Исследование жидкофазного окисления алифатических спиртов при плазмохимической обработке воды

Плазмохимия является частью развития наукоемких технологий, отвечающих современным требованиям экологизации и ресурсосбережения. Изучение физико-химических закономерностей и процессов, протекающих в зоне действия электроразрядной плазмы вблизи поверхности жидкости, представляет большой научный и прикладной интерес. В исследовании применены разработанные и запатентованные коллективом авторов плазмохимические реакторы, реализующие обработку жидкости как барьерным, так и тлеющим разрядами вблизи поверхности жидкой фазы в проточном режиме. В качестве модельного объекта плазмохимической обработки использованы растворы первичных и вторичных алифатических спиртов. В результате проведенного исследования предложены механизмы жидкофазного окисления первичных и вторичных алифатических спиртов при плазмохимической обработке воды. Получены и проанализированы эмиссионные спектры электроразрядов на границе газ--жидкость в присутствии растворенных органических веществ. Спектральные исследования электроразрядной плазмы в прижидкостной зоне подтвердили различающийся состав неорганических продуктов окисления первичных и вторичных алифатических спиртов. При расшифровке спектров барьерного и тлеющего разрядов показаны характерные полосы излучения азота N₂, OH-радикалов и оксида азота, а также линий атомарного водорода H и кислорода O. Кроме того, показано влияние природы содержащихся в обрабатываемой воде органических веществ на характеристики электроразрядной плазмы

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания (проект FSSM-2020-0004)

Литература

[1] Mahyar A., Miessner H., Mueller S., et al. Development and application of different non-thermal plasma reactors for the removal of perfluorosurfactants in water: a comparative study. Plasma Chem. Plasma Process., 2019, vol. 39, no. 3, pp. 531--544. DOI: https://doi.org/10.1007/s11090-019-09977-6

[2] Kolb V.M. Green organic chemistry and its interdisciplinary applications. CRC Press, 2016.

[3] Bekeschus S., Favia P., Robert E., et al. White paper on plasma for medicine and hygiene: future in plasma health sciences. Plasma Process. Polym., 2019, vol. 16, iss. 1, special issue: The Future of Plasma Science, art. 1800033. DOI: https://doi.org/10.1002/ppap.201800033

[4] Zhang W., Cue B.W., eds. Green techniques for organic synthesis and medicinal chemistry. Wiley, 2012.

[5] Lu X., Reuter S., Laroussi M., et al. Nonequilibrium atmospheric pressure plasma jets. CRC Press, 2019.

[6] Shutov D.A., Sungurova A.V., Choukourov A., et al. Kinetics and mechanism of Cr(VI) reduction in a water cathode induced by atmospheric pressure DC discharge in air. Plasma Chem. Plasma Process., 2016, vol. 36, no. 5, pp. 1253--1269. DOI: https://doi.org/10.1007/s11090-016-9725-2

[7] Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., et al. The destruction of carbon tetrachloride dissolved in water in a dielectric barrier discharge in oxygen. Plasma Chem. Plasma Process., 2019, vol. 39, no. 2, pp. 461--473. DOI: https://doi.org/10.1007/s11090-019-09958-9

[8] Шутов Д.А., Сунгурова А.В., Смирнова К.В. и др. Кинетические закономерности восстановления Cr(VI) и деградации фенола в водном растворе под действием разряда постоянного тока атмосферного давления в воздухе. Химия высоких энергий, 2018, т. 52, № 1, с. 79--82. DOI: https://doi.org/10.7868/S0023119718010131

[9] Шутов Д.А., Сунгурова А.В., Манукян А.С. и др. Восстановление--окисление ионов хрома в водном растворе под действием разряда постоянного тока атмосферного давления в аргоне. Химия высоких энергий, 2018, т. 52, № 5, с. 415--418. DOI: https://doi.org/10.1134/S0023119318050145

[10] Ivanov A.N., Shutov D.A., Manukyan A.S., et al. Influence of non-uniformity of generation of active particles on deposition processes and redox reactions in a glow discharge in contact with water. Plasma Chem. Plasma Process., 2019, vol. 39, no. 1, pp. 63--73. DOI: https://doi.org/10.1007/s11090-018-9936-9

[11] Якушин Р.В., Колесников В.А., Бродский В.А. и др. Исследование деструкции органических веществ в водных растворах под воздействием импульсных высоковольтных разрядов. Журнал прикладной химии, 2015, т. 88, № 8, с. 1221--1226.

[12] Канделаки Г.И., Колесников В.А., Бродский В.А. и др. Исследование влияния неравновесной плазмы барьерного разряда на валентное состояние переходных металлов в водных растворах. Химия высоких энергий, 2018, т. 52, № 2, с. 165--170. DOI: https://doi.org/10.7868/S0023119718020126

[13] Якушин Р.В., Чистолинов А.В., Колесников В.А. и др. Плазмохимический реактор обработки жидкости барьерным разрядом. Патент РФ 173849. Заявл. 18.04.2016, опубл. 14.09.2017.

[14] Якушин Р.В., Чистолинов А.В., Колесников В.А. и др. Устройство обработки жидкостей барьерным разрядом. Патент РФ 161968. Заявл. 22.09.2015, опубл. 20.05.2016.

[15] Якушин Р.В., Чистолинов А.В., Колесников В.А. и др. Плазмогазокаталитический реактор обработки жидкости. Патент РФ 189390. Заявл. 30.01.2019, опубл. 21.05.2019.

[16] Reisz E., Tekle-Rottering A., Naumov S., et al. Reaction of 1-propanol with ozone in aqueous media. Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, iss. 17, special issue: The Structure and Function of the Second Phase of Liquid Water, pp. 4165--4185. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms20174165

[17] Wittcoff H.A., Reuben B.G., Plotkin J.S. Industrial organic chemicals. Wiley, 2012.