Interdisciplinary Study of Chemical and Transport Processes at a Plasma-Liquid Interface
等离子体-液体界面化学和传输过程的跨学科研究
基本信息
- 批准号:1617822
- 负责人:
- 金额:$ 45万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-15 至 2020-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project focuses on improving the understanding of the fundamental processes that occur at or near interfaces of a plasma, a cloud of ionized gas composed of electrons, ions and neutral particles, and a liquid. A plasma that is created above or within a liquid can have a number of uses. For example, plasma discharges have been used to sterilize water, fruit juices, and milk, to remove harmful chemicals from water, to create new materials, and for medical applications. Some cancer-causing pollutants found in the environment can only be treated using plasmas. In material processing technologies plasmas formed directly in liquids that do not contain water, such as alcohols, can transform these liquids into different useful products including carbon nanotubes, a material with unique properties that is currently used in a wide variety of electronics. A better understanding of the physical and chemical processes near the plasma-liquid interface will not only help to improve the existing plasma-based processes, but will also open new applications in biomedicine, agriculture, energy, green chemistry and pollutant mitigation. The region near the plasma-liquid interface exhibits complex dynamics that depend on the formation of reactive radicals, ions and high energy electrons, their transport across the interface, and the physics of the bulk fluid motion for mixing and transport. These processes are interrelated and incorporate both physical and chemical dynamics. The overall goal of this research project is to determine relationships between the physical and chemical processes occurring at the plasma-liquid interface in a system where the plasma discharge contacts the liquid surface. Two specific goals of this study are to: (1) Correlate the bulk liquid transport processes with the plasma-liquid interface dynamics and (2) Determine the significance of the plasma excited species transport in the kinetics of interfacial processes. The approach for achieving the goals of this multidisciplinary study is to identify degradation mechanisms of several compounds of interest and apply quantitative optical diagnostic tools (i.e. Particle Image Velocimetry and Laser-Induced Fluorescence) to understand the physics at the interface as well as the role bulk liquid transport plays in the dynamics of the degradation process. Further, molecular dynamics simulations will be performed to develop a quantitative understanding of the microstructure of the studied compounds at the gas-liquid interface.
该项目的重点是改善对等离子体或附近的基本过程,由电子,离子和中性颗粒以及液体组成的离子气体云以及液体的基本过程的理解。在液体上或液体内部创建的血浆可以具有多种用途。 例如,血浆排放已被用来对水,果汁和牛奶进行消毒,以从水中去除有害化学物质,以创建新材料和医疗应用。在环境中发现的一些引起癌症的污染物只能使用等离子体治疗。在材料加工技术中,直接在不包含水的液体中形成的等离子体可以将这些液体转化为不同的有用产品,包括碳纳米管,碳纳米管是一种具有独特性能的材料,目前在各种电子产品中使用。更好地了解血浆液体界面附近的物理和化学过程不仅有助于改善现有的基于等离子体的过程,而且还将在生物医学,农业,能源,绿色化学和污染物缓解方面开放新的应用。 等离子液体界面附近的区域表现出复杂的动力学,取决于反应性自由基,离子和高能电子的形成,它们跨界面的传输以及大量流体运动的物理进行混合和转运。这些过程相互关联,并结合了物理和化学动力学。该研究项目的总体目标是确定在等离子体排放接触液体表面的系统中,在等离子体液界面上发生的物理和化学过程之间的关系。这项研究的两个具体目标是:(1)将散装液体传输过程与血浆液体界面动力学相关联,(2)确定血浆激发物种在界面过程动力学中的重要性。实现这项多学科研究目标的方法是确定几种感兴趣的化合物的降解机制,并采用定量的光学诊断工具(即粒子图像速率和激光诱导的荧光),以了解界面上的物理学以及在降级过程中扮演的液位液体运输。此外,将进行分子动力学模拟,以对气体液体界面处研究化合物的微观结构进行定量理解。
项目成果
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专著数量(0)
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