Implementación de un reactor de plasma de vórtice hiperbólico para la eliminación de microcontaminantes en el agua

El enfoque de nuestra investigación es optimizar la descarga de plasma para la degradación de microcontaminantes en el agua, que es una preocupación ambiental creciente en la actualidad. Descubrimos que al optimizar la descarga de plasma y dosificar cuidadosamente los tensioactivos catiónicos, podemos alcanzar casi el 100% de degradación de PFAS utilizando solo un aporte de energía moderado. El tratamiento con plasma suele ser un proceso que consume mucha energía.

Sin embargo, mediante la aplicación de pulsos de plasma, el consumo de energía se puede reducir significativamente al tiempo que mejora el rendimiento. Y en este estudio, demostramos cómo lograr esta optimización. Después de configurar el plasma de vórtice hiperbólico, use el circuito eléctrico diseñado para la configuración de descarga de arco de corriente continua.

Conecte las salidas de alto voltaje positivo y negativo del rectificador de puente a los electrodos colocados sobre la superficie del vórtice de agua. Enchufe el variac en una toma de corriente alterna de 230 voltios y apague el interruptor rojo de seguridad para habilitar el alto voltaje. Usando el variac, aumente gradualmente el voltaje de cero a 250 voltios para encender la descarga de plasma.

A continuación, utilice el circuito eléctrico configurado para la descarga de arco de corriente alterna. Luego conecte ambas salidas de alto voltaje a los electrodos ubicados sobre la superficie del vórtice de agua. Después de conectar el variac y desconectar los interruptores de seguridad que se muestran anteriormente, aumente gradualmente el voltaje de cero voltios a 250 voltios para encender la descarga de plasma.

A continuación, para realizar una descarga incandescente en una atmósfera de helio, utilice el circuito eléctrico que se muestra aquí. Conecte las salidas de alto voltaje del circuito eléctrico a los electrodos colocados sobre la superficie del vórtice de agua. Una vez conectado el variac y desactivado el interruptor de seguridad, abra la válvula de gas para introducir helio al caudal deseado.

Luego, usando el variac, aumente lentamente el voltaje para encender la descarga de plasma hasta que se produzca una ruptura eléctrica entre los electrodos y el plasma cambie de descarga luminosa a descarga de arco. A continuación, para iniciar la descarga de pulso de descarga de descarga bipolar, use el circuito eléctrico como se muestra en el esquema, conecte las salidas de alto voltaje a los electrodos, variac a una toma de corriente alterna de 230 voltios y desconecte el interruptor de seguridad. Luego, aumente gradualmente el voltaje de cero a 250 voltios para encender la descarga de plasma.

Para descargas de serpentinas pulsadas monopolares, use el circuito que se muestra en el esquema para descargas positivas o negativas según sea necesario. Conecte el terminal opuesto a un espacio de chispa visible y un electrodo de tierra. Conecte el resto de las salidas de alto voltaje a los electrodos situados sobre la superficie del vórtice de agua.

Luego abra la válvula de gas y ajuste el flujo de aire comprimido a 0.5 a una atmósfera para purgar el espacio de chispa. Después de conectar el variac y activar el interruptor de seguridad, encienda la descarga de plasma como se mostró anteriormente. Para finalizar el experimento, reduzca el voltaje variac, apague la fuente de alimentación y active el interruptor de seguridad.

Luego cierre todas las válvulas de gas para helio y aire comprimido si se usaron durante el experimento. Con una varilla de conexión a tierra, toque todos los componentes metálicos para verificar que estén correctamente conectados a tierra. Entre las tres descargas, el flashover generó las concentraciones más altas de peróxido de hidrógeno con aproximadamente 450 miligramos por litro, nitrito con alrededor de 90 miligramos por litro y nitrato con aproximadamente 340 miligramos por litro.

La descarga de descarga por descarga provocó la caída más pronunciada del pH, reduciéndolo de aproximadamente 5,5 a 2,3. La conductividad eléctrica fue más alta en las muestras tratadas con flashover, alcanzando aproximadamente 2.300 microsiemens por centímetro. El potencial de oxidación-reducción aumentó más significativamente en la descarga de la descarga de la llama eléctrica, alcanzando aproximadamente 600 milivoltios.

La descarga por descarga por descarga eléctrica logró la degradación más rápida y completa del PFOS para ambas concentraciones iniciales, alcanzando casi el 100% de conversión en 60 minutos, superando las descargas positivas y negativas. En la matriz de PFAS, sin tensioactivo, los compuestos de cadena larga como PFDA, PFNA, PFOS y PFOA exhibieron una degradación superior al 90% después de 75 minutos. Por el contrario, las especies de cadena corta, como PFBS y PFBA, permanecieron en gran medida sin clasificar o aumentaron en concentración debido a la formación de subproductos.

Con la adición de surfactante, todos los compuestos de PFAS de cadena larga se degradaron por encima del 95% y la degradación de los compuestos de cadena corta, como PFBA, mejoró de menos 19% a aproximadamente 53% y PFBS de 22% a aproximadamente 95%La concentración de PFHxA comenzó a disminuir después de 20 minutos y PFPeA disminuyó después de 30 minutos de tratamiento con dosis de surfactante, lo que indica una descomposición progresiva de los subproductos de PFAS.