Diagnostika plazmatu generovaného ve směsích vody a alkoholů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
V diplomové práci byl zkoumán koróně podobný výboj v roztocích alkoholů, konkrétně ethanolu, methanolu, glycerolu, butanolu a isopropylalkoholu. Vznikající výboj byl diagnostikován dvěma metodami. V první části se jednalo o měření elektrických veličin. Z naměřených hodnot byly sestrojeny VA-charakteristiky, ze kterých byla určena zápalná napětí. Zápalná napětí u jednotlivých roztoků alkoholů byla zjišťována v závislosti na změně koncentrace, polaritě elektrod v reaktoru a vodivosti. Zápalné napětí bylo zjištěno pro roztok butanolu, glycerolu a isopropylalkoholu při koncentraci 20 obj. % a vodivosti 200 µS, nejvyšší hodnota zápalného napětí byla stanovena pro roztok glycerolu, a to na 580 V. Nejnižší hodnota napětí, kdy byl zapálen výboj, byla pozorována u butanolu (320 V), ale z důvodu omezené mísitelnosti s vodou je tato hodnota nepřesná, a proto v druhé části experimentu se butanol nepoužil, ale alkoholová řada byla doplněna methanolem. Druhou diagnostikou byla hmotnostní spektrometrie s protonovou ionizací a s analyzátorem doby letu. Touto analytickou metodou byla snímána hmotnostní spektra a následně identifikovány produkty vznikající v reaktoru vlivem plazmového výboje. Detekované byly převážně alifatické uhlovodíky a jejich radikály. Množství vznikajících produktů bylo pozorováno v závislosti na měnících se experimentálních podmínkách, na koncentraci roztoku, na polaritě elektrod v reaktoru a na době trvání výboje. U methanolu bylo detekováno jen malé množství sloučenin, ale s rostoucím řetězcem vznikalo více látek s vyšší molekulovou hmotností. Více sloučenin bylo detekováno rovněž spolu s rostoucí koncentrací a při záporné polaritě hlavní elektrody. Podrobně byl studován vznik acetaldehydu v roztoku ethanolu, jeho produkce v čase a reakční dráhy jeho vzniku v roztoku ethanolu.
This diploma thesis is aimed to the corona-like discharge in solutions of alcohols, specifically in ethanol, methanol, glycerol, butanol and isopropyl alcohol. The electric discharge was diagnosed by two methods. The first method was the measuring of electrical characteristics. Current-voltage characteristics were constructed from the measured average values of voltage and current. The breakdown voltages were determined from the current-voltage characteristics. The breakdown voltages of the individual alcohol solutions were dependent on the alcohol concentration, polarity of the electrodes in the reactor and solution conductivity. The breakdown voltage was determined for solutions of butanol, glycerol and isopropyl alcohol with a concentration of 20 vol. % and conductivity of 200 µS. The highest value of the breakdown voltage was determined for solution of glycerol at 580 V. The lowest voltage at which the discharge was observed was estimated for butanol (320 V), but due to the limited miscibility with water this value is inaccurate, and therefore in the second part of experiment butanol was not used. Alcohol series was supplemented with methanol. The second diagnostic method was the proton ionization mass spectrometry with the time of flight analyzer. The products formed in the reactor due to the plasma discharge were identified from the mass spectrum. Mostly, aliphatic hydrocarbons and their radicals were detected. The amount of products was observed in the dependence on the changing experimental conditions: alcohol concentration in the solution, the polarity of the electrodes in the reactor and the duration of the discharge. Only a small amount of compounds were detected in methanol. However, more molecules were formed with the increasing carbon chain in the alcohol molecule. More compounds were also detected with the increasing alcohol concentration and in case of the negative polarity of the main electrode. The formation of acetaldehyde as a typical discharge product was studied in details. Its production in time was observed and the reaction pathways of its formation in the ethanol solution were suggested.
This diploma thesis is aimed to the corona-like discharge in solutions of alcohols, specifically in ethanol, methanol, glycerol, butanol and isopropyl alcohol. The electric discharge was diagnosed by two methods. The first method was the measuring of electrical characteristics. Current-voltage characteristics were constructed from the measured average values of voltage and current. The breakdown voltages were determined from the current-voltage characteristics. The breakdown voltages of the individual alcohol solutions were dependent on the alcohol concentration, polarity of the electrodes in the reactor and solution conductivity. The breakdown voltage was determined for solutions of butanol, glycerol and isopropyl alcohol with a concentration of 20 vol. % and conductivity of 200 µS. The highest value of the breakdown voltage was determined for solution of glycerol at 580 V. The lowest voltage at which the discharge was observed was estimated for butanol (320 V), but due to the limited miscibility with water this value is inaccurate, and therefore in the second part of experiment butanol was not used. Alcohol series was supplemented with methanol. The second diagnostic method was the proton ionization mass spectrometry with the time of flight analyzer. The products formed in the reactor due to the plasma discharge were identified from the mass spectrum. Mostly, aliphatic hydrocarbons and their radicals were detected. The amount of products was observed in the dependence on the changing experimental conditions: alcohol concentration in the solution, the polarity of the electrodes in the reactor and the duration of the discharge. Only a small amount of compounds were detected in methanol. However, more molecules were formed with the increasing carbon chain in the alcohol molecule. More compounds were also detected with the increasing alcohol concentration and in case of the negative polarity of the main electrode. The formation of acetaldehyde as a typical discharge product was studied in details. Its production in time was observed and the reaction pathways of its formation in the ethanol solution were suggested.
Description
Keywords
Výboj v kapalinách, koróně podobný výboj, neizotermické plazma, alkoholy, elektrické charakteristiky, zápalné napětí, hmotnostní spektrometrie s protonovou ionizací, Discharge in liquids, corona-like discharge, non-isothermal plasma, alcohols, electrical characteristics, discharge voltage, proton ionization mass spectrometry
Citation
ADÁMKOVÁ, B. Diagnostika plazmatu generovaného ve směsích vody a alkoholů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Spotřební chemie
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Michal Čeppan, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Karel Friess, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-06-25
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou.
Pekař: Proč se použil n-butanol?
Veselý: Vysvětlete strukturu radikálu v rovnici 13.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení