Zur Entladungscharakteristik und Stoffwandlung im nichtthermischen Plasma des ferroelektrischen Schüttungsreaktors

Abstract

Die vorliegende Arbeit befaßte sich mit den Entladungsbedingungen und der Oxidation flüchtiger organischer Stoffe im nichtthermischen Plasma des ferroelektrischen Schüttungsreaktors. Als Grundlage für die Bewertung der Ergebnisse dienten vergleichende Untersuchungen an einer Barrierenentladung (Ozonisator). Neben der Ermittlung entladungsspezifischer Größen wie Teilentladungsströmen und Filament-Transferladungen sowie der Beurteilung dielektrischer Verlustprozesse wurde die Elektronenenergieverteilung in beiden Reaktortypen bestimmt und Elektronenstoßprozesse mit Hilfe des Boltzmann-Solvers Bolsig simuliert. Die Ergebnisse führten zu der Erkenntnis, daß die Entladungen im ferroelektrischen Schüttungsreaktor und im Barrierenreaktor durch ähnliche mittlere Elektronenenergien und ähnliche in der Entladungszone entstehende angeregte Spezies gekennzeichnet sind. Parallel durchgeführte Untersuchungen zum Abbau organischer Stoffe zeigten, daß unter Umgebungsfeuchte beide Reaktoren etwa die gleichen Abbauergebnisse erzielen. Hervorzuheben sind jedoch die unter sehr trockenen Bedingungen im Abgas signifikant höheren Umsätze und Ausbeuten an COX im ferroelektrischen Schüttungsreaktor. Zudem zeichnet sich der Reaktor durch eine deutlich geringere Bildung von Sekundäremissionen, insbesondere von Aerosolen und Reaktorbelägen aus.

The presented paper contains results concerning discharge conditions in non-thermal plasma of a ferroelectric bed reactor. Furthermore the ability of the ferroelectric bed reactor to decompose volatile organic compounds was investigated. In order to allow a better interpretation of the received experimental results comparative measurement with a dielectric barrier reactor (ozone generator) were carried out. The experiments included the determination of typical discharge parameters like charge currents, transfered filament charges as well as the characterisation of dielectric loss processes. In addition to that on basis of simulations of collision processes between electrons and gas molecules (using the Boltzmann-Solver Bolsig) electron energy distribution functions where calculated. It was found that both the ferroelectric bed reactor and the dielectric barrier reactor are characterized by similar mean electron energies and by similar excited species produced in the plasma zone. Investigations to the decomposition of organic substances in non-thermal plasma led to almost identical conversions rates in both reactor types if humid gas was used. However, under very dry conditions the ferroelectric bed reactor achieved significant higher conversions and COX-yields. Furthermore the experiments showed that the ferroelectric bed reactor produces less organic byproducts especially organic aerosols and reactor coatings.