Original title:
Studium rozkladu těkavých uhlovodíků v nerovnovážném plazmatu povrchového výboje za atmosférického tlaku
Translated title:
Study of volatile hydrocarbon decomposition in non-thermal plasma of surface discharge at atmoapheric pressure
Authors:
Věrná, Jana ; Rašková, Zuzana (referee) ; Kozáková, Zdenka (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2008
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Cílem této diplomové práce bylo studium povrchového plazmatického výboje a jeho možné aplikace v oblasti rozkladu těkavých organických látek (VOC). Úvodem se práce zabývá problematikou těkavých organických látek, vymezením pojmu VOC a shrnutím nejdůležitějších zdrojů emisí VOC a možných technik pro jejich eliminaci. Práce upozorňuje na důležité negativní vlivy VOC jak na lidský organismus, tak na celé životní prostředí. Problematika povrchového výboje a jeho možné aplikace v různých oborech je známa teprve pár let, proto bylo prvním důležitým úkolem sestavení vlastního reaktoru. Plazmový reaktor se skládal z elektrody, která byla tvořena řadou kovových pásků vzájemně oddělených dielektrickou vrstvou. Na povrchu elektrody byl distribuován a regulován výboj. Z důvodů technických omezení byl celý experiment limitován dobou 1 minuty. Experimentální část je zaměřena na popis reaktoru pro povrchový výboj a ostatních prvků aparatury, ve které byl prováděn rozklad VOC. Jako nosný plyn byl použit dusík, který se před vstupem do reaktoru míchal se vzduchem. Látky vzniklé rozkladem byly odebírány pro následnou analýzu. Produkty rozkladu byly zachyceny na SPME vlákna nebo sorpční trubičky. Analýza produktů probíhala v plynovém chromatografu s hmotnostním spektrometrem. Produkty rozkladu, se také analyzovaly pomocí přístroje Testo 350 M/XL. Přístroj poskytl informace o koncentracích malých molekul CO, H2, NO, NO2, CxHy. Jako modelové látky byly použity hexan, cyklohexan a xylen. Analýzou v GC-MS se získal přehled produktů rozkladu hexanu, cyklohexanu a xylenu. Produkty rozkladu byly především různé alkoholy, ketony, aldehydy a sloučeniny benzenu. Přístrojem Testo 350 M/XL nebyla prokázána přítomnost CxHy, pouze velkého množství NO2. Práce se dále zaměřuje na možné vlivy, které by mohly ovlivnit rozklad látek, jako především velikost výkonu nebo vliv změny průtoku kyslíku. Bylo zjištěno, že se zvyšujícím se výkonem klesá účinnost rozkladu. Účinnost rozkladu hexanu byla při nejmenším výkonu 87 %. Poslední část práce se zabývá diagnostikou plazmatu generovaného ve formě povrchového výboje. Záření vystupující z plazmatu bylo vyhodnoceno pomocí optické emisní spektroskopie. Touto metodou lze stanovit některé důležité parametry výboje, např. vibrační a rotační teplotu. Hodnota rotační teploty byla stanovena na 840±80 K a vibrační teplota na 1880±140 K. Zjištěné výsledky lze použít jako základ pro další, rozšířené studium rozkladu VOC v povrchovém výboji.
The main goal of this thesis was to study plasma generated by surface discharge and its application in volatile organic compound destruction. Introduction of this thesis deals with the issue of volatile organic compound. The term of volatile organic compound was defined and explained. Summary of the most important sources of volatile organic compound emissions and possible technics for their elimination was presented. This thesis drew attention on negative aspects of volatile organic compounds on human organism and on the whole environment. The problems of surface discharge and its possible application in various branches are known only few years therefore construction of plasma reactor itself was the first independent step of this work. The plasma reactor was consisted of electrode, which was created from the series of metal stripes each other separated by dielectric barrier. On the surface of the electrode, discharge was regulated and distributed. For the reason of technical limits experiment time was limited up to one minute. The experimental part describes reactor for surface discharge and other parts of apparatus in which degradation volatile organic compound was carried out. Nitrogen was used as carrier gas and it was mixed with air before entering into the reactor. Samples of compounds after degradation process were taken from reactor for the subsequent analysis. Analysis of the products proceeded in a gas chromatogram linked to mass spectrometer. The decomposition products were adsorbed in the SPME filaments or in sorption tubes. The decomposition products were analysed also through the mean of Testo 350 M/XL. This apparatus provided the information on the concentration of small molecules such as CO, H2, NO, NO2 and CxHy Hexane, cyclohexane and xylene were used as VOC examples. Analysis of GC-MS showed decomposition products of hexane, cyclohexane and xylene. The decomposition products were especially various alcohols, ketones, aldehydes and benzene compounds. The apparatus Testo 350 M/XL was unable to detect any CxHy, only large quantity of NO2. This thesis was further focused on possible factors which could have an influence on degradation of compounds, for example input power or different flow of oxygen. It was found that increasing power declined the removal efficiency. The maximum removal efficiency was 87 % for degradation of hexane at the lowest input power. Next part of this thesis was focused on diagnostics of plasma generated in the surface discharge form. The optical emission spectroscopy has been chosen as the best method for plasma characterisation. By this method, various important discharge parameters can be determined, e.g. vibration and rotation temperature. The obtained numeric value of rotation temperature was 840±80 K and vibration temperature was 1880±140 K. The obtained results may be used as a fundament for further study of VOC decomposition in surface discharge.
Keywords:
GC-MS; optical emission spectroscopy; surface discharge; VOC (volatile organic compound); GC-MS; optická emisní spektroskopie; povrchový výboj; VOC
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/12915
guest ::
