Плазмово активована вода у зростанні та розвитку рослин

Анотація

Перетворення атмосферного азоту на цінні азотні добрива та інші хімічні речовини, має важливе значення як для сільського господарства так і багатьох інших процесів, що підтримують життя на планеті. Хоча найбільш важливим методом фіксації азоту є процес Хабера-Боша він потребує невідновлюваної сировини і пов’язаний із серйозними екологічними та виробничими проблемами. Типові плазмові синтези у газовій фазі, починаючи з процесів Біркеланда-Ейде і Паулінга характеризується низьким коефіцієнтом конверсії та низькою енергоефективністю. Взаємодія плазми та рідини стає привабливою технологією для конверсії N2 в NOx з високою доданою вартістю. Плазмова газорідинна фіксація азоту при атмосферному тиску є дуже перспективною альтернативою традиційній азотфіксації бо азотне добриво виробляється шляхом вилучення азоту з атмосфери і не потребує невідновлюваної сировини та є легкодоступним для поглинання рослинами. Мета даного дослідження полягає у з’ясуванні можливостей ефективного виробництва рідких азотних добрив за допомогою гібридного електричного розряду в бульбашковій воді. В роботі запропонована нова гібридна дугова плазмова система, що в своїй роботі поєднує рівноважну і нерівноважну плазму, і яка працює в суміші повітря з водою, для прямого виробництва NOx. Новий плазмохімічний процес реалізований в плазмовому модулі з електродуговим плазмотроном та з пульсаційним режимом горіння електричного розряду у водному розчині. Електричний розряд в плазмовому модулі горить по поверхні повітряних бульбашок в воді. Системи електроживлення електричного розряду побудовані на базі резонансних інверторів потужністю до 20 кВт на частоті 5–100 кГц. В роботі досліджували ефективність виробництва NOx у широкому діапазоні співвідношень струмів розряду – до 15 А при потужності до 10 кВт, вихідних газів (витрати повітря і азоту – до 2 м3/год) для гібридного режиму роботи дуги. Визначено, що оптимальна форма розряду забезпечується при напрузі пробою 3000 В та амплітуді струму 14 А, де на кожному імпульсі відбувається пробій розрядного проміжку з наступним переходом до гібридної форми з двома зонами – термічною та нетермічною плазмою. У воді, що продувається повітрям та азотом й обробленою імпульсним розрядом, відбувається сильне підкислення з утворенням реактивних форм азоту. Основними продуктами стають NO2– та NO3–, а також невеликі кількості H2O2. Визначено, що при роботі дуги в усталеному режимі досягаються рекордні значення питомої концентрації NOx. При цьому питомий вихід фіксованого плазмою азоту зростає швидше за споживану електричну потужність. Головним чинником підвищення ефективності процесу є струм розряду – фіксація азоту у воді збільшується швидше за зростання рівня амплітуди струму. Плазмово-водна технологія фіксації азоту надає можливість впровадження систем малого та середнього масштабу для виробництва рідких азотних добрив безпосередньо в місцях їх застосування невеликими господарствами, та усуває труднощі, що пов’язані з транспортуванням та із захистом навколишнього середовища. Поява дешевої відновлюваної електроенергії також сприятиме розвитку технології.