Две исследовательские группы в Копенгагенском университете разработали микроволновый плазменный реактор (ионизированный газ), который может обеззараживать воду, содержащую высокие концентрации красителей. Плазма — это ионизированный газ, содержащий электроны, ионы, атомы, молекулы, свободные радикалы и фотоны. Его часто называют четвертым состоянием материи, и оно пронизывает все сущее. Плазма, искусственно создаваемая путем передачи энергии газу, содержится в люминесцентных лампах, используемых в кухонном освещении, а также позволяет уменьшать размеры мобильных телефонов.
Плазма – это настоящая революция в технологиях. В прошлом для вырезания схем на кремниевых платах, используемых в электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, приходилось использовать химические продукты, загрязняющие окружающую среду. Теперь с помощью плазмы можно выполнить работу чище и точнее, делая зазоры все меньше и меньше, а вместе с ними и устройства.
Но плазма имеет и другие применения, например, для очистки воды. Группа физики плазмы FQM-136 и группа органокатализа и наноструктурированных материалов FQM-346 Университета Кордовы сотрудничали в исследовании, направленном на устранение загрязнителей в воде путем применения плазмы для ускорения химических процессов.
Чтобы решить растущую проблему органических загрязнителей в водоемах, таких как красители и другие соединения сельскохозяйственной и промышленной деятельности, которые могут дестабилизировать экосистемы, эти исследователи обратились к применению плазмы.
Прорыв в очистке воды
В 2017 году исследовательская группа впервые продемонстрировала, что когда аргоновая плазма, индуцированная микроволнами, открытыми для воздуха, воздействует на воду, она производит в воде активные соединения, содержащие кислород и азот (такие как гидроксильные радикалы, перекись водорода, радикалы азота), что может устранить загрязнение воды. Теперь исследователи Хуан Амаро Гагет, Франсиско Х. Ромеро Сальгеро и Мария К. Гарсиа успешно сконструировали реактор для этой плазмы и значительно увеличили количество этих активных частиц, образующихся в воде, что позволяет разрушать высокие концентрации красителей (в данном случае метиленового синего) всего за несколько минут.
Это было достигнуто за счет изменения конструкции сурфатрона — металлического устройства, которое смешивает энергию микроволнового генератора с плазмой для ее поддержания. Профессор Мария-Гарсия объясняет: «Мы помещаем небольшой кусочек кремния в кварцевую разрядную трубку, что позволяет нам создавать другую плазму, которая не является нитевидной и более эффективной в генерации активных частиц при взаимодействии с водой. Вышеупомянутая композиция плазмы может производить окислительные частицы при взаимодействии с водой, тем самым разлагая органические соединения и убивая микроорганизмы, что делает этот плазменный реактор полезным в приложениях, связанных с очисткой воды».
Таким образом, эта новая конфигурация расширяет применимый диапазон этого типа плазмы. «Эта конструкция полностью меняет конфигурацию поверхностного ускорителя, который генерирует электромагнитное поле для создания плазмы, придавая плазме другие и более эффективные свойства, а также устраняя проблему филаментации (разделения плазменного столба на множество нитей), которая дестабилизирует плазму», — объясняет профессор Гарсия.
Будущее плазменной дезактивации
Профессор Франциско Дж. Ромеро продолжил: «Окислы, образующиеся под действием плазмы, обладают высокой реакционной способностью и могут разрушать органические вещества в воде. Для этого плазма не вводится в воду. Напротив, плазма действует дистанционно, поэтому между водой и плазмой существует воздушная зона, в которой происходит множество реакций из-за столкновений возбужденных частиц с молекулами кислорода, азота и водяного пара и образуются активные частицы, которые диффундируют в жидкость и в конечном итоге соединяются с загрязнителями».
Исследователь Хуан Амаро сказал: «Потенциал дезактивации плазмы, генерируемой этой новой конструкцией, был протестирован для снижения высоких концентраций красителя метиленового синего в воде, что позволило добиться очень эффективных результатов с точки зрения энергии, полного устранения красителя и сокращения времени обработки».
Плазма — это «четвертое состояние материи», созданное путем подачи энергии стабильному газу и преобразования его в ионизированный газ, и она находит применение практически во всем: в изготовлении микрочипов, стерилизации поверхностей, заживлении ран, нанесении антибликового покрытия на стекла, повышении скорости прорастания семян, переработке отходов, активации пластиковых поверхностей для улучшения адгезии краски и в бесчисленном множестве других применений.
Источник составления: ScitechDaily.