Визначення можливості використання холодної плазми для окислення атмосферного азоту в оксиди нітрогену та впливу сили струму через установку на процес
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-291-5-74-87Ключові слова:
молекулярний азот, пряме окислення, холодна плазма, оксиди нітрогену, лазматрон, перекис воднюАнотація
Об’єктом дослідження є процес окислення атмосферного азоту в оксиди нітрогену. Окиснення атмосферного азоту з метою отримання нітратної кислоти, є важливими для розробки нових методів зв’язування атмосферного азоту та активації метану, які є фундаментальними проблемами в галузі хімічної науки і технології. Проведено дослідження процесу окиснення молекулярного азоту та залежність вмісту оксидів нітрогену від сили току через установку з електродуговим генератором низькотемпературної плазми.
Для підтвердження гіпотези було здійснено квантово-хімічні дослідження реакційної активності нітратної кислоти та продуктів її розпаду. На початковому етапі проведено квантово-хімічні розрахунки методом DFT для визначення електронної структури та термодинамічних параметрів основного стану нітратної кислоти та трьох її відомих ізомерів.
Для впровадження процесу отримання нітратної кислоти з атмосферного повітря за допомогою репродуктивної технології, запропоновано конструкція реактора для отримання оксидів нітрогену шляхом прямого окиснення азоту в потоці холодної плазми. При цьому було запропоновано використання ефекту отримання оксидів азоту в повітряній суміші з парами азотної кислоти та при термічному розкладанні перекису нітрогену з азотом атмосферного повітря. Встановлено ефективність використання холодної плазми для окиснення атмосферного азоту, що підтверджується отриманими залежностями. Виявлено вплив сили струму через установку в присутності перекису водню та спиртів як активаторів процесу окислення атмосферного азоту у високоенергетичному середовищі. Дослідження показали, що при збільшенні сили току через установку кількість оксидів азоту збільшується для усіх речовин активаторів в 2 - 8 разів.
Виявлено вплив вмісту оксидів нітрогену від сили току через установку з електродуговим генератором низькотемпературної плазми. Визначено, що при порівнянні речовин-активаторів, які при своєму розкладанні здатні утворювати ОН- радикали, саме перекис водню є найбільш перспективною речовиною-активатором для здійснення процесу окислення атмосферного азоту в потоці плазми.
Посилання
1. Sulay, R.; Krishnan, A.; Muralikrishna, B.; Devadas, S.; Rajalakshmi, C.; Mathew, J.; Thomas, V.I. A Quantum Chemical Investigation into the Molecular Mechanism of the Atmospheric Reactions of Chemi-Ions with Nitrogen and Nitrogen Oxides. Entropy2022,24,1257. https:// doi.org/10.3390/e24091257
2. Sobitri Sen, Dr. Arijit Bag, Prof. Sourav Pal Activation, Conversion of Molecular Nitrogen to the Precursor of Ammonia on Silicon Substituted Cyclo[18]Carbon: a DFT Design ChemPhysChem, 10.1002/cphc.202400535, 21 September 2022. https://doi.org/10.1002/cphc.202200627
3. Severin, Kay Synthetic chemistry with nitrous oxide, Chemical Society Reviews, CS-REV-04-2015-000339.R1, 15-Jun-2015. DOI https://doi.org/10.1039/C5CS00339C
4. Carlos A. Process Intensification in Nitric Acid Plants by Catalytic Oxidation of Nitric Oxide, Carlos A., Grande, Kari Anne Andreassen, Jasmina H. Cavka, David Waller, Odd-Arne Lorentsen, Halvor Industrial & Engineering Chemistry Research Volume 57, Issue 31August 8, 2018Pages10061-10718. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.8b01483?utm_source=chatgpt.com
5. Xiaoli Sun, Xuri Huang Reaction of Ta3– Clusters with Molecular Nitrogen: A Mechanism Investigation, ACS Omega 2022 7 (26), 22682-22688. DOI: 10.1021/acsomega.2c02138
6. Tselishchev, A. Research of change in fraction composition of vehicle gasoline in the modification of its biodethanol in the cavitation field / Loriya, M., Boychenko, S., Kudryavtsev, S., Laneckij, V. // EUREKA, Physics and Engineering 2020(5), с. 12-20 https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm ?abstract_id=3752572
7. Tofik M Nagiev Nitrogen fixation at conjugated oxidation by hydrogen peroxide Tofik M Nagiev , Nahmad, Ali-zadeh, and Inara T Nagieva, Journal of Material Sciences & Engineering, ISSN: 2169-0022, May 20-22, 2019 Zurich, Switzerland. https://www.hilarispublisher.com/proceedings/nitrogen-fixation-at-conjugated-oxidation-by-hydrogen-peroxide-14282.html?utm_source=chatgpt.com
8. Zakharov I. I. Quantum Chemistry of Nitric Acid: Electronic Structure and Reactivity of its Decomposition Products / I. I. Zakharov // Advances in Chemistry Research. 2012. Vol. 16. P. 1-51. Editors: James C. Taylor, N.Y. Nova Science Publishers (USA).
9. Захаров И. И. Структура интермедиата НОО-N=N-ООН при активации N2 перекисью водорода. Квантово-химические DFT расчеты / И. И. Захаров, М. Г. Лория, А. Б. Целищев // Журнал структурной химии. 2013. Т. 54, №1. С. [17–24.] https://nau.edu.ua/site/variables/ news/2019/1/avtoref%20Tselichev.pdf
10. Slobodyanyuk, V. Determining the possibility of using cold plasma for the oxidation of atmospheric nitrogen into nitrogen oxides and the influence of activating substances on the process Slobodyanyuk, V., Kuzmenko, A., Kudriavtsev, S., Tselishchev, O., Loriia, M. Eastern-European Journal of Enterprise TechnologiesThis link is disabled., 2023, 6(6-126), pp. 80–87. https://journals.uran.ua/eejet/article/view/293873
