Кінетичні моделі механізмів розкладу озону у водних розчинах як джерел кисневмісних радикалів HO•2 і HO•
Анотація
Оксигеновмісні радикали HO•2 і HO• є одними з найефективніших і екологічно чистих окисників, одним з джерел яких є озоновані водні розчини, механізм процесів, що відбуваються в них, дотепер точно не встановлений. Мета роботи – порівняти, підтвердити або спростувати механізми, запропоновані С. Д. Разумовським та Г. С. Столяренком як найбільш сучасні, що базуються на процесах пригнічення утворення «термічних» оксидів нітрогену(ІІ) під час спалювання палива. Для цього за допомогою кінетичної математичної моделі досліджено зміну концентрації всіх сполук, що беруть участь у процесах озоноруйнування, у водних розчинах та вплив цих сполук на утворення «термічних» оксидів азоту. В ході дослідження отримано кінетичні математичні моделі процесу пригнічення утворення «термічних» оксидів нітрогену(ІІ) при спалюванні палива з використанням процесу деструкції озону у водних розчинах за механізмами, запропонованими С. Д. Разумовським та Г. С. Столяренком. За результатами порівняння обох механізмів можна стверджувати, що механізм Г. С. Столяренка більш реалістично відображає процес розкладання озону у водних розчинах. Визначено залежності зміни концентрації речовин, які беруть участь у процесі розкладу озону у водних розчинах, від часу, а також кількості озону, що витрачається на цей процес. Встановлення механізму руйнування озону в цих же розчинах і отримані залежності дозволять більш вільно використовувати кисневмісні радикали HO•2 і HO•, які утворюються при руйнуванні озону в цих же розчинах, для процесів очищення газових потоків, особливо для їх денітрифікації, а також для інтенсифікації окислювальних процесів у хімічній промисловості, наприклад, у виробництві азотної кислоти
Ключові слова
гідроксильний радикал; пероксидний радикал; руйнування озону; нітроген(ІІ) оксиди; окислювач
Використані джерела
[1] Beltrán, F.J., & Rivas, F.J. (2023). Do film reactions affect ozone gas–liquid fast-moderate reaction kinetics in the proximity of gas–water interface? Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 127, 149-160. doi: 10.1016/j. jiec.2023.07.001.
[2] Cellek, М.S. (2022). The decreasing effect of ammonia enrichment on the combustion emission of hydrogen, methane, and propane fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 47(45), 19916-19934. doi: 10.1016/j. ijhydene.2021.11.241.
[3] Chauhan, V., & Srivastava, P.K. (2019). Computational techniques based on Runge-Kutta method of various order and type for solving differential equations. International Journal of Mathematical, Engineering and Management Sciences, 4(2), 375-386. doi: 10.33889/IJMEMS.2019.4.2-030.
[4] Fan, W., An, W., Huo, M., Yang, W., Zhu, S., & Lin, Sh. (2020). Solubilization and stabilization for prolonged reactivity of ozone using micro-nano bubbles and ozone-saturated solvent: A promising enhancement for ozonation. Separation and Purification Technology, 238, article number 116484. doi: 10.1016/j. seppur.2019.116484.
[5] Feinberg, M. (2019). Foundations of chemical reaction network theory. Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-03003858-8.
[6] Gao, S., Zhang, X., Chen, L., Cui, Y., Jiang, J., Zhang, Z., Peifeng, Yu., & Wang, C. (2022). Review: Radiation temperature measurement methods for engine turbine blades and environment influence. Infrared Physics & Technology, 123, article number 104204. doi: 10.1016/j.infrared.2022.104204.
[7] Ince, C., Ince, K., & Hanbay, D. (2021). Randomness analysis with Runge-Kutta methods. In Volume: IDAP2021: 5th international artificial intelligence and data processing symposium issue: Special, 53-60. doi: 10.53070/ bbd.990990.
[8] Jans, E.R., Jones, I.W., Yang, X., Miller, T.A., Stanton, J.F., & Adamovich, I.V. (2022). Time-resolved measurements of HO2 radical in a heated plasma flow reactor. Combustion and Flame, 241, article number 112097. doi: 10.1016/j. combustflame.2022.112097.
[9] Liu, R.Y., Trinh, M.M., Chuang, H.T., & Chang, M.B. (2023). Ozone catalytic oxidation of low-concentration formaldehyde over ternary Mn-Ce-Ni oxide catalysts modified with FeO.. Environmental Science and Pollution Research, 30, 32696-32709. doi: 10.1007/s11356-022-24543-y.
[10] Mojiri, A., Vakili, M., Farraji, H., & Aziz, Sh.Q. (2019). Combined ozone oxidation process and adsorption methods for the removal of acetaminophen and amoxicillin from aqueous solution; kinetic and optimisation. Environmental Technology & Innovation, 15, article number 100404. doi: 10.1016/j.eti.2019.100404.
[11] Murphy, A.B., Boulos, M.I., Fauchais, P.L., & Pfender, E. (2023). Handbook of thermal plasmas: Book review. Springer Nature. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 43, 1277-1279. doi: 10.1007/s11090-023-10367-2.
[12] Nambari, M., Lee, C.S., & Haghighat, F. (2021). Active ozone removal technologies for a safe indoor environment: A comprehensive review. Building and Environment, 187, article number 107370. doi: 10.1016/j. buildenv.2020.107370.
[13] Ragupathi, A., Charpe, V.P., Hwu, J.H., & Hwang, K.C. (2023). Oxidative destruction of chlorinated persistent organic pollutants by hydroxyl radicals via ozone and UV light irradiation. Green Chemistry, 25(23), 96959704. doi: 10.1039/D3GC02365F.
[14] Rodríguez-Peña, M., Barrios Pérez, J.A., Llanos, J., Saez, C., Barrera-Díaz, C.E., & Rodrigo, M.A. (2021). Electrochemical generation of ozone using a PEM electrolyzer at acidic pHs. Separation and Purification Technology, 267, article number 118672. doi: 10.1016/j.seppur.2021.118672.
[15] Stolyarenko, H.S. (2023). Redox systems of synthesis and use oxygen-containing radicals. Cherkasy: Vertykal.
[16] Stolyarenko, H.S. (2021). Ozone-radicals processes in technology denitrification gas flows. Cherkasy: Vertykal.
[17] Surl, L., Roberts, Tj., & Bekki, S. (2021). Observation and modelling of ozone-destructive halogen chemistry in a passively degassing volcanic plume. Atmospheric Chemistry and Physics, 21, 12413-12441. doi: 10.5194/acp-21-12413-2021.
[18] Tan, Zh., Lu, K., Hofzumahaus, A., Fuchs, H., Bohn, B., Holland, F., ... Zhang, Yu. (2019). Experimental budgets of OH, HO2, and RO2 radicals and implications for ozone formation in the Pearl River Delta in China 2014. Atmospheric Chemistry and Physics, 19(10), 7129-7150. doi: 10.5194/acp-19-7129-2019.
[19] Wang, Y., Hu, R., Xie, P., & Chen, H. (2021). Measurement of tropospheric HO2 radical using fluorescence assay by gas expansion with low interferences. Journal of Environmental Sciences, 99, 40-50. doi: 10.1016/j. jes.2020.06.010.
[20] Whiteside, M., & Herndon, J.M. (2022). Destruction of stratospheric ozone: Role of aerosolized coal fly ash iron. European Journal of Applied Sciences, 10(4), 143-153. doi: 10.14738/aivp.104.12689.
[21] Yang, S.Q., Cui, Y.H., Li, J.Y., & Xu-Dong, L. (2020). Determination methods for steady-state concentrations of HO• and SO4•− in electrochemical advanced oxidation processes. Chemosphere, 261, article number 127658. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127658.
[22] Zhang, H., Yiting Zhang, Y., Qiao, T., Hu, S., Liu, J., Zhu, R., ... Zhang, L. (2021). Study on ultrasonic enhanced ozone oxidation of cyanide-containing wastewater. Separation and Purification Technology, 303, article number 122258. doi: 10.1016/j.seppur.2022.122258.