Введение к работе
Актуальность темы. Увеличение масштабов антропогенного воздействия делает целесообразной разработку эффективных и экономичных технологий защиты природні, а также способов предупреждения от вредного воздействия загрязняющих атмосферу веществ. Самыми распространенными соединениями, выбрасываемыми в атмосферу, являются моиооксид углерода, оксиды азота, серы, углеводороды и твердые взвешенные частицы.
Существующие технологические процессы по улавливанию, нейтрализации и утилизации этих веществ в основном базируются на химических, сорбционных и каталитических способах обезвреживания отходящих технологических и вентиляционных газов. Большинство технологических процессов связано с использованием различных катализаторов (особенно содержащих металлы платиновой группы) в условиях повышенных температур от 150С до 600С, что не всегда экологически и экономически выгодно.
Использование низкотемпературной плазмы газового разряда, возбуждаемого при атмосферном давлении наряду с традиционными каталитическими методами, представляется весьма перспективным для снижения концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах.
Совмещение каталитических процессов с активирующими свойствами плазмы в одном технологическом цикле может дать выигрыш в снижении энергозатрат или эффективности процессов трансформации токсичных соединений, а также заменить дорогостоящие платиновые катализаторы на более дешевые промышленные образцы.
Поэтому разработка совмещенных плазменно-каталитических процессов и исследование механизмов трансформации СО и СШ в плазме поверхностно-барьерного разряда (ПБР) имеют актуальное научно-практическое значение с точки зрения охраны воздушного бассейна от загрязнения промышленными газовыми выбросами и выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания.
Цель работы. Изучение процессов трансформации газовой смеси, содержащей СО и CHU, как в плазме барьерного разряда, так и в совмещенных плазменно-каталитических процессах, а также выбор наиболее эффективных параметров проведения низкотемпературных процессов, включая подбор активных и стабильных катализаторов более глубокого окисления СО и СНа и подавляющих образование побочных продуктов плазменного взаимодействия.
Научная новизна. Впервые показано, что совместное действие низкотемпературной плазмы и цементсодержащих катализаторов, не включающих металлы платиновой группы, позволяет эффективно проводить процессы окисления СО и CHU в отходящих газах без заметного содержания з них побочных продуктов, образующихся в плазме.
Кинетические исследования низкотемпературной нейтрализации монооксида углерода и метана в условиях неравновесной плазмы показали, что окисление СО происходит как в бимолекулярном процессе (малые времена контакта), так и в трехмолекулярном процессе
(большие времена контакта), а окисление СНч лимитируется в основном трехмолекулярным процессом.
Впервые количественно определен вклад плазмы и катализатора в суммарную эффективность трансформации СО и СШ в совмещенном плазменно-каталитическом процессе.
Практическая ценность. Предложен экологически безопасный способ очистки отходящих газов, содержащих монооксид углерода и углеводороды. Показано, что при действии плазмы поверхностно-барьерного разряда на газо-воздушную смесь, содержащую СО и СШ, основным продуктом является СОг. Установлено, что использование цементсодержащих катализаторов в сочетании с плазменным окислением способствует более эффективному и полному разложению СО и СНц. Себестоимость данных катализаторов ниже использующихся в настоящее время в процессах термокаталитического окисления образцов содержащих металлы платиновой группы.
Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать концентрации исследуемых компонентов по длине плазменного реактора и на выходе из него при заданной начальной концентрации, известной скорости потока газовой смеси и напряжения, подводимому к разрядной ячейке. Впервые установлен эффективный объем катализатора (относительно объема плазменной зоны), размещаемого в зоне плазмы.
Предложен смешанный катализатор состава НКО-2-4 и ГТТ (9:1), применение которого в совмещенном плазменно-каталитическом процессе наряду с увеличением эффективности процессов деструкции СО и СШ способствует максимальному снижению концентрации побочных продуктов (Оз и NOx) на выходе из реактора.
Показано, что эколого-энергетическая эффективность совмещенного плазменно-каталитического метода нейтрализации отходящих газов выше, чем у традиционных способов очистки.
Личный вклад автора. В основу работы положены исследования автора, проводившиеся в 1995-1998 г.г. и обобщенные в публикациях. Научные разработки, определившие структуру и основные положения диссертации, а также проведение и обработка результатов эксперимента по измерению концентраций оксидов углерода, метана, озона, оксидов азота, этилена, формальдегида, тяжелых металлов и определению химического состава катализатора, выполнены автором самостоятельно.
Апробация результатов работы. По результатам работы опубликовано 3 статьи и 8 тезисов докладов.
Обгем диссертации. Диссертация изложена на (& страниц, содержит 27 таблиц, 34 рисунка и состоит из введения, литературного обзора, методики исследований, двух глав, отражающих сравнительную характеристику плазменных и совмещенных плазменно-каталитических процессов, механизмы и модель процессов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 140 наименований.