عنوان

بررسی پارامترهای پلاسمای سرد در سنتز آمونیاک به عنوان رویکردی نوین

شماره

پ۲۸۴۸۹

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

بررسی پارامترهای پلاسمای سرد در سنتز آمونیاک به عنوان رویکردی نوین

نام نخستين پديدآور

فاطمه بهارلونژاد

نام ناشر، پخش کننده و غيره

فیزیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۱۴۳ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

فیزیک پلاسما

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۱/۰۹/۲۱

متن يادداشت

در این رساله با به کارگیری راکتور شیشه¬ای هافمن به عنوان دستگاه الکترولیز، مکانیسم واکنش¬های فاز مایع ناشی از اعمال یک تخلیه¬ی تابان فشار اتمسفری DC برای گازهای آرگون، اکسیژن و نیتروژن در یک محلول آبی به طور تجربی مورد مطالعه قرار گرفت و اثرات تابش الکترونی و تابش یون مثبت بر فاز مایع بطور جداگانه برای رابط¬های آندی و کاتدی پلاسما مورد بررسی قرار گرفتند. هدایت الکتریکی، کل جامدات محلول، غلظت کاتیون¬های هیدروژن، غلظت آنیون¬های هیدروکسید و میزان گاز اکسیژن آب در الکترولیز معمول و رابط¬های آندی و کاتدی پلاسما - مایع در بازه¬های زمانی min2 در طی min6 محاسبه و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد که می¬توان از رابط¬های آندی و کاتدی پلاسما به عنوان روش الکترولیز نوین جهت تغییر و کنترل خواص مایعات بهره گرفت. علاوه بر این، پلاسماهای نیتروژن و اکسیژن در مقایسه با پلاسمای آرگون به دلیل وجود گونه¬های واکنش¬پذیر حاصل از گازهای تغذیه کنند¬ه¬ی اکسیژن و نیتروژن، اضافه بر گونه¬های ناشی از گازهای اتمسفر و بخار آب، به عنوان عاملی بر افزایش واکنش¬ها و تغییرات چشمگیرتر خاصیت آب مشاهده شدند. همچنین تخلیه¬ی کاتد مایع در تولید گونه‌های واکنش¬پذیر و تغییر خواص آب مؤثرتر از تخلیه¬ی آند مایع عمل کرد.راکتورهای پلاسما جهت سنتز آمونیاک از جمله موارد جذاب و امیدوار کننده به دلیل عملکرد سبز، قابلیت انجام فرآیند در مقیاس¬های کوچک و تنوع در طراحی و کاربرد در میان محققان محسوب می¬شوند. با توجه به این موارد، در این رساله نیز به سنتز آمونیاک محلول در آب به روش پلاسما – الکترولیز با استفاده از یک پلاسمای فشار اتمسفری نیتروژن تولیدی توسط تخلیه¬ی تابان DC و مطالعه¬ی اثر پارامترهای دما و چگالی الکترون پلاسما بر غلظت آمونیاک حاصل پرداخته شد. بدین منظور، مدل دستگاه الکترولیز هافمن جهت برقراری پلاسما – الکترولیز، جداسازی قسمت¬های آندی و کاتدی و برهمکنش پلاسما با سطح مایع طراحی شد. سنتز آمونیاک حاصل از برهمکنش پلاسما با سطح مایع در سوی کاتد دستگاه به روش نسلر و کروماتوگرافی یونی تایید و میزان سنتز تعیین شد. دما و چگالی الکترون پلاسما به ترتیب با روش¬های استاندارد نمودار بولتزمن و پهن¬شدگی استارک H_β توسط طیف¬سنجی گسیل نوری محاسبه شده و تاثیر آن¬ها در برهمکنش¬¬های پلاسما با سطح مایع منجر به سنتز آمونیاک مورد بررسی قرار گرفتند. افزایش ولتاژ تخلیه در بازه¬ی kV11-8 موجب تغییر شدت نور گسیلی پلاسما شده و دمای و چگالی الکترون پلاسما نیز افزایش یافتند که این خود موجب سنتز بیشتر آمونیاک محلول در آب شد. علاوه بر این، نانو ذرات تری اکسید تنگستن 〖(WO〗_3) به روشی بسیار سهل با استفاده از راکتور طراحی شده جهت سنتز آمونیاک، با استفاده از تخلیه¬ی تابان اتمسفری تهیه شدند. نانو ساختار تری اکسید تنگستن به عنوان یک اکسید فلزی نیمه رسانا به دلیل خواص امیدوار کننده و قابل توجهی که دارد توجه بسیاری از محققان و مهندسان را به خود جلب کرده است. نانو ذرات تری اکسید تنگستن را می¬توان در طیف گسترده¬ای از فناوری¬ها و کاربردها همچون کاتالیزورها، حسگرها، ابرخازن¬ها و غیره استفاده کرد. این رویکرد نوین دارای مزایای بسیاری همچون بازده سنتز بالا و عملکرد ساده است. اجرای سنتز تنها در یک مرحله و در مدت زمان کوتاهی انجام شد که از min2 شروع شده و به مدت min8 ادامه یافت. الگوی پراش اشعه¬ی ایکس، تشکیل 〖(WO〗_3) را در فشار اتمسفر نشان داد. اندازه ذرات سنتز شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد. نتایج تجربی نشان دادند که ولتاژ اعمالی، نوع گاز و سمت تشکیل پلاسما بر روی سطح مایع، نقش بسیار بسزایی در سنتز ایفا کردند. سنتز تری اکسید تنگستن با افزایش اختلاف پتانسیل مابین الکترودها و هدایت حرارتی گاز افزایش و با کاهش وزن اتمی گاز کاهش یافت.

متن يادداشت

In this thesis, the mechanism of liquid phase reactions caused by applying a DC atmospheric pressure glow discharge was studied for argon, oxygen, and nitrogen gases in an aqueous solution through a Hoffmann glass reactor as an electrolysis device, experimentally and the effects of electron and positive ion radiations on the liquid phase were investigated separately for anodic and cathodic plasma interfaces. Electrical conductivity, total dissolved solids, hydrogen cations concentration, hydroxide anions concentration, and water oxygen gas amount were calculated in conventional electrolysis and the anodic and cathodic interface of plasma-liquid and compared with each other at 6min in 2min intervals. The results showed that anodic and cathodic plasma interfaces can be used as a new electrolysis method to change and control the properties of liquids. In addition, nitrogen and oxygen plasmas were observed as a factor of increasing reactions and more significant changes in water properties compared to argon plasma due to the reactive species presence resulting from oxygen and nitrogen feed gases in addition to the species caused by atmospheric gases and water vapor. Also, liquid cathode discharge was more effective than liquid anode discharge in producing reactive species and changing water properties.Plasma reactors for ammonia synthesis are considered attractive and promising among researchers due to their green performance, ability to perform the process on small scales, and variety in design and application. According to these cases, in this thesis, the synthesis of water-soluble ammonia was dealt with by plasma-electrolysis method using nitrogen atmospheric pressure plasma produced by a DC glow discharge and studied the effect of electron temperature plasma and electron density plasma parameters on ammonia concentration. In order to, Hoffman electrolysis apparatus model was designed to establish plasma-electrolysis, separate the anode and cathode parts, and interact plasma with the liquid surface. Ammonia synthesis resulting from plasma interaction with the liquid surface on the cathode side of the device was confirmed by Nessler method and ion chromatography and the amount of synthesis was determined. Electron temperature plasma and electron density plasma were measured by the standard Boltzmann plot method and the Stark broadening of H_β via optical emission spectroscopy, respectively, and their effects on the interaction between plasma and the water surface leading to ammonia synthesis were investigated. The increase of the discharge voltage in the range of 8-11kV caused a change in the plasma emission light intensity led to the increasing electron temperature plasma and electron density plasma, which caused more synthesis of water-soluble ammonia.Also, tungsten trioxide nanoparticles (WO_3) were prepared using the reactor designed for ammonia synthesis by an atmospheric glow discharge in a very simple way. The nanostructure of tungsten trioxide as a semiconducting metal oxide has attracted the attention of many researchers and engineers due to its promising and significant properties. Tungsten trioxide nanoparticles can be used in a wide range of technologies and applications such as catalysts, sensors, supercapacitors, etc. This new approach has many advantages such as high synthesis efficiency and simple operation. The synthesis was performed in only one step and at a short period of time, which started at 2min and continued for 8min. The X-ray diffraction pattern showed the formation of WO_3 at atmospheric pressure. The size of the synthesized particles was determined using a scanning electron microscope. The experimental results showed that the applied voltage, gas type, and plasma formation direction on the liquid surface had a very significant role in the synthesis. The synthesis of tungsten trioxide increased with potential difference enhancement between the electrodes and gas thermal conductivity and decreased with the reduction of atomic weight gas.

عنوان گونه گون

Investigating the Parameters of Cold Plasma in Ammonia Synthesis as a Modern Approach

عنصر شناسه اي

‏‏بهارلونژاد،

ساير عناصر نام

فاطمه

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏محمدی،

عنصر شناسه اي

صادق ذاکر حمیدی،

ساير عناصر نام

محمد علی

ساير عناصر نام

محمد

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏تبریز