יישום כור פלזמה היפרבולי מערבולת להסרת מיקרו-מזהמים במים

מוקד המחקר שלנו הוא אופטימיזציה של פריקת פלזמה לפירוק מיקרו-מזהמים במים, המהווה דאגה סביבתית גוברת בימינו. גילינו שעל ידי אופטימיזציה של פריקת פלזמה ומינון קפדני של חומרים פעילי שטח קטיוניים, אנו יכולים להגיע לפירוק של כמעט 100% PFAS באמצעות קלט אנרגיה מתון בלבד. טיפול בפלזמה הוא בדרך כלל תהליך עתיר אנרגיה.

עם זאת, על ידי יישום פולסים של פלזמה, ניתן להפחית משמעותית את צריכת האנרגיה תוך שיפור הביצועים. ובמחקר זה, אנו מדגימים כיצד להשיג אופטימיזציה זו. לאחר הגדרת פלזמת המערבולת ההיפרבולית, השתמש במעגל החשמלי המיועד להגדרת פריקת קשת זרם ישר.

חבר את יציאות המתח הגבוה החיוביות והשליליות מיישר הגשר לאלקטרודות הממוקמות מעל פני מערבולת המים. חבר את ה-variac לשקע חשמל זרם חילופין של 230 וולט וכבה את מתג הבטיחות האדום כדי לאפשר נפח גבוהtage. באמצעות הווריאק, הגדל בהדרגה את המתח מאפס ל -250 וולט כדי להצית את פריקת הפלזמה.

לאחר מכן, השתמש במעגל החשמלי המוגדר לפריקת קשת זרם חילופין. לאחר מכן חבר את שתי יציאות המתח הגבוה לאלקטרודות הממוקמות מעל פני מערבולת המים. לאחר חיבור ה-variac וניתוק מתגי הבטיחות שהוצגו קודם לכן, הגדל בהדרגה את המתח מאפס וולט ל-250 וולט כדי להצית את פריקת הפלזמה.

לאחר מכן, כדי לבצע פריקת זוהר באווירת הליום, השתמש במעגל החשמלי המוצג כאן. חבר את יציאות המתח הגבוה של המעגל החשמלי לאלקטרודות הממוקמות מעל פני מערבולת המים. לאחר חיבור ה-variac וניתוק מתג הבטיחות, פתח את שסתום הגז כדי להכניס הליום בקצב הזרימה הרצוי.

לאחר מכן באמצעות הווריאק, הגדל לאט את המתח כדי להצית את פריקת הפלזמה עד שמתרחשת התמוטטות חשמלית בין האלקטרודות והפלזמה עוברת מפריקת זוהר לפריקת קשת. לאחר מכן, כדי ליזום את פריקת דופק ההבזק הדו-קוטבי, השתמש במעגל החשמלי כפי שמוצג בסכמה, חבר את יציאות המתח הגבוה לאלקטרודות, השתנה לשקע חשמל זרם חילופין של 230 וולט ונתק את מתג הבטיחות. לאחר מכן הגדל בהדרגה את המתח מאפס ל -250 וולט כדי להצית את פריקת הפלזמה.

עבור פריקות סטרימר פועמות חד קוטביות, השתמש במעגל המוצג בסכימה לפריקה חיובית או שלילית לפי הצורך. חבר את המסוף הנגדי לפער ניצוץ גלוי ואלקטרודה קרקעית. חבר את שאר יציאות המתח הגבוה לאלקטרודות הממוקמות מעל פני מערבולת המים.

לאחר מכן פתח את שסתום הגז והתאם את זרימת האוויר הדחוס לאטמוספירה של 0.5 לאטמוספירה אחת כדי לטהר את פער הניצוץ. לאחר חיבור ה-variac והפעלת מתג הבטיחות, הצית את פריקת הפלזמה כפי שהוצג קודם לכן. כדי לסיים את הניסוי, הפחת את מתח הווריאק, כבה את אספקת החשמל והפעל את מתג הבטיחות.

לאחר מכן סגור את כל שסתומי הגז להליום ואוויר דחוס אם נעשה בהם שימוש במהלך הניסוי. באמצעות מקל הארקה, גע בכל הרכיבים המתכתיים כדי לוודא שהם מוארקים כהלכה. מבין שלושת ההפרשות, הבזק ייצר את הריכוזים הגבוהים ביותר של מי חמצן בכ-450 מיליגרם לליטר, ניטריט בכ-90 מיליגרם לליטר וחנקות בכ-340 מיליגרם לליטר.

פריקת ההבזק גרמה לירידה הבולטת ביותר ב-pH, והפחיתה אותו מכ-5.5 ל-2.3. המוליכות החשמלית הייתה הגבוהה ביותר בדגימות שטופלו בהבזק, והגיעה לכ-2,300 מיקרוסימנים לסנטימטר. פוטנציאל הפחתת החמצון גדל באופן המשמעותי ביותר בפריקת ההבזק, והגיע לכ-600 מילי-וולט.

פריקת הבזק השיגה את פירוק ה-PFOS המהיר והמלא ביותר עבור שני הריכוזים הראשוניים, והגיעה לכמעט 100% המרה תוך 60 דקות, ועלתה על ההפרשות החיוביות והשליליות. במטריצת PFAS, ללא פעילי שטח, תרכובות ארוכות שרשרת כמו PFDA, PFNA, PFOS ו-PFOA הראו פירוק מעל 90% לאחר 75 דקות. לעומת זאת, מינים קצרי שרשרת, כגון PFBS ו-PFBA, נותרו ברובם לא מדורגים או גדלו בריכוז עקב היווצרות תוצרי לוואי.

עם תוספת פעילי שטח, כל תרכובות ה-PFAS ארוכות השרשרת התפרקו מעל 95% ופירוק של תרכובות קצרות שרשרת, כמו PFBA, השתפר ממינוס 19% לכ-53% ו-PFBS מ-22% לכ-95%ריכוז ה-PFHxA החל לרדת לאחר 20 דקות ו-PFPeA ירד לאחר 30 דקות של טיפול במינון פעילי שטח, מה שמעיד על פירוק מתקדם של תוצרי לוואי של PFAS.