Математична модель дифузійних процесів під час електроннокаталітичної переробки СО2 в органічні сполуки

Abstract

Сучасне суспільство викидає в навколишнє атмосферне повітря велику кількість різноманітних хімічних сполук, серед яких – СО2, якого викидаються мільйони тонн. Одним із напрямів його переробки є електроннокаталітична переробка СО2 в органічні сполуки. Важливою складовою цього методу є дифузійні процеси, які через нетривалий час існування частини сполук найкраще досліджувати за допомогою математичної моделі. Тому було складено і вирішено математичну модель дифузійних процесів на поверхні каталізатора при електроннокаталітичній переробці СО2. В результаті моделювання отримано залежності коефіцієнта дифузії, швидкості дрейфу частинок, загального об’ємного коефіцієнта масовіддачі, а також швидкості масовіддачі.

Modern society emits a large number of various chemical substances into the ambient air. One of these compounds is carbon dioxide. Millions of tons are thrown away every year, and this pace is not decreasing. All these problems could be solved if an efficient way to use carbon dioxide as a source of carbon in the production of fuel and chemical raw materials is found. The conversion of CO2 into value-added chemicals and energy sources is considered to be one of the four priority areas of economic development in different countries. Electrocatalytic processing of CO2 into organic compounds can be used as one of such directions of processing. A peculiarity of this method consists in the use of low-temperature plasma barrier discharge in the presence of a heterogeneous catalyst. An important component of this method is diffusion processes on the catalyst surface, which after a short period of existence of some compounds are best investigated using a mathematical model. Therefore, a mathematical model of diffusion processes on the catalyst surface during electroncatalytic CO2 processing has been compiled and solved. Analyzing each individual diffusion parameter, we have found that: - when the field strength is applied, the diffusion coefficient increases several times; - - the action of the field strength causes all the studied compounds to move in a direction along the vectors of the electromagnetic field. The greatest is the velocity of atomic oxygen and hydrogen; - the value of the total volumetric coefficient of mass transfer is not significantly affected by the superposition of tension, and the available difference is a few percent. This does not apply to hydrogen, oxygen and CO atoms; - the rate of mass transfer to atomic oxygen is higher, other compounds do not significantly increase the rate of mass transfer