بررسي كاربردپذيري روش تخليه پلاسماي سرد در حذف كربن مونوكسايد هوا با استفاده از گاز پروپان

The utilization of Non-Thermal Plasma technology in carbon monoxide removal using propane gas

زمينه و هدف: در سال­هاي اخير، فناوري پلاسماي سرد علي­رغم برخي چالش­ها و محدوديت­ها توانسته است نتايج مطلوب و موفقيت ­آميزي در كنترل انتشارات منابع ساكن و متحرك كسب كند. آلاينده CO به عنوان يكي از گازهاي سمي ناشي از انتشارات منابع متعدد بوده و مواجهه شاغلين با آن در محيط هاي داخلي و بيروني از دغدغه هاي اصلي جهان امروزي مي­ باشد. مطالعه­ي حاضر با هدف حذف آلاينده CO بوسيله فناوري پلاسماي سرد با رويكرد بررسي نقش عوامل مهم مطرح در كارآيي حذف آلاينده CO با در نظر گرفتن ملاحظات فني و اقتصادي در طراحي راكتور انجام گرفته است. روش بررسي: يك راكتور هم محور DBD متشكل از دو لوله­ ي متحدالمركز دروني و بيروني به ­عنوان ماده دي­ الكتريك و الكترود تنگستن به­ عنوان كاتد (در مركز) و ورقه فويل مسي در نقش آند (در بيرون) مورد استفاده قرار گرفت. عوامل مورد بررسي در اين مطالعه، تاثير دما، زمان ماند، گاز احياء كننده و شدت جريان ناشي از ولتاژ منبع تغذيه بر روي كارآيي حذف آلاينده بوده است. تعداد نمونه مورد بررسي بر اساس طراحي آزمايش و روش نمونه ­برداري برپايه­ي روش استاندارد ASTM D5835 تعيين گرديد. آزمايش­ها در دو سطح و چهار سطح انجام گرفت و آناليز داده­ ها و نتايج با استفاده از نرم­ افزار SPSS ويرايش 22 انجام گرفت. يافته‌ها: شرايط بهينه­ ي ميانگين حذف كربن مونو كسايد با كارآيي حدود 29-28 % براي تركيب گازي با دماي 110 درجه سانتي­گراد، نسبت پروپان به كربن مونوكسايد 0/05، زمان ماند 0/71 ثانيه و انرژي ورودي ويژه معادل j/l 1400 -1000 از مهمترين نتايج بدست آمده در تحقيق حاضر و از گزينه هاي مطلوب اوليه در تحقيقات آتي براي كاربردپذيري فناوري پلاسماي سرد مي باشند. نتيجه‌گيري: از بين عوامل مهم مورد بررسي، زمان ماند و دما تاثير معني داري بر كارآيي حذف آلاينده نشان دادند در حاليكه، به­دليل ساختار مولكولي- شيميايي گاز CO و پيچيدگي شركت طي واكنش­هاي اكسيداسيون- احياء در راكتور پلاسماي سرد حضور و غلظت گاز احياكننده پروپان در كارآيي حذف نقش و تاثير بسزائي را نشان نداده است. لذا، در نظر گرفتن عوامل مربوط به افزايش دانسيته­ ي الكترون، تركيب مخلوط گازي و ويژگي هاي هندسي در فاز طراحي مي تواند نقش كليدي در بهينه سازي شرايط دمايي و زمان ماند آلاينده ايفا كند.

Background and aims: In recent years, non- thermal plasma could has yield desirable and successful results, in spite of some challenges and limitations. In particular, in emission control of mobile and stationary sources. CO pollutant, which is emitted from various emission sources is a toxic gas and employee exposure at indoor and outdoor workplaces is one of the main world challenges. The approach of present study is to investigate the key performance parameters of non- thermal plasma in CO treatment efficiency by considering of techno- economic considerations at reactor design. Methods: A coaxial reactor composed of two inner (quartz) and outer (pyrex) tubes as dielectric material, tungsten electrode as cathode and copper foil as anode material has been used. In this study, we have investigated the parameters of temperature, space time, reductant gas, and current intensity of power supply voltage on removal efficiency of the pollutant. Sample size and sampling methods are determined based on the experimental design (i,e,. in two and four level) and ASTM D5835 standard method, Respectively. Data analysis has been done by SPSS software (version 22). Results: The mean conversion of 28- 29% for carbon monoxide is achieved under optimum conditions by temperature of 110 oC, propane to carbon monoxide ratio of 0.05 and SIE of 1000- 1400 j/l. This is one of the main results of present research and suitable primary alternatives at future researches to utilize non- thermal plasma technology. Conclusion: In this study, the key parameters of space time and temperature have been shown significant effect on removal efficiency of pollutant. While, due to molecular- chemical structure of CO gas and complexity of participation during redox reactions in NTP reactor, the presence and concentration of propane gas has no significance effect on treatment efficiency. So, consideration of relevant parameters of electron density, gas mixture properties, and geometric characteristics in designing step could play key role in optimization of temperature conditions and pollutant space time.