|
|
Study of Plasma - Liquid Interactions
Němcová, Lucie ; Brablec, Antonín (referee) ; Obradovic, Bratislav (referee) ; Krčma, František (advisor)
Disertační práce se zabývá detailním studiem vlastností různých elektrických výbojů generovaných ve vodných roztocích. Tyto výboje se staly v posledním desetiletí velmi populárním tématem, a to zejména díky mnoha praktickým využitím jako například v biomedicíně, čištění odpadních vod, ekologii nebo nanoinženýrství. Studium je zaměřeno na generaci peroxidu vodíku, jakožto jednu z nejvýznamnějších částic generovaných právě elektrickými výboji v kapalinách. Pro první část této práce byla využita speciální výbojová komora zkonstruovaná na Fakultě chemické Vysokého Učení Technického v Brně. Komora byla rozdělena tenkou diafragmovou přepážkou na dvě poloviny, přičemž uvnitř přepážky se nacházela malá dírka. V každé části komory se nacházela jedna elektroda, a obě dvě části komory byly vyplněny kapalinou. Ze zdroje bylo do kapaliny aplikováno vysokofrekvenční napětí (1 a 2 kHz), které tak vlastně upravovalo roztok chloridu sodného (1.5 l). Bylo zjištěno, že tento druh napětí, v porovnání s DC, nezpůsobuje nežádoucí přehřívání roztoku (počáteční vodivost 100 - 800 S/cm) během jeho úpravy při zachování účinnosti produkce peroxidu. Experimentální aparatura pro druhou část práce byla sestavena na Gentské Univerzitě v Belgii. Stejnosměrný výboj byl generován v bublinách plynů (He, Ar, N2, vzduch) v prostředí vodných roztoků. Byla studována generace peroxidu vodíku a odbourávání organických barviv přítomných ve zkoumaném roztoku. Ke generaci peroxidu vodíku byl použit roztok NaH2PO4 . 2H2O (5 microS/cm, V= 750 ml), ke zkoumání rozkladu barviv byly použity roztoky organických barviv Direct Red 79 (20 mg/l) a Direct Blue 106 (20 mg/l, V= 750 ml). Minimální koncentrace peroxidu vodíku byla naměřena při aplikaci proudu 10 mA, zatímco maximální koncentrace peroxidu vodíku byla zaznamenána při použití proudu 30 mA. Rozklad organických barviv vykazoval stejné vlastnosti. Čím vyšší byla dodávaná energie, tím více barviva se odbouralo. Třetí část práce probíhala ve spolupráci s Queen's University of Belfast, Centrum for Plasma Physics, UK. K realizaci experimentů bylo využito vysokofrekvenčního plazmového skalpelu (Arthrocar). Bylo zjištěno, že hodnota koncentrace peroxidu vodíku dosahovala maxima v roztocích s nepatrným přídavkem alkoholu (0.25 %). Celkem byly studovány čtyři 0.15 M roztoky BaCl2, Na2CO3, KCl a NaCl (V= 20 ml), jejichž počáteční vodivost se pohybovala kolem 13 mS/cm. Z výsledků bylo patrné, že největší rozdíl hodnot pH byl zaznamenán u roztoků s přídavkem ethanolu. V optických emisních spektrech byly identifikovány především radikály OH, které jsou prekurzory peroxidu vodíku. Výsledky ukázaly, že plazma v takovémto roztoku je stále tvořeno, což může být považováno za první krok generace plazmatu v organických sloučeninách. Poslední část práce byla zaměřena na tzv. mikroplazmatický jet v přímém kontaktu s kapalnou fází. Tato experimentální práce byla realizována na pracovišti Nanotechnology & Integrated Bio-Engineering Centre (NIBEC), University of Ulster, UK během studijní stáže. Jako vodivé médium byl použit roztok trihydrátu kyseliny chlorozlatité s různou počáteční vodivostí. Zajímavým zjištěním je fakt, že při tomto druhu měření bylo generováno stabilní plazma i při velmi malém výbojovém proudu (0.05 a 0.2 mA), a tedy i peroxid vodíku vznikal při velmi malé vstupní energii, což může být považováno za velmi dobrý výsledek.
|
|
|
Organic dye decomposition by AOP´s methods
Olexová, Barbora ; Dzik, Petr (referee) ; Kozáková, Zdenka (advisor)
This diploma thesis is focused on the study of the influence of advanced oxidation processes on degradation of organic dyes. The field of AOP – very effective physically-chemical methods of wastewater treatment – includes application of strong oxidation agents, UV and ionizing radiation and electrical discharges. For this thesis, two of these methods were chosen – the application of oxidation agent (ozone) and UV radiation. Along with electrolysis, which is mentioned rather marginally in this thesis (it is the subject of the previous thesis), these phenomena are products of electrical discharge in water, where they participate in the processes of degradation in a different way. For all measurement series, two direct azo dyes were chosen as model substances – C.I. Direct Blue 106 and C.I. Direct Red 79. The ozonizer, in which either oxygen or synthetic or technical air were loaded as carrier gases, was used for degradation of dyes by ozone. The generated ozone was loaded into the bubbling vessel with dye solution of different initial concentration (10–130 mg.dm-3), which was followed by other bubbling vessel with KI solution for the next analytical determination of the amount of generated ozone. The other parameters changed were the gas flow (1–2 dm3.min-1), ozonizer output (minimal and maximal), type of dye, pH value of the solution (neutral or acid) and additional electrolyte (NaCl, Na2SO4 or any). The reactor for the study of the influence of UV radiation on degradation of dyes was an UV sterilizer into which the equivalent volume of dye solution was added. The possibilities of experimental settings were limited and only the type of dye, an additional electrolyte and pH value of the dye solution were adjusted (as in the case of ozone). Several series of samples were measured with various input conditions which more or less influenced the degradation of investigated dyes in this experiment. It was found that for both used methods the Direct Blue 106 dye was more degradable (with significantly better results for ozone than for UV radiation). The degradation of Direct Red 79 dye proceeded only by ozone treatment, in the case of the application of UV radiation no degradation occurred. By investigation of the influence of initial concentration of dye on its degradation, it was confirmed that with the initial concentration enhancement the final concentration rises as well, whereas in low concentrations (10–50 mg.dm-3) the initial concentration has no effect. The addition of an electrolyte had an accelerating effect on dye degradation in both methods (NaCl and also Na2SO4 showed similar results though the degradation proceeded in different ways). The addition of HCl accelerated the degradation only in the case of UV radiation; during the application of ozone the pH level of the system did not have any influence on the degradation. Oxygen and synthetic air had the strongest effect on ozone degradation (comparable results); in the case of technical air the final dye concentration was higher up to 30 %. The gas flow of 1.5 dm3.min-1 was stated as optimal with the ozonizer output 30 W (maximal). At minimal power the ozonizer produced very low amount of ozone.
|
|
|
Study of Plasma - Liquid Interactions
Němcová, Lucie ; Brablec, Antonín (referee) ; Obradovic, Bratislav (referee) ; Krčma, František (advisor)
Disertační práce se zabývá detailním studiem vlastností různých elektrických výbojů generovaných ve vodných roztocích. Tyto výboje se staly v posledním desetiletí velmi populárním tématem, a to zejména díky mnoha praktickým využitím jako například v biomedicíně, čištění odpadních vod, ekologii nebo nanoinženýrství. Studium je zaměřeno na generaci peroxidu vodíku, jakožto jednu z nejvýznamnějších částic generovaných právě elektrickými výboji v kapalinách. Pro první část této práce byla využita speciální výbojová komora zkonstruovaná na Fakultě chemické Vysokého Učení Technického v Brně. Komora byla rozdělena tenkou diafragmovou přepážkou na dvě poloviny, přičemž uvnitř přepážky se nacházela malá dírka. V každé části komory se nacházela jedna elektroda, a obě dvě části komory byly vyplněny kapalinou. Ze zdroje bylo do kapaliny aplikováno vysokofrekvenční napětí (1 a 2 kHz), které tak vlastně upravovalo roztok chloridu sodného (1.5 l). Bylo zjištěno, že tento druh napětí, v porovnání s DC, nezpůsobuje nežádoucí přehřívání roztoku (počáteční vodivost 100 - 800 S/cm) během jeho úpravy při zachování účinnosti produkce peroxidu. Experimentální aparatura pro druhou část práce byla sestavena na Gentské Univerzitě v Belgii. Stejnosměrný výboj byl generován v bublinách plynů (He, Ar, N2, vzduch) v prostředí vodných roztoků. Byla studována generace peroxidu vodíku a odbourávání organických barviv přítomných ve zkoumaném roztoku. Ke generaci peroxidu vodíku byl použit roztok NaH2PO4 . 2H2O (5 microS/cm, V= 750 ml), ke zkoumání rozkladu barviv byly použity roztoky organických barviv Direct Red 79 (20 mg/l) a Direct Blue 106 (20 mg/l, V= 750 ml). Minimální koncentrace peroxidu vodíku byla naměřena při aplikaci proudu 10 mA, zatímco maximální koncentrace peroxidu vodíku byla zaznamenána při použití proudu 30 mA. Rozklad organických barviv vykazoval stejné vlastnosti. Čím vyšší byla dodávaná energie, tím více barviva se odbouralo. Třetí část práce probíhala ve spolupráci s Queen's University of Belfast, Centrum for Plasma Physics, UK. K realizaci experimentů bylo využito vysokofrekvenčního plazmového skalpelu (Arthrocar). Bylo zjištěno, že hodnota koncentrace peroxidu vodíku dosahovala maxima v roztocích s nepatrným přídavkem alkoholu (0.25 %). Celkem byly studovány čtyři 0.15 M roztoky BaCl2, Na2CO3, KCl a NaCl (V= 20 ml), jejichž počáteční vodivost se pohybovala kolem 13 mS/cm. Z výsledků bylo patrné, že největší rozdíl hodnot pH byl zaznamenán u roztoků s přídavkem ethanolu. V optických emisních spektrech byly identifikovány především radikály OH, které jsou prekurzory peroxidu vodíku. Výsledky ukázaly, že plazma v takovémto roztoku je stále tvořeno, což může být považováno za první krok generace plazmatu v organických sloučeninách. Poslední část práce byla zaměřena na tzv. mikroplazmatický jet v přímém kontaktu s kapalnou fází. Tato experimentální práce byla realizována na pracovišti Nanotechnology & Integrated Bio-Engineering Centre (NIBEC), University of Ulster, UK během studijní stáže. Jako vodivé médium byl použit roztok trihydrátu kyseliny chlorozlatité s různou počáteční vodivostí. Zajímavým zjištěním je fakt, že při tomto druhu měření bylo generováno stabilní plazma i při velmi malém výbojovém proudu (0.05 a 0.2 mA), a tedy i peroxid vodíku vznikal při velmi malé vstupní energii, což může být považováno za velmi dobrý výsledek.
|
|
|
Organic dye decomposition by AOP´s methods
Olexová, Barbora ; Dzik, Petr (referee) ; Kozáková, Zdenka (advisor)
This diploma thesis is focused on the study of the influence of advanced oxidation processes on degradation of organic dyes. The field of AOP – very effective physically-chemical methods of wastewater treatment – includes application of strong oxidation agents, UV and ionizing radiation and electrical discharges. For this thesis, two of these methods were chosen – the application of oxidation agent (ozone) and UV radiation. Along with electrolysis, which is mentioned rather marginally in this thesis (it is the subject of the previous thesis), these phenomena are products of electrical discharge in water, where they participate in the processes of degradation in a different way. For all measurement series, two direct azo dyes were chosen as model substances – C.I. Direct Blue 106 and C.I. Direct Red 79. The ozonizer, in which either oxygen or synthetic or technical air were loaded as carrier gases, was used for degradation of dyes by ozone. The generated ozone was loaded into the bubbling vessel with dye solution of different initial concentration (10–130 mg.dm-3), which was followed by other bubbling vessel with KI solution for the next analytical determination of the amount of generated ozone. The other parameters changed were the gas flow (1–2 dm3.min-1), ozonizer output (minimal and maximal), type of dye, pH value of the solution (neutral or acid) and additional electrolyte (NaCl, Na2SO4 or any). The reactor for the study of the influence of UV radiation on degradation of dyes was an UV sterilizer into which the equivalent volume of dye solution was added. The possibilities of experimental settings were limited and only the type of dye, an additional electrolyte and pH value of the dye solution were adjusted (as in the case of ozone). Several series of samples were measured with various input conditions which more or less influenced the degradation of investigated dyes in this experiment. It was found that for both used methods the Direct Blue 106 dye was more degradable (with significantly better results for ozone than for UV radiation). The degradation of Direct Red 79 dye proceeded only by ozone treatment, in the case of the application of UV radiation no degradation occurred. By investigation of the influence of initial concentration of dye on its degradation, it was confirmed that with the initial concentration enhancement the final concentration rises as well, whereas in low concentrations (10–50 mg.dm-3) the initial concentration has no effect. The addition of an electrolyte had an accelerating effect on dye degradation in both methods (NaCl and also Na2SO4 showed similar results though the degradation proceeded in different ways). The addition of HCl accelerated the degradation only in the case of UV radiation; during the application of ozone the pH level of the system did not have any influence on the degradation. Oxygen and synthetic air had the strongest effect on ozone degradation (comparable results); in the case of technical air the final dye concentration was higher up to 30 %. The gas flow of 1.5 dm3.min-1 was stated as optimal with the ozonizer output 30 W (maximal). At minimal power the ozonizer produced very low amount of ozone.
|
guest ::
