Physicochemical activation of distilled water by a jet of microwave plasma argon in an atmosphere of water vapor

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A method for activating water by plasma of an electrodeless torch discharge in a microwave electromagnetic field in argon in an environment of water vapor, at atmospheric pressure, to obtain a pure solution of hydrogen peroxide H2O2 without impurities in distilled water is proposed. It is shown that the main mechanism for the formation of atomic hydrogen H• and hydroxyl HO• radicals in the water decomposition is photolysis under the influence of excimer vacuum ultraviolet radiation of argon plasma. Hydrated electrons can be an additional source of radicals in liquid water when the plasma torch comes into contact with the water surface. Today plasma technologies are widely used to produce activated water containing hydrogen peroxide, to solve environmental problems, to increase productivity in agriculture, and for medical use.

About the authors

K. F. Sergeichev

Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: k-sergeichev@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

N. A. Lukina

Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Email: k-sergeichev@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Asimov I. A Short history of chemistry. Heinemann, London, 1972
  2. Bruggeman P.J., Kushner M.J., Locke B.R., Gardeniers J.G. E., Graham W.G., Graves D.B., Hofman-Caris R.C. H.M., Maric D., Reid J.P., Ceriani E, Fernandez Rivas D., Foster J.E., Garrick S.C., Gorbanev Y., Hamaguchi S., Iza F., Jablonowski H., Klimova E., Kolb J., Krcma F., Lukes P., Machala Z., Marinov I., Mariotti D., Mededovic Thagard S., Minakata D., Neyts E.C., Pawlat J., Petrovic Z.Lj., Pflieger R., Reuter S., Schram D.C., Schröter S., Shiraiwa M., Tarabová B., Tsai P.A. , Verlet J.R . R., von Woedtke T., Wilson K.R., Yasui K. and Zvereva G. // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. 25 053002 (59 pp). doi: 10.1088/0963-0252/25/5/053002
  3. Bansode A.S., More S.E., Siddiqui E.A., Satpute S., Ahmad A., Bhoraskar S.V., Mathe V.L. // Chemosphere. 2017. 167. P. 396–405. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.089
  4. Marinova P., Benova E., Topalova Y., Todorova Y., Bogdanov T., Zhekova M., Yotinov I., Krcma F. // Effects of Surface-Wave-Sustained Argon Plasma Torch Interaction with Liquids. Processes. 2023. V. 11. P. 3313. https://doi.org/10.3390/pr11123313
  5. López M., Calvo T., Prieto M., Múgica-Vidal R., Muro-Fraguas I. , Alba-Elías F., Alvarez-Ordóñez A. // Front. Microbiol. 2019. Sec. Food Microbiology V. 10. Doi.org/10.3389/fmicb.2019.00622
  6. Андреев С.Н., Апашева Л.М., Ашуров М.Х., Лукина Н.А., Сапаев Б., Сапаев И.Б., Сергейчев К.Ф., Щербаков И.А. // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486. № 3. С. 297.
  7. Сергейчев К.Ф., Лукина Н.А., Апашева Л.М., Овчаренко Е.Н., Лобанов А.В. // Химическая физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 60. doi: 10.1134/S1990793122010134
  8. Toyokuni S., Ikehara Y., Kikkawa F., Hori M. Plasma Medical Science. Academic Press, 2018. P. 458.
  9. Kong M.G., Morfill G., Stolz W., Plasma Medicine / Еd. Laroussi M. Cambridge University Press, Cambridge, 2012.
  10. Puschner G. Heating with microwaves. Fundamentals, components and circuit technique, 1966.
  11. Сергейчев К.Ф., Лукина Н.А., Арутюнян Н.Р. // Физика плазмы. 2019. T. 45. № 6. С. 513. doi: 10.1134/S036729211906009X
  12. Moisan M., Nowakowska H. // Plasma Sources Sci. and Techn. 2018. V. 27. № 7. doi: 10.1088/1361-6595/aac528
  13. Сергейчев К.Ф., Минаев И.М. Плазменные антенны на поверхностных электромагнитных волнах // Труды Института общей физики им. А.М. Прохорова. 2014. Т. 70. С. 143.
  14. Сергейчев К.Ф., Лукина Н.А., Андреев С.Н., Апашева Л.М., Савранский В.В., Лобанов А.В. Патент РФ 2019. RU 2 702 594 C1.
  15. Sergeichev K.F., Lukina N.A., Sarimov R.M., Smirnov I.G., Simakin A.V., Dorokhov A.S., Gudkov S.V. // Front. Phys., 2021. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.614684
  16. Сергейчев К.Ф., Хаваев В.Б., Лукина Н.А. Патент РФ № RU 2761437 C1.
  17. Tikhonov V.N., Aleshin S.N., Ivanov I.A., Tikhonov A.V. // J. of Physics. Conf. Series. 2017. 927 012067. doi: 10.1088/1742-6596/927/1/
  18. Belovolova L.V., Glushkov M.V., Vinogradov E.A., Babintsev V.A., Golovanov V.I. // Phys. of Wave Phenom. 2009. V. 17. № 1. Р. 21.
  19. Плазма в лазерах / под ред. Дж. Бекефи. М.: Энергоиздат, 1982. 411 с.
  20. https://en.wikipedia.org/wiki/Saha_ionization_equation
  21. Колесников В.Н. Дуговой разряд в инертных газах. // Труды ФИАН. 1964. Т. 30. С. 66.
  22. Справочник химика. 21. Химия и химическая технология. Параграф 29, 29. С. 173. Рис. V, 3.
  23. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Физические процессы в газовых лазерах.М.: Энергоатомиздат, 1985. 152 с.
  24. Lissovski A.A., Treshchalov A.B. // Proc. SPIE 6263, Atomic and Molecular Pulsed Lasers VI, 626 30H 2006; https://doi.org/10.1117/12.677401
  25. Baricholo P., Hlatywayo D.J., Von Bergmann H.M., Stehmann T., Rohwer E., Collier M. // S. Afr. J. Sci. 2011. V. 107 (11/12). Art. #581. P. 7. Doi.org/10.4102/sajs. v107i11/12.581
  26. Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения. Томск: STT, 2011. 512 с.
  27. Зверева Г.Н. Исследование разложения воды вакуумным ультрафиолетовым излучением // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 108. № 6. С. 787.
  28. Беловолова Л.В. // Оптика и спектроскопия. 2020. T. 128. № 7. С. 923. doi: 10.21883/OS.2020.07.49565.64-20
  29. Разумовский С.Д., Гриневич Т.В., Коровина Г.В. Химическая физика. 2011. Т. 30. № 10.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences