Сучасні дослідження з плазмохімії
Низькотемпературна плазма (плазма з тепловою енергією частинок, меншою за енергію іонізації атомів та молекул плазмоутворюючого газу) є багатокомпонентною системою з широким спектром високоактивних частинок: електронів, позитивних та негативних іонів, фотонів, радикалів, збуджених атомів та іонів, які до того ж можуть мати температуру в десятки тисяч градусів. Цим забезпечується висока хімічна активність плазми, що й спричиняє підвищений інтерес до плазмохімічних систем. Однак занадто широкий спектр високоактивних частинок у плазмі приводить до багатоканальності хімічних перетворень у плазмохімічних багатореагентних системах. Виникає проблема селективності, тобто ефективного керування цими перетвореннями. Саме відсутність шляхів розв’язання цієї проблеми стримує впровадження плазмохімічних технологій у виробництво.
В роботах Черняка В.Я. зі співробітниками та аспірантами (Бабіч І.Л., Веремій Ю.П., Зражевський В.А., Ольшевський С.В., Присяжневич І.В., Юхименко В.В., Недибалюк О.А., Сидорук С.М. та інші) було вперше:
- досліджено вплив розчиненого у воді повітря на фізико-хімічні властивості води після плазмової обробки, в результаті чого виявлена можливість прояву не тільки відомого «кислотного ефекту» плазмової обробки води (зменшення показника pH після обробки води в плазмово-рідинній системі), але й «лужного ефекту» такої обробки, тобто збільшення показника pH після обробки попередньо дегазованої води в плазмово-рідинній системі;
- виявлено ефект пам’яті води щодо її обробки в плазмово-рідинній системі, який може приводити протягом декількох діб, в залежності від умов обробки, або до продовження деструкції вихідних органічних забруднювачів, або ж, навпаки, до їх часткового відновлення;
- показано існування бактеріостатичного ефекту при стерилізації води в плазмово-рідинних системах на основі вторинного розряду;
- проведено дослідження ефективності деструкції органічних речовин у воді в залежності від їхньої початкової концентрації, які показали перспективність використання плазмово-рідинних систем на основі вторинних розрядів для знешкодження токсичних відходів;
- виявлено умови як ефективного висадження іонів важких металів із водяних розчинів, так і розчинення слабко розчинних металів у водяних розчинах.
- розроблено ряд систем для ефективного стимулювання плазмою процесів спалення та реформування вуглеводнів в синтез-газ.
Досліджені цією науковою групою фізико-хімічні процеси, які відбуваються в плазмово-рідинних системах, дають унікальні можливості для розв’язання ряду екологічних та технологічних проблем, актуальних для України: очищення води від отруйних хімічних речовин та іонів важких металів, стерилізації води, газифікації пластикових відходів, практично повного вилучення золота з відходів ювелірного виробництва (останній результат отриманий у співдружності з колегами з хімічного факультету Київського університету). Дуже цікавими напрямами останніх прикладних досліджень з використанням плазмово-рідинних систем, які проводяться в співдружності з колегами з Академій наук України і Білорусі, є генерація вуглецевих наночастинок з рідких вуглеводнів з метою суттєвого зменшення їхньої собівартості та плазмове реформування палив не нафтового походження і плазмове стимулювання горіння (в співдружності з колегами з Академій наук України і Білорусі, фізичного факультету Київського університету, фізичного факультету Одеського університету і національного університету біоресурсів і природокористування України).
В рамках останнього напряму розроблені оригінальна система плазмових методик досліджень ефективності горіння палив і чутливої індикації забруднення повітря горючими речовинами і нові типи електричних розрядів: розряд у газовому каналі з рідкою стінкою, розряд у зворотно вихровому потоці типу «Торнадо» з рідким електродом, система з імпульсним електричним розрядом в рідині з ефективним генеруванням аксиальносиметричної збіжної акустичної хвилі.
Іншими напрямами досліджень групи є експериментальні дослідження впливу зовнішніх факторів на поведінку пилових частинок у плазмі та розробка високострумових джерел негативних іонів водню на основі затопленого у водень надзвукового струменя мідної плазми. Останній напрям розвивається на основі відкритого на кафедрі в 1980-ті рр. ефекту генерації переохолодженої плазми в стрибках ущільнення високоіонізованих надзвукових затоплених плазмових струменів за рахунок одночасного охолодження електронів і розігрівання іонів при взаємодії плазмового потоку з нейтральним газом.