Le procédé de purification par plasma, étudié dans ce travail, peut efficacementenlever le bore du silicium. En combinaison avec d’autres procédés on peut ainsipurifier du silicium pour des cellules solaires à bas coûts. Cependant, la chimie à lasurface du silicium est encore mal comprise. Pour une meilleure compréhension duprocédé nous effectuons des mesures paramétriques de vitesse de purification, nouscalculons l’équilibre chimique et nous mesurons la température et la concentrationdes radicaux dans le plasma, utilisant la spectroscopie d’émission.La comparaison entre des vitesses de purification de la littérature et desconcentrations à l’équilibre chimique calculé montre que les réactions chimiques à lasurface du silicium sont probablement en équilibre. Cependant, le rapport entre lebore et le silicium dans les gaz en sortie du réacteur est plus élevé que prédit par lescalculs de l’équilibre chimique. Ceci est probablement dû à la formation d’un aérosolde silice dans la couche limite réactive. Les résultats des mesures paramétriques dela vitesse de purification sont en accord avec cette théorie.Plusieurs expériences de validation montrent que la spectroscopie d’émission peutêtre utilisé pour mesurer la température et les rapports de concentration O/Ar et H/Ardans le plasma. Les résultats des mesures spectroscopiques ont aidé à améliorer defaçon significative un modèle numérique. Les résultats ont montré que l’hydrogènediffuse fortement dans le plasma tandis que l’oxygène diffuse beaucoup mo / The plasma refining process studied in this work can efficiently remove boron fromsilicon. In combination with other processes one can purify silicon for solar cells atlow costs. The hot gases from the thermal plasma torch are blown onto the surface ofa silicon melt. However the chemistry at the silicon surface is so far poorlyunderstood. For a better understanding of the process we do parametricmeasurements of the boron removal rate, we calculate the chemical equilibriumconcentrations and we measure the temperature and radical concentrations in theplasma, using emission spectroscopy.The comparison of boron removal rates from literature to calculated chemicalequilibrium concentrations shows that the chemical reactions at the silicon surfaceare probably at chemical equilibrium. However, the boron to silicon ratio in theexhaust gases is higher than predicted by the chemical equilibrium calculations. Thisis probably due to the formation of a silica aerosol in the reactive boundary layer. Theresults of the parametric measurements of the boron removal rate agree also withthis theory.Several validation experiments showed that emission spectroscopy with Abelinversion can be used to measure the temperature and the concentration ratios O/Arand H/Ar in the plasma. The spectroscopic results helped to improve significantly anumerical mode. The results also showed that hydrogen diffuses strongly in theplasma while oxygen diffuses much less.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GiancarlosCB_DISSERT.pdf: 5458787 bytes, checksum: 8900cf5f95194fd230853ddd24b869cd (MD5) Previous issue date: 2012-08-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work discusses the design of a transformer used in a plant plasma. This plant, which is being developed in UFRN, will be used in the treatment of waste. It consists basically of a radio frequency power supply and a inductive plasma torch. The transformer operates at the nominal frequency of 400 kHz, with 50 kW, allowing the adaptation of impedance between the power supply and torch. To develop the project, a study was done on the fabrication technologies and physical effects on the frequency of operation. This was followed by the modeling of this transformer. Finally, simulations and tests were conducted to validate the design / Este trabalho aborda o projeto de um transformador utilizado em uma planta de plasma. Esta planta, que est? sendo desenvolvida na UFRN, ser? utilizada no tratamento de res?duos. Ela ? composta, basicamente, por uma fonte de alimenta??o de radiofrequ?ncia e uma tocha indutiva de plasma. O transformador opera na frequ?ncia nominal de 400 kHz, com pot?ncia de 50 kW, permitindo a adapta??o de imped?ncias entre a fonte de alimenta??o e a tocha. Para o desenvolvimento do projeto, foi feito um estudo sobre as tecnologias de fabrica??o e efeitos f?sicos na frequ?ncia de opera??o. Posteriormente, foi realizada a modelagem deste transformador. Por fim, foram realizados simula??es e testes de forma a validar o projeto

This thesis focuses on the utilisation of mid-infrared techniques in technological atmospheric pressure, non-thermal plasma (NTP) diagnostics. Two mid-infrared techniques were demonstrated in this work namely laser absorption and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The performance of external-cavity quantum cascade laser (EC-QCL), a relatively new laser type with broad tuning capability was also demonstrated as potential diagnostics tool for technological NTP applications. A dual plate dielectric barrier discharge (DBD) and a packed-bed NTP reactor were designed and fabricated to perform plasma process. Quantitative analysis of the laser absorption and FTIR spectroscopy techniques for gas detection were validated by using standard gas samples. Real-time CO monitoring by means of in-situ laser absorption spectroscopy measurements were performed for gas phase diagnostics in the decomposition of TEOS by means of plasma-enhanced chemical vapour deposition (PE-CVD) and in CO2 reforming of CH4 by means of NTP. In-line FTIR measurements simultaneously recorded the gas spectrum at the exhaust of the plasma reactors. Information from both measurements was found to provide useful information on the plasma processes and chemistry for the NTP applications. Finally, wavelength stability and linearity performance of a broad tuning range EC-QCL were evaluated by using the Allan variance technique. (LOD) at SNR = 1 was estimated to be ~ 2 ppm, achieved under atmospheric pressure, at the room temperature, and a path length of 41 cm for NO detection produced from the decomposition of dichloromethane (DCM) by means of NTP.

The substance of present work is to provide standard thermodynamic functions (STF) of small size molecules for the calculation of the composition and thermodynamic properties of low-temperature plasma, and also method for such a calculation applying obtained STF under non-ideal plasma conditions. With a view to further application in modelling the phenomena in thermal plasma the range of pressures is limited to the region from 0.01 bar to 100 bar, and that of temperature to 298.15–50 kK. To obtain STF the method of partition function resulting from statistical mechanics was proposed. State of art in the given scientific area and theoretical basis of the statistical mechanics required for establishing of the proposed method together with discussion of partition function divergence problem have been reviewed. For the calculation of STF of diatomic molecules the method of direct summation has been employed, whereas, as for the larger size molecules, the rigid rotor and harmonic oscillator model have been generally adopted. The spectral data required for the calculations have been taken from literature, or, in selected cases, these have been computed by quantum chemistry ab initio techniques. The resulting STF have been included into already existing database system of thermodynamic properties and those can serve as input data for subsequent thermodynamic calculations. A general method has been worked out for the purpose of the computation of thermodynamic properties and composition of non-ideal homogenous plasma system in thermodynamic equilibrium. The method is based on minimizing total Gibbs energy to compute at constant pressure or Helmholtz energy to compute at constant volume. The computation algorithm was implemented into computer program and subsequently applied to the computation of the composition and thermodynamic properties of SF6 dissociation and ionization products using obtained STF.

Résumé : La pollution de l'environnement est devenue un problème mondial majeur. Le développement rapide des industries de procédés conduit à une augmentation constante des quantités d'eaux usées et des liqueurs contaminées rejetées. Les acides carboxyliques représentent une part importante de la charge organique des polluants dans les eaux usées et dans les solutions aqueuses industrielles. Une technologie efficace et respectueuse de l'environnement est donc requise pour réduire les effets négatifs de l'industrialisation sur l'environnement et pour éliminer les polluants des eaux usées et des liqueurs industrielles contaminées. Le plasma thermique submergé à courant continu (CC) est l'une des technologies proposées pour éliminer les contaminants des liquides et des solutions. Le réacteur au plasma thermique submergé à courant continu est un nouveau réacteur dans lequel le contact direct entre le plasma et la solution est établi. Une caractéristique importante du plasma thermique type CC est le gaz de plasma. Selon le type du gaz plasmagène, les plasmas thermiques CC présentent différents taux de décomposition, d’espèces réactives, d’enthalpies, de conductivités thermiques, et de temps de vie des électrodes. Parmi les différentes torches des plasmas thermiques CC, la torche à plasma thermique à mélange gazeux à base de CO[indice inférieur 2], récemment inventée, présente une amélioration très significative de la performance, c'est-à-dire une enthalpie plasmatique et une conductivité thermique élevées par rapport à celles des gaz de plasma concurrents. Une approche principalement expérimentale a permis d’étudier la faisabilité et le mécanisme de décomposition de l'acide carboxylique à haut poids moléculaire dans des solutions via les différents plasmas thermique submergés à CC. L'acide sébacique, un acide carboxylique à haut poids moléculaire a été choisi comme représentant de contaminant de type organique dans la liqueur Bayer. Deux différentes torches de plasma, incluant la torche à plasma oxygène et air ainsi que la torche à plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] nouvellement conçues ont été utilisées. L'effet des différentes conditions de fonctionnement en incluant le temps de traitement, le pH initial de la solution, et la pression du réacteur, ainsi que le rôle des agents oxydants tels que le H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2], ont été étudiés sur la décomposition de l'acide sébacique. Pour identifier le rôle des différents gaz de plasma et des conditions opérationnelles sur le mécanisme de décomposition et sur les produits intermédiaires, une caractérisation qualitative et quantitative a été réalisée sur les solutions traitées avec la méthode de chromatographie ionique couplée à la spectrométrie de masse (IC/MS). L'effet thermochimique des gaz de plasma sur la décomposition de l’acide sébacique et sur les produits intermédiaires a également été étudié. À travers les différents essais réalisés dans cette étude, il a été montré pour la première fois que la décomposition de l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé est réalisable avec le plasma thermique submergé en utilisant des gaz de plasmas différents. Le taux de décomposition d'acide sébacique lors de l’utilisation d’un plasma thermique à oxygène en milieu basique est plus élevé par rapport aux autres plasmas thermiques (air, et CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4]) en mode submergé. Il a été constaté que cela est dû principalement à sa forte concentration en espèces oxydantes telles que l’ozone. Il a été observé que la décomposition de l'acide sébacique en milieu basique par l’utilisation de plasma d’oxygène et de plasma à air se produit par un mécanisme d'oxydation consécutif jusqu'à la production finale d'acides di-carboxyliques de plus faibles poids moléculaires et de CO[indice inférieur 2] (dissous dans la solution sous la forme de carbone inorganique). Il a été trouvé aussi pour la première fois que le plasma thermique submergé CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4], peut décomposer l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé sur la base d’un mécanisme séquentiel de photo-oxydation en raison de sa forte intensité de rayonnement ultraviolet. Le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] a montré une vitesse de décomposition supérieure dans le milieu neutre. Par contre, en milieu basique, le plasma d'oxygène et le plasma d'air ont montré une vitesse de décomposition plus élevée. Il a également été montré que l'ajout d'H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] en milieu basique a augmenté la vitesse de décomposition de l'acide sébacique avec le plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] jusqu’à la même vitesse de décomposition que le plasma d'oxygène dû à une plus grande intensité de rayonnement UV du plasma de CO[indice inférieur 2] en comparaison avec celle du plasma d'oxygène. Dans une perspective plus générale, à travers différentes expériences, il a été montré que le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] peut offrir une grande vitesse de décomposition des acides carboxyliques de poids moléculaire élevés dans un milieu acide et neutre, et également en milieu basique en présence de peroxyde d'hydrogène. Cela permettra le traitement des contaminants dans une grande variété de conditions de solution à l'aide de plasma du gaz CO[indice inférieur 2]. Les résultats de cette thèse aident à mieux comprendre la décomposition des contaminants organiques à hauts poids moléculaires dans les solutions utilisant les plasmas thermiques submergés. De plus, ces résultats proposent une application potentielle pour la torche à plasma de CO[indice inférieur 2] pour le traitement des eaux usées. // Abstract : Environmental pollution has become a major global problem. Rapid development of process industries leads to a constant increase in amounts of wastewater and contaminated industrial process liquors. Carboxylic acids represent a significant portion of the organic load of pollutant in wastewater and industrial aqueous solutions. An effective and environmentally friendly technology is therefore required to reduce the negative effects of industrialization on the environment and subsequently remove pollutants from wastewater and contaminated industrial liquors. DC (Direct Current) submerged thermal plasma is one of the proposed technologies for removing contaminants from liquids and solutions. DC submerged thermal plasma reactor is a novel reactor in which the direct contact between plasma and solution is established. An important characteristic of typical DC thermal plasma is the plasma gas. Depending on the type of plasma gas, DC thermal plasmas present different decomposition rates, reactive species, enthalpy, thermal conductivity, and electrode life time. Among different DC thermal plasma torches, the recently invented CO[subscript 2]-based gas mixture thermal plasma torch exhibits a very significant performance improvement, i.e. high plasma enthalpy and high thermal conductivity in comparison with competing plasma gases. In this study, by a mainly experimental approach, the feasibility and decomposition mechanism of high molecular weight carboxylic acid in solution via different DC submerged thermal plasmas has been investigated. Sebacic acid, a high molecular weight carboxylic acid, was selected as a representative of a typical organic contaminant in Bayer liquor. Two different DC plasma torches have been used including oxygen DC plasma torch and the newly designed CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma torch. The effect of different operational conditions including treatment time, initial solution pH, and the reactor pressure as well as the role of oxidizing agents such as H[subscript 2]O[subscript 2], were investigated on the decomposition of sebacic acid. To identify the role of different plasma gases and operational conditions on the decomposition mechanism and its intermediate products, qualitative and quantitative characterization was done on the treated solutions with IC/MS (Ion Chromatography/Mass Spectrometry) method. The thermochemical effect of the plasma gases on the decomposition of sebacic acid and its intermediate products was also investigated. Through different experiments, it was shown for the first time that decomposition of high molecular weight carboxylic acid is feasible with submerged thermal plasma by using different plasma gases. The decomposition rate of sebacic acid by using oxygen thermal plasma in basic medium was higher compared with other thermal plasmas (air, and CO[subscript 2]/CH[subscript 4]) in submerged mode. It was found that the higher decomposition rate with oxygen plasma is mostly due to its high concentration of oxidant species such as ozone. The decomposition of sebacic acid in basic medium with oxygen and air plasma was revealed to occur with a consecutive oxidation mechanism up to the final production of the lowest molecular weight di-carboxylic acids and CO[subscript 2] gas (dissolved in solution in the form of inorganic carbon). It was found for the first time that the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] submerged thermal plasma can decompose well high molecular weight carboxylic acid based on a sequential photo-oxidation mechanism due to its high ultraviolet (UV) radiation intensity. The CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma showed higher decomposition rate in neutral medium, however oxygen and air plasma showed higher increased the sebacic acid decomposition rate with the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma up to the same decomposition rate of the oxygen plasma due to higher UV radiation intensity of the CO[subscript 2] plasma than that of the oxygen plasma. In a more general perspective, through different experiments, it was shown that CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma can offer high decomposition rate for high molecular weight carboxylic acids in acidic and neutral medium and also in basic medium in the presence of hydrogen peroxide. This will allow using plasma for treatment of contaminants in a wide variety of solution conditions by using CO[subscript 2] gas. The findings of this thesis therefore will shed light on the decomposition of large organic contaminants in solutions with submerged thermal plasmas. Also, it provides a potential application for CO[subscript 2] plasma torch in wastewater treatment.

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)est aujourd’hui utilisée dans de nombreux secteurs d’activités du fait des atouts qu’ellepossède. Cette technologie permet de caractériser la composition élémentaired’échantillons quel que soit leur phase (gaz, solide et liquide), rapidement (10-6s), de façon insitu et sans contact, et à pression et température ambiantes. Ces caractéristiques présententun intérêt pour des applications militaires de détection de traces d’agents chimiquescontaminant une surface. L’objectif de cette étude est d’étudier le potentiel de cettetechnologie afin de détecter les espèces chimiques présentes dans les agents réels, tels quele phosphore, le fluor, le chlore et le soufre sur des surfaces d’échantillons polluésreprésentatifs de milieux opérationnels. Pour améliorer les performances analytiques de latechnique LIBS classique à simple impulsion, la configuration double impulsion estdéveloppée et comparée à la méthode simple impulsion. Son principe repose sur l’envoisuccessif de deux impulsions laser résolues générant au point focal un plasma thermique serelaxant in fine en émettant des raies spécifiques de la composition élémentaire. Les gainsanalytiques, ainsi que les limites de détection sont évalués pour plusieurs typesd’échantillons représentatifs. Une comparaison avec les seuils de détection attendus estétablie. / Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is currently used in many fields of activity,thanks to its numerous uses. This technology allows fast measurement (10-6 s), with in situconfiguration, at ambient pressure and temperature, of different samples in gaseous, liquidor solid phase. These performances present a high interest for military applications to detectchemical agent traces on surfaces. The aim of this study is to investigate the potential of thistechnology in the detection of specific chemical atoms of live agents such as phosphorus,fluorine, chlorine, and sulfur on the surface of contaminated samples representing thetheatre. In order to improve the analytical performances of classical technical LIBS of singlepulse, a double pulse method was developed and compared to single pulse method. Itsprinciple is based on the emission of two successive laser impulsions resolved in space andtime, generating in the focal point thermal plasma which relaxes in fine emitting specificradiation of the elementary composition. The analytical gains, as for detection thresholdsare evaluated for each type of samples. A comparison of the detection thresholds isestablished.

Combiné à une demande en énergie croissante, les ressources limitées de pétrole et de gaz naturel nous obligent à rechercher des alternatives plus propres et de plus en plus efficaces pour la production d'énergie. L'hydrogène (H2) est considéré comme un vecteur énergétique prometteur. Cependant, il existe plusieurs problèmes liés à l'utilisation de H2, depuis son transport jusqu'à sa distribution. La transformation de la molécule de H2 peut s’effectuer par la synthèse d’un composé contenant du carbone, à savoir du méthane (CH4), offrant ainsi la possibilité d'utiliser le réseau de transport existante. En effet, la réaction de Sabatier, qui est fortement exothermique, implique la réaction du dioxyde de carbone (CO2) et du dihydrogène afin de produire du méthane et de l’eau. Ce procédé, appelé méthanation, représente une approche réalisable contribuant à la réduction des émissions de CO2 dans l'atmosphère, à travers un cycle fermé du carbone impliquant la valorisation du CO2. Cependant, en dessous d’une température de 200 °C, la conversion devient proche de zéro, tandis qu’à des températures plus élevés (>300 °C), des réactions secondaires favorisant la formation du CO et d’H2 apparaissent. C’est une des raisons pour laquelle de nouveaux types de catalyseurs doivent être étudiés dans le but de maximiser la sélectivité du méthane à des basses températures et à pression atmosphérique. Par conséquent, en utilisant des catalyseurs associés aux plasmas DBD, l’activation de la réaction de méthanation peut ainsi être améliorée. Plusieurs catalyseurs contenant du Ni ont donc été synthétisés en utilisant différents oxydes de Ce-Zr en tant que supports, avec un ratio Ce-Zr variable. Les résultats obtenus dans des conditions adiabatiques à basses températures (comprises entre 120 et 150 °C), en présence de catalyseurs activés par plasma, sont prometteurs. La conversion du CO2 en CH4 est d’environ 85 % avec une sélectivité proche de 100 %. En l’absence de catalyseurs activés par plasma, cette même conversion est observée à 350 °C, tandis qu’à basses températures et sans plasma, celle-ci est presque nulle. Ce système à basse consommation d’énergie permet donc de diminuer le coût de production du méthane synthétique avec une durée de vie du catalyseur prolongée. / The limited resources of oil and natural gas, together with an increasing energy demand, forces us to seek more and more efficient and cleaner energy production alternatives. Hydrogen has been recently considered as a promising energy carrier. However, there are several inherent problems to the utilization of H2, from its transportation to its distribution. Transformation of the H2 molecule by fixing into a carbon-containing compound, i.e. CH4, will offer the possibility of using the conventional transportation network. Indeed, the Sabatier reaction, which is highly exothermic, involves the reaction of carbon dioxide and hydrogen gas in order to produce methane and water. This process, called methanation, represents a feasible approach contributing to the reduction of the CO2 emissions in our atmosphere, through a closed carbon cycle involving the valorization of CO2, i.e. from capture. However, below a temperature of 250 °C, the conversion becomes practically close to 0 %, whereas at higher temperatures, i.e., (>300 ºC), the co-existence of secondary reactions favours the formation of CO and H2. This is the reason why new catalysts and process conditions are continuously being investigated in order to maximize the methane selectivity at low reaction temperatures at atmospheric pressure. Therefore, by using catalysts combined to Dielectric Barrier Discharge plasmas (DBD), the activation of the methanation reaction can be enhanced and overcome the drawbacks of existing conventional processes. Several Ni-containing catalysts were prepared using various ceria-zirconia oxides as supports, with different Ce/Zr ratios. The results obtained in the adiabatic conditions at low temperatures (ranging between 100-150 °C), in the presence of catalysts activated by plasma, are promising. Indeed, the conversion of CO2 to CH4 is about 85 % with a selectivity close to 100 %. The same conversion in the absence of the plasma activation of the catalyst is observed at 350 °C. At low temperatures (120-150 °C) and without plasma, conversion is almost close to zero. This low consumption energy system helps reduce the cost of production of synthetic methane together with an extended life of the catalyst.

Espectrometria de emissão óptica, utilizando plasmas acoplados indutivamente, torna-se uma ferramenta indispensável para análises de elementos químicos. Neste trabalho é descrita a construção detalhada de um oscilador de rádio frequência para obtenção de uma tocha de plasma indutivo. O projeto é estruturado a partir da elaboração da fonte retificadora, da malha de acoplamento, até a construção da tocha, além de análises com amostras líquidas e sólidas. Pelo fato de a tocha de plasma indutivo ser mais estável do que outros métodos de atomização, como laser ou chama, a torna uma escolha atraente para métodos analíticos, em vasta gama de aplicações. Os resultados do desempenho elétrico do oscilador de rádio frequência foram alcançados, embora as perdas sejam eminentes, foi obtida uma tensão na malha de acoplamento de 620 volts, potência na tocha de 1400 watts, e frequência do oscilador, com valor estável de 13,56 mega-hertz. Os resultados das análises também foi outro ponto de destaque, uma vez que, foi possível detectar através de um espectrômetro óptico, todos os elementos contidos numa solução de aço inox, tais como: silício, fósforo, manganês, molibdênio, cromo, níquel e cobre, embora os resultados quantitativos ainda necessitem de alguns ajustes. Com relação à análise de amostras sólidas, onde foram utilizados eletrodos consumíveis de alumínio e cobre, o resultado foi muito promissor, graças ao projeto da tocha que permite modificações em sua estrutura; os eletrodos consumíveis também foram analisados com as técnicas de difração de raio-X e microanálise por feixe de elétrons para confirmação dos resultados. / Optical emission spectrometry using inductively coupled plasma becomes an indispensable tool for analysis of chemical elements. This work describes the detailed construction of a radio frequency oscillator for obtaining an inductive plasma torch. The project is structured from the elaboration of the source rectifier, matching network, until the construction of the torch, and analyzes with liquid and solid samples. Because the inductive plasma torch to be more stable than other atomization methods such as laser or flame, becomes an attractive choice for analytical methods in wide range of applications. The results of the electrical performance of the radio frequency oscillator been achieved, although losses are distinguished was obtained at a voltage matching network 620 volts, the torch power of 1400 watts, and oscillator frequency, with a steady value of 13.56 mega-hertz. The results of analyzes was also another important point, since it was possible to detect through an optical spectrometer, all elements contained in a solution of stainless steel, such as silicon, phosphorus, manganese, molybdenum, chromium, nickel and copper, although the quantitative results still need some tweaking. Regarding the analysis of solid samples, which were consumable electrodes of aluminum and copper, the result was very promising, due to the torch project that allows modifications in its structure; consumable electrodes were also analyzed through the techniques x-ray diffraction and microanalysis by electron beam, to confirm the results.

Während die Wasserdissoziation mit der Hilfe von Gleichstrom (Wasser-Elektrolyse) einen gut untersuchten Prozess darstellt, war der Mechanismus der Wasserdissoziation durch Einwirkung hochfrequenter (HF) elektromagnetischer Felder als relativ neues Phänomen noch nicht vollständig aufgeklärt. Für die Realisierung der Wasserdissoziation in HF-Feldern mit einer Frequenz von 13,56 MHz wurde in dieser Arbeit ein neuartiger experimenteller Aufbau verwendet, dessen Kernstück aus einem sich zwischen zwei parallelen Elektroden befindlichen Glasreaktor, der über eine Durchmesserverjüngung verfügte, bestand. Dieser Aufbau ermöglichte die Untersuchung der wässrigen Elektrolytlösung in den drei Phasen Erwärmung, Blasenbildung und Entladung mit Gasbildung. Die messbare Gasbildungsrate wurde als ein Maß für die Intensität der Wasserdissoziation gewählt. Ihre Abhängigkeit von der HF-Spannung, der HF-Leistung, der Art des Elektrolyten, der Konzentration des Elektrolyten und dem geometrischen Aufbau des Reaktors wurden untersucht. Bei vielen Elektrolyten bestand das produzierte Gas vollständig aus Wasserstoff und Sauerstoff im molaren Verhältnis von 2 zu 1 sowie aus Wasserdampf. Für einige Elektrolyte wurden davon abweichende Verhalten hinsichtlich der Stöchiometrie beobachtet. Das im Zusammenhang mit der Wasserdissoziation emittierte Licht wurde spektroskopisch untersucht. Es konnten angeregte OH-, H- und O-Radikale nachgewiesen werden. Dieser Befund legt nahe, dass die Wasserdissoziation durch die Wechselwirkung von hochenergetischen Elektronen mit Wassermolekülen verursacht wird. Der Versuchsaufbau ermöglichte also die Ausbildung eines nicht-thermischen Plasmas in der Gasphase im Bereich der Reaktorverjüngung. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen konnte der Verlauf des elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der Elektrolytkonzentration für den gewählten Versuchsaufbau modelliert werden. Das Erreichen der für die Initiierung von selbsterhaltenden Entladungen in Wasserdampf notwendigen Feldstärke von 2,6 MV/m wurde durch die Modellierung verifiziert. Modellrechnungen stehen im Einklang mit dem vorgeschlagenen Mechanismus der HF-Wasserdissoziation. Des Weiteren wurde das Anwendungspotenzial der Radikalbildung für den Abbau von Modellschadstoffen wie Perfluoroktansäure (PFOA) untersucht. Der Abbau perfluorierter Verbindungen, der bisher durch eine wenig effiziente thermische Totaloxidation erreicht werden kann, konnte mit dem Plasmaprozess erfolgreich demonstriert werden.

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