Введение к работе
Актуальность работы.
Такие приоритетные загрязнители атмосферы, как окислы азота- ( N0 и N02 ), образуются и уводятся в результате химической трансформации различных азотосодержацих соединения. Молекулы ННО являются одним из промежуточных продуктов этих сложных химических превращений, поэтому реакции с их участием существенны для понимания механизмов образования и увода окислов азота. В качестве примера можно указать три взаимосвязанные задачи:
I. С поверхности нашей планеты в атмосферу поступает
значительное количество аммиака. В результате реакции молекул
аммиака с гидроксильными радикалами образуются радикалы ННг. В
этом случае радикалы ИНг могут уводить окислы азота по реакции
1) NH2+ N0 —-> Nz+ HzO
или участвовать'в образовании HNO в результате реакций
-
NHz+ Оз —> NHaO+ Ог,
-
fffl20+ Ог — > HNO+ НОг.
Реакции HNO с такими составляющими атмосферы, как ' кислород и озон, могут быть существенными для понимания роли окисления аммиака в процессах увода и образования окислов азота в тропосфере.
II. Для очистки отходящих индустриальных газов от окислов
азота применяется, так называемый, эксон-процесс. Суть этого
метода заключается в том, что в отходящие газы при
определенной температуре вводится аммиак. В результате реакции
молекул аммиака с гидроксильными радикалами образуются
радикалы NH2, которые либо уводят окислы азота, например, по
реакции 1), либо образуют НПО по реакции
4) NH2+ 02 — > HNO+- ОН.
Для оптимизации этого процесса необходимо знание констант скорости реакций с участием HNO.
III. При сгорании органических топлив из-за наличия
"топливного азота" могут образовываться радикалы ННг. В
результате реакции І) образуются молекулы HNQ, которые
участвуют в процессе образования окислов азота.
Из этих трех примеров следует, что для понимания механизмов окисления азотосодержащих соединений, необходима информация об элементарных реакциях с участием молекулы HNO.
Наиболее актуальными реакциями нам предсталяются следующие реакции:
-
HNO+ Ог —'> продукты,
-
НЫО+ НПО > продукты,
-
HNO+ Оз > продукты,
-
HNO+ стенка > гибель.
Все четыре реакции представляют значительны* интерес для атмосферной химии, а реакции Б), 6) также важны и для понимания механизмов процессов горения язотосодерхацих соединений.
К сожалению, в литературе практически отсутствуют данные как о продуктах, так и о константах скорости этих реакций. Это, вероятно, связано с тем, что для таких медленных реакций, как реакции 5), 8) отсутсвуют эффективные прямые методы исследования. Для исследования медленных реакций необходима высокая чувствительность метода.
Внедрение лазеров в химическую кинетику привело к созданию целого ряда методов изучения элементарных химических реакций.- Один из них - метод внутрирезонаторной лазерной спектроскопии ( ВРЛС }, совмещенный с импульсным фотолизом и системой регистрации спектров с временным разрешением. Метод хорошо зарекомендовал себя в изучении элементарных процессов. Однако использование импульсных лазеров с ламповой накачкой без однонаправленного режима генерации существенно ограничивало возможности метода, поскольку в спектре генерации таких типов лазеров, возникают интерференционные шумы и частотозависимые потери, амплитуда, которых возрастает с увеличением времени зондирования (времени генерации), что накладывает ограничение на чувствительность и воспроизводимость измерений. По-видимому, это была одна из основных причин, которая не позволила авторам работ по изучению реакций с участием НПО изучить эти реакции в большем объеме, в частности, исследовать реакции 5), 7), 8) и изучить
температурную зависимость константы скорости реакции 6).
Показано, что применение непрерывного кольцевого лазера на красителе с бегущей волной (с однонаправленным режимом генерации) в методе ВРЛС дает возможность практически полностью устранить интерференционные шумы и частотозависимые потери , и, как следстзие этого. позволяет увеличить чувствительность метода по меньшей мере на два порядка.
Цель работы сводится к следующему: создать методику исследования кинетики химических реакций на базе непрерывного кольцевого лазера на красителе с однонаправленным режимом генерации и, используя разработанную методику. экспериментально исследовать кинетику реакций 5), в), 7), 8).
Научная новизна работы состоит в том, что впервые была разработана методика исследования кинетики химических реакций на базе непрерывного лазера на красителе с однонаправленным режимом генерации, которая позволяет проводить кинетические исследования с рекордной чувствительностью для кинетических абсорбционных методов. Проведено измерение констант скорости реакций 5), 6), 7), 8) и температурных зависимостей констант скорости реакций 5), 6), 8).
Практическая ценность работы заключается в том. что полученные результаты исследования кинетики реакций с участием HNO могут быть использованы при моделировании разнообразных процессов окисления азотосодержащих соединений в атмосфере. Особую практическую ценность полученные результаты имеют при разработке и оптимизации методов очистки отходящих индустриальных газов от окислов азота. Развитая новая методика исследования кинетики химических реакций на базе непрерывного лазера на красителе с однонаправленным режимом генерации может быть широко использована для решения различных прикладных задач.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Втором всесоюзное совещании "Нелинейные и когерентные эффекты в ВРЛС", июнь 25 - 28, 1991 и ежегодном конкурсе научных работ ИХФ РАН 1989, 1991.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в трех статьях.
Об'єм работы.. Диссертация состоит из введения, трех глав,
основных результатов и выводов, списка, литературы и
приложения. Диссертационная работа изложена на страницах,
содержит рисунков, таблицы, библиографию
из названий.
