вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению

 

УДК 621.382:677.044

Инициирование процесса окисления красителя неравновесной плазмой в условиях вакуума и в плазменно-растворных системах

С.М.Кузьмин, А.И.Максимов, И.Н.Сергеева

Институт химии неводных растворов РАН, г. Иваново

© 1998 Институт химии растворов РАН

Получено 5.05.97 г.



1. Введение

Хорошо известно, что действие неравновесной плазмы на материалы, состоящие из синтетических и природных высокомолекулярных соединений, вызывает изменение их поверхностных свойств, так или иначе связанных с поверхностной энергией или микроструктурой поверхности (гидрофильность, капиллярность, адгезионные свойства и т.д.) [1]. Изменения колористических характеристик органических соединений при таких воздействиях исследованы в гораздо меньшей степени. Между тем такие данные представляют интерес как с точки зрения механизма плазмолиза органических соединений, так и для разработки таких технологических процессов, как отбеливание и очистка экологически вредных выбросов.

2. Методика эксперимента

Объектом исследования служил краситель активный ярко-голубой КХ, относящийся к классу монохлортриазиновых красителей, с антрахиноновой хромофорной группировкой. Краситель был нанесен на стеклянные пластинки размером 35х60 мм из водного раствора для обработки в вакуумной плазме и находился в растворенном состоянии при инициировании процесса в растворе. При этом результаты обработки определялись по изменению спектра поглощения красителя, регистрируемого с помощью спектрофотометра SPECORD M4O для растворов и СФ-18 для красителя на стеклянной подложке. Инициирование окисления красителя неравновесной плазмой низкого давления производили в цилиндрическом реакторе с внутренним диаметром 50 мм, схема которого представлена на  рис. 1, а . Ток разряда составлял 20 мА, давление плазмообразующего газа - 100 Па, скорость потока газа - около 1 м/с. В качестве плазмообразующего газа использовали воздух. Характерное время обработки - 1 час.

Окислительные процессы в растворе инициировались при помощи "контактного" разряда, возникающего около погруженного в раствор металлического электрода малого радиуса кривизны, "тлеющей дуги", зажигаемой между раствором и металлическим электродом в газовой фазе, и коронного разряда между поверхностью раствора и металлическим острием ( рис. 1, б ).

Различные типы разряда зажигали, меняя взаимное расположение металлического электрода и раствора и подбирая подходящие параметры источника питания. При этом для "контактного" разряда мы имели ток около 200 мА и напряжение порядка 500 В, для "дуги" - 20 мА и 1-1,5 кВ, соответственно, и для "короны" - 20 мкА и 10 кВ.

3. Результаты исследований и их обсуждение

Было бы логично предположить, что воздействие неравновесной плазмы низкого давления на краситель приводит к более быстрой его деструкции, чем в системе плазма-раствор, так как в этом случае краситель не защищен от прямого действия ионной бомбардировки, ультрафиолетового облучения и синглетного кислорода, порождаемых плазмой. Однако полученные результаты (рис. 2 , 3 , 4 , 5 ) говорят о меньшей эффективности разрушения хромофорной группы под действием вакуумной плазмы (рис. 2).

Следует отметить, что изменения спектральных характеристик в растворе и на ткани при жидкофазной обработке качественно одинаковы. По-видимому, наличие ковалентной связи молекул красителя с подложкой не оказывает принципиального влияния на инициируемое плазмой окисление (рис. рис. 2, 3).

Сопоставление действия разных типов разряда на водный раствор красителя показывает, что во всех случаях происходит быстрое уменьшение поглощения в красной области спектра. В то же время начальное возрастание поглощения в сине-зеленой области спектра существенно зависит от типа разряда и условий его возбуждения (рис. 3, 4, 5). Качественно изменения спектра близки к наблюдаемым при окислении красителя пероксидом водорода.

Высокая эффективность плазменно-растворной системы объясняется особенностями генерации активных частиц, вызывающих деструкцию красителя. Проведенное нами ранее [2] исследование электрофизических свойств "тлеющей дуги" позволяет выделить следующие два фактора активации раствора. Во-первых - бомбардировка раствора энергичными (до 1000 еВ) ионами, приводящая к генерации радикалов Н., ОН. и сольватированных электронов [3]. Во-вторых - перенос в раствор нейтральных активных частиц, генерируемых плазмой (атомы, метастабильные молекулы, озон и т.д.). Кроме того, действие плазмы вызывает уменьшение рН раствора, что, вероятно, связано с синтезом в разряде оксидов азота. При этом среда сама вызывает такое изменение красителя, которое приводит к его разрушению (краситель не стоек в кислой среде).

Наблюдение УФ спектра раствора после обработки "тлеющей дугой" и спектра раствора пероксида водорода позволяет предположить, что при данном типе разряда именно он выступает в качестве основного окислительного агента. Литературные данные [4] подтверждают эту гипотезу. Для других типов разряда накопления в растворе пероксида не отмечалось. В УФ области спектра наблюдается уменьшение коротковолнового максимума поглощения красителя в процессе обработки без появления дополнительных полос.

При обработке раствора красителя коронным разрядом основным окислительным агентом является озон. Однако существенные различия (по сравнению с активацией раствора "тлеющей дугой") в ходе окислительного процесса не сильно сказываются на изменениях вида спектра. На наш взгляд, это связано с многостадийностью и многоканальностью процесса в каждом случае.

Разрушение красителя контактным разрядом проводили в затрудненных условиях. В первом случае создавалась слабощелочная среда (в которой краситель обладает повышенной стойкостью). Кроме того, щелочь выступает как катализатор разрушения пероксида. Однако и в этих условиях деструкция красителя происходит достаточно эффективно. При проведении процесса в дистиллированной воде с добавлением NaCl его скорость уменьшается еще примерно в четыре раза. По-видимому, это связано с наличием конкурирующих реакций с участием иона хлора.

 

вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению