Экоаналитический контроль процесса деструкции формальдегида при очистке воздуха в диэлектрическом барьерном разряде

Суровов А.М.,¹ Горболетова И.В.²

¹Ивановский государственный химико-технологический университет,

Иваново, Россия.

Аспирант 3г.

[email protected]

²Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия. Студент V курса.

Научный руководитель: Бубнов А.Г.

Хорошо известно, что применение в аналитических целях тех или иных ранее апробированных методик определения качественного и количественного состава продуктов вновь разрабатываемых методов/процессов, например, очистки воздуха или воды, может встречать различного рода трудности, связанные с наличием в анализируемых пробах сильных окислителей или других активных частиц. Последние существенным образом могут влиять или вообще искажать результаты контроля. Подобного рода проблемы могут являться препятствием, вместе с тем, из-за некорректного экоаналитического контроля, для внедрения эколого-экономически эффективных способов защиты окружающей среды. Так, ранее в большом количестве публикаций показано, что одним из наиболее перспективных для очистки воздуха и воды является применение неравновесной низкотемпературной плазмы и, в частности, диэлектрического барьерного разряда (ДБР). Однако применение ДБР, например, для очистки воздуха от альдегидов, сдерживается, в том числе и отсутствием корректных методик для промышленного аналитического контроля не только степени очистки от основного загрязнителя, но и побочных продуктов воздействия разряда на воздух. Состав основных продуктов взаимодействия ДБР и загрязнённого формальдегидом воздуха представляет из себя, сложную смесь, включающую такие вещества как: озон, оксиды азота и углерода, собственно формальдегид, а также муравьиная кислота (согласно Storch D.M., Kushner M.J. [1]). Кроме того, в состав газо-воздушной смеси входят такие активные долгоживущие (не токсичные) частицы, как O(³P), OH^•, O(¹D), О^• и др.[2], препятствующие ходу, например, фотоколориметрического анализа состава среды.

Нами, в ходе работы, после обработки загрязнённого формальдегидом воздуха был проведён количественный анализ воздуха на предмет содержания в нём остаточного CH₂O. Для этого применялись основные методы, рекомендованные для анализа воздуха [3]. В частности, на основании полученных данных были сделаны выводы о том, что не все рекомендуемые методы могут быть применены в данных условиях (анализ воздуха после обработки в ДБР), наиболее вероятной, по нашему мнению, причиной служит большое содержание в обработанном разрядом воздухе указанных активных частиц и озона (образующихся в ДБР по реакциям:
O₂ + e → O(³P) + O(³P) + e; O₂ + e → O(³P) + O(¹D) + e; O₃ + e → O₂ + O + e и др.; с целью сокращения записи реакций электронные состояния молекул и атомов обозначаются одной буквой [2]).

В работе оценены возможности наиболее широко применяемых фотоколориметрических методов контроля концентрации формальдегида в воздухе, обработанном в ДБР (см. рис. 1.).

Рис. 1. Разница в измерении степени превращения формальдегида (α) с использованием различных методик. 1 – с ацетилацетоном; 2 – с фенилгидразином (τк – время контакта газо-воздушной смеси с ДБР; мощность, вкладываемая в разряд – 0,262 Вт/см3)

На основании экспериментальных данных рекомендованы методики по контролю формальдегида, а также основных устойчивых продуктов его деструкции, включая NO_x и O₃. Для определения концентрации CH₂O и степени его деструкции нами рекомендуется использовать фотометрический метод, основанный на улавливании формальдегида ацетилацетоном в среде уксуснокислого аммония. Для определения оксидов азота возможно применение фотометрического метода по реакции с реактивом Грисса-Илосвая с присутствием катализатора марки ГТТ (описание катализатора – в [4]), а для оксидов углерода необходим газоанализатор с высокой чувствительностью (в то же время нужно учитывать возможное мешающее влияние активных частиц и по возможности устранить его). Для определения концентрации озона эффективнее использовать метод абсорбционной спектроскопии.

Литература:

[1] Storch D.M., Kushner M.J. J. Appl. Phys. 73, 51-55 (1993)

[2] Коссый И.А., Костинский А.Ю., Матвеев А.А., Силаков В.П. Плазмохимические процессы в неравновесной азотно-кислородной смеси. В кн. Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ-волн. -М.: Наука, 1994, С.37-57. (Тр. ИОФАН, Т. 47)

[3] РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы.

[4] Ткаченко С.Н., Лунин В.В., Вобликова В.А., Егорова Г.В., Сабитова Л.В., Буренкова Л.Н.,Ткаченко И.С., Голосман Е.З. Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии. Первая всероссийская конференция. Материалы конференции. - Москва. 2005,. - С. 183.