Газовые разряды в диоксиде углерода

Наиболее подробно тлеющий разряд постоянного тока в углекислом газе при давлениях 1–4 мм рт. ст., плотности тока
1–10 мА/см², E / N _o = 6–9·10^–6 В·см², диаметре разрядной трубки 3,2 см был исследован в цикле работ, выполненных в ИНХС АН СССР и обобщенных в обзорной работе [92]. Основными продуктами разряда в СО₂ являются О₂, СО и СО₂. Степень диссоциации СО₂ на выходе из разряда может достигать 60 %. В зоне разряда присутствуют в значительных концентрациях атомы О, при этом [О]/[О₂] ~ 0,1. Масс-спектрометрические исследования разряда в сходных условиях показывают, что концентрации С₃О₂ и С₂О малы по сравнению с концентрациями О₂, СО, СО₂ [93]. Диссоциация СО₂, СО, О₂ происходит при столкновениях с электронами в результате возбуждения нестабильных и предиссоциирующих электронных состояний, а также при столкновениях с электронно-возбужденной метастабильной молекулой СО(а ³П). В реакции СО + СО(а ³П) → СО₂ + С образуются горячие (обладающие избыточной поступательной энергией) атомы углерода, их концентрация не превышает 10¹² см^–3. Важным процессом гибели горячих атомов С является реакция СО₂ + С → 2СО. Гибель атомов кислорода происходит в основном при рекомбинации на стенке с образованием О₂ и СО₂ [94].

Реакция (1.36) может происходить на стеклянной стенке разрядной трубки и на металлических электродах.

O → ½О₂ (1.36)

На стеклянной поверхности могут также происходить реакции образования СО₂

О_(ст.) + СО → СО₂ и О + СО_(ст.) → СО₂ (1.37)

Основными процессами образования О₂ и СО₂ в разряде является гетерогенная рекомбинация по реакциям (1.36) и (1.37) соответственно. При добавлении паров воды в исходный СО₂ в разряде образуются радикалы ОН, которые вступают в быстрые реакции ОН + О → О₂ + Н и ОН + СО → СО₂ + Н, приводящие к образованию О₂ и СО₂. На электродах гибель атомов кислорода происходит намного быстрее, чем на поверхности стекла.

Диссоциации углекислого газа в электрических разрядах различных типов посвящен обзор [42]. В некоторых случаях (ВЧИ разряд, давление 0,1–2 мм рт. ст., удельная энергия > 60 Дж/см³) степень диссоциации СО₂ на СО и О₂ составляла 100 %. В импульсном СВЧ-разряде высокой мощности (λ = 8 см, мощность импульса 30 кВт, время импульса 0,3 мкс, частота импульсов 500 Гц) в условиях электронного циклотронного резонанса при давлении 50 мм рт. ст. происходит диссоциация углекислого газа до элементарного углерода: СО₂ → С + О₂. На стенках реактора был обнаружен налет сажи. При уменьшении давления до 0,5–2 мм рт.ст. диссоциация происходила в основном до СО.

Продуктами превращения СО₂ в барьерном разряде в стеклянном озонаторе (при атмосферном давлении) являются СО, О₂, О₃ и неразложившийся диоксид углерода [43].