advanced wet scrubbing techniques - A review. J Loss Prev Process Ind. 91, 105406(2024).">Mukherjee, S., Siddiqi, H., Maiti, P., Parmar, P., Meikap, B. C. A comprehensive analysis of removal of hazardous dust particulates from chemical and process industries off gases by advanced wet scrubbing techniques - A review. J Loss Prev Process Ind. 91, 105406(2024).
Comparison of sodium and calcium based sorbents for the dry treatment of flue gas from waste-to-energy plants. Zach, B., et al. 2nd International Conference on Energy Production and Management (EQ 2016), , Ancona. (2016).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

تنفيذ مفاعل بلازما دوامة زائدية لإزالة الملوثات الدقيقة في الماء

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles