Sudaki mikro kirleticilerin giderilmesi için hiperbolik bir vorteks plazma reaktörünün uygulanması

Araştırmamızın odak noktası, günümüzde giderek artan bir çevresel sorun olan sudaki mikro kirleticilerin bozunması için plazma deşarjını optimize etmektir. Plazma deşarjını optimize ederek ve katyonik yüzey aktif maddeleri dikkatli bir şekilde dozlayarak, yalnızca orta düzeyde enerji girişi kullanarak neredeyse %100 PFAS bozulmasına ulaşabileceğimizi keşfettik. Plazma işlemi tipik olarak enerji yoğun bir süreçtir.

Ancak plazma darbeleri uygulanarak performans artırılırken enerji tüketimi de önemli ölçüde azaltılabilir. Ve bu çalışmada, bu optimizasyonun nasıl sağlanacağını gösteriyoruz. Hiperbolik girdap plazmasını kurduktan sonra, doğru akım ark deşarjı kurulumu için tasarlanmış elektrik devresini kullanın.

Köprü doğrultucudan gelen pozitif ve negatif yüksek voltaj çıkışlarını su girdabının yüzeyinin üzerinde bulunan elektrotlara bağlayın. Varyak'ı 230 voltluk bir alternatif akım elektrik prizine takın ve yüksek hacmi etkinleştirmek için kırmızı güvenlik anahtarını kapatın.tage. Varyak kullanarak, plazma deşarjını ateşlemek için voltajı kademeli olarak sıfırdan 250 volta yükseltin.

Daha sonra alternatif akım ark deşarjı için yapılandırılmış elektrik devresini kullanın. Ardından her iki yüksek voltaj çıkışını da su girdabının yüzeyinin üzerinde bulunan elektrotlara bağlayın. Varyak'ı bağladıktan ve daha önce gösterilen güvenlik anahtarlarını devre dışı bıraktıktan sonra, plazma deşarjını ateşlemek için voltajı kademeli olarak sıfır volttan 250 volta yükseltin.

Ardından, helyum atmosferinde bir kızdırma deşarjı gerçekleştirmek için burada gösterilen elektrik devresini kullanın. Elektrik devresinin yüksek voltaj çıkışlarını su girdabının yüzeyinin üzerinde bulunan elektrotlara bağlayın. Varyak bağlandıktan ve güvenlik anahtarı devre dışı bırakıldıktan sonra, istenen akış hızında helyum vermek için gaz vanasını açın.

Daha sonra varyak kullanarak, elektrotlar arasında elektriksel bozulma meydana gelene ve plazma kızdırma deşarjından ark deşarjına geçene kadar plazma deşarjını ateşlemek için voltajı yavaşça artırın. Ardından, bipolar flashover darbe deşarjını başlatmak için, şematikte gösterildiği gibi elektrik devresini kullanın, yüksek voltaj çıkışlarını elektrotlara, varyak'ı 230 voltluk bir alternatif akım elektrik prizine bağlayın ve güvenlik anahtarını devre dışı bırakın. Ardından, plazma deşarjını ateşlemek için voltajı kademeli olarak sıfırdan 250 volta yükseltin.

Monopolar darbeli flama deşarjları için, gerektiğinde pozitif veya negatif deşarj için şematikte gösterilen devreyi kullanın. Karşı terminali görünür bir kıvılcım aralığına ve toprak elektroduna bağlayın. Yüksek voltaj çıkışlarının geri kalanını su girdabı yüzeyinin üzerinde bulunan elektrotlara takın.

Ardından gaz vanasını açın ve kıvılcım aralığını boşaltmak için basınçlı hava akışını 0,5 ila bir atmosfere ayarlayın. Varyak'ı bağladıktan ve güvenlik anahtarını devreye soktuktan sonra, plazma deşarjını daha önce gösterildiği gibi ateşleyin. Deneyi sonlandırmak için varyak voltajını azaltın, güç kaynağını kapatın ve güvenlik anahtarını devreye alın.

Ardından, deney sırasında kullanılmışlarsa helyum ve basınçlı hava için tüm gaz vanalarını kapatın. Bir topraklama çubuğu kullanarak, düzgün şekilde topraklandıklarını doğrulamak için tüm metal bileşenlere dokunun. Üç deşarj arasında, flashover, litre başına yaklaşık 450 miligram ile en yüksek hidrojen peroksit, litre başına yaklaşık 90 miligram nitrit ve litre başına yaklaşık 340 miligram nitrat konsantrasyonlarını üretti.

Flashover deşarjı, pH'da en belirgin düşüşe neden oldu ve pH'ı yaklaşık 5,5'ten 2,3'e düşürdü. Elektriksel iletkenlik, flashover ile muamele edilen numunelerde en yüksekti ve santimetre başına yaklaşık 2.300 mikrosiemens'e ulaştı. Oksidasyon-indirgeme potansiyeli, flashover deşarjında en önemli şekilde arttı ve yaklaşık 600 milivolta ulaştı.

Flashover deşarjı, her iki başlangıç konsantrasyonu için de en hızlı ve en eksiksiz PFOS bozulmasını sağladı ve 60 dakikada neredeyse %100 dönüşüme ulaşarak pozitif ve negatif deşarjlardan daha iyi performans gösterdi. PFAS matrisinde, yüzey aktif madde olmadan PFDA, PFNA, FOSOS ve PFOA gibi uzun zincirli bileşikler 75 dakika sonra %90'ın üzerinde bozunma sergiledi. Buna karşılık, PFBS ve PFBA gibi kısa zincirli türler, yan ürün oluşumu nedeniyle büyük ölçüde derecelendirilmemiş veya konsantrasyonları artmış olarak kalmıştır.

Yüzey aktif madde ilavesiyle, tüm uzun zincirli PFAS bileşikleri %95'in üzerinde bozundu ve PFBA gibi kısa zincirli bileşiklerin bozunması eksi %19'dan yaklaşık %53'e ve PFBS %22'den yaklaşık %95'e yükseldi PFHxA konsantrasyonu 20 dakika sonra azalmaya başladı ve PFPeA, yüzey aktif madde dozuyla 30 dakikalık işlemden sonra düştü, bu da PFAS yan ürünlerinin aşamalı olarak parçalandığını gösterir.