Students

MSc. level: 2006 - 2008
Supervisor: Karol Hensel
Title (en):
Physical properties microdischarges in porous ceramics and their use for exhaust gas cleaning
Title (sk):
Fyzikálne vlastnosti mikrovýbojov v poréznych keramikách a ich využitie na čistenie výfukových plynov
Abstract (en)
Abstract (sk):  hide
Cieľom práce bol výskum generácie mikrovýbojov v poréznych keramikách pri atmosférickom tlaku s použitím striedavého zdroja vysokého napätia. Na pochopenie fyzikálnych vlastností mikrovýbojov sme vykonali rôzne elektrické a optické merania. Pritom sme sledovali vplyv rôznych parametrov na vznik a šírenie výboja, najmä vplyv veľkosti pórov, dodaného výkonu, prietoku plynu a zloženia vstupnej zmesi. Zistili sme, že generácia mikrovýbojov je možná iba pre keramiky s istou veľkosťou pórov a isté minimálne hodnoty napätia/výkonu. Pri veľmi malom napätí bol pozorovaný iba povrchový výboj a prieraz keramiky vo forme mikrovýbojov sa objavil až pri ďalšom zvyšovaní napätia. Prierazné napätie mikrovýbojov klesalo s rastom veľkosti pórov. Pri danom napätí, s veľkosťou pórov rástol aj výkon výboja, teda prúd prenášaný jednotlivými kanálmi. Na druhej strane, v prípade keramík s pórmi menšími ako 2 μm bol pozorovaný iba povrchový výboj, pretože zápalné napätie mikrovýbojov bolo v tomto prípade extrémne vysoké, čo bolo aj v súlade s teóriou prierazu pri atmosférickom tlaku. Mikrovýboje boli sprevádzané veľkým poklesom napätia a rýchlym nárastom prúdu. Prúdové pulzy boli veľmi krátke (~100 ns) a mali amplitúdy niekoľkých desiatok ampérov. Najvyššie amplitúdy sme pozorovali pre keramiky s veľkosťou pórov 50 a 80 μm. Súčasne s elektrickými meraniami sme robili aj optické pozorovania mikrovýbojov. Podobne aj tu sa keramiky s veľkosťou pórov 50 a 80 μm javili najlepšie čo sa týka homogenity rozloženia mikrovýbojov v keramike. Sledovali sme tiež vplyv zloženia vstupnej zmesi na homogenitu výbojov. Zatiaľ čo v dusíku bola emisia žiarenia rozložená rovnomerne po celej ploche keramiky, s rastúcim podielom kyslíka, resp. oxidu uhličitého v zmesi sa kanály výboja postupne presúvali k jej okrajom. V oxide uhličitom navyše z dôvodu nárastu zápalného napätia bolo potrebné vyššie napätie aby intenzita žiarenia bola porovnateľná výbojom v kyslíku. Analýza žiarenia výboja pomocou emisnej spektroskopie v zmesiach kyslíka a dusíka ukázala prítomnosť prvého a druhého pozitívneho systému pásov molekulárneho dusíka a tiež atomárne čiary O a N. Fitovaním experimentálne nameraných spektier so spektrami nasimulovanými simulačným programom Specair sme zistili, že generovaná plazma vykazuje vysoký stupeň nerovnováhy. Plazmochemické účinky výboja sme sledovali prostredníctvom generácie ozónu, a odstraňovania NO. Účinnosť generácie ozónu v čistom kyslíku rástla s výkonom výboja a bola nezávislá na prietoku, ak sme brali do úvahy hustotu energie. V zmesiach kyslíka s dusíkom účinnosť generácie ozónu s výkonom rástla tiež, avšak pri istom výkone dosiahla maximum a ďalej už len klesala. Výkon, pri ktorom bolo pozorované maximum, rástol s rastom prietočnej rýchlosti. Analýza plynnej zmesi pomocou infračervenej spektroskopie ukázala, že okrem ozónu boli medzi produktmi prítomné aj N2O5 a HNO3. V práci sme sa ďalej zaoberali odstraňovaním NO z plynu. Brali sme do úvahy rôzne parametre ako napríklad prietok plynu alebo počiatočná koncentrácia polutantu. Zistili sme, že počiatočná koncentrácia NO klesá viac ak je väčšia, ak ale berieme do úvahy percentuálnu účinnosť odstraňovania, ako lepšie sa ukazuje pracovať s nižšími prietokmi. Pri prietoku 0,4 l/min a počiatočnej koncentrácii 150 ppm NO sme dosiahli účinnosť až 90%. Produkty ktoré nám pri výboji vznikali boli NO2, N2O a HNO2. Nárast ich koncentrácie bol takmer okamžitý po zapálení výboja ale pri istej hodnote sa zastavil. Táto hodnota bola na relatívne nízkej úrovni. V závislosti od prietoku a koncentrácie to bolo od 4 do 10 ppm. Pás HNO2 bol v spektre zo zbytkovej vlhkosti v systéme. Ako môžeme vidieť, pomocou mikrovýbojov je možné celkom efektívne odstraňovať niektoré polutanty z plynov, preto by sme sa chceli týmto smerom uberať aj v budúcnosti. Cieľom je pokračovať v týchto experimentoch s použitím keramík, na ktorých sú nanesené katalyzátory ako Pt, Pd alebo Rh, ktoré by mohli ešte zlepšiť účinnosť odstraňovania škodlivých látok. Naviac budeme pozorovať vplyv teploty a vlhkosti na stabilitu a kvalitu výboja a aplikujeme výboj na iné znečisťujúce látky ako napríklad prchavé organické látky.

PhD. level: 2008 - 2012
Supervisor: Karol Hensel
Title (en):
Optical emission spectroscopy of microdischarges and plasma assisted catalysis for environmental applications
Title (sk):
Optická spektroskopia mikrovýbojov a plazmou asistovanej katalýzy pre environmentálne aplikácie
Abstract (en)
Abstract (sk)