An investigation of plasma formation in electromechanically-driven free bubbles at resonance in water with applications for the treatment of contaminated water

机电驱动的自由气泡在水中共振时等离子体形成的研究及其在污染水处理中的应用

基本信息

项目摘要

1033141FosterABSTRACTIntellectual Merit: The research looks into the volumetric treatment of liquids using plasma discharge within gas bubbles dispersed in the liquid. It is a very basic experimental approach, driven by developed theory of bubble dynamics and backed by some interesting preliminary observations. The study will be of a fundamental nature, but is also strongly motivated by the application of water purification, and the development of a small system that can be used in the field. A range of interesting experiments are planned, using a high speed camera and a time-resolvable optical emission spectrometer. If successful, the research will provide new insights into this emerging area of non-equilibrium plasmas and could also contribute to the development of an application of great societal importance. The research effort is novel, well thought out and has broad impacts to both the physical understanding of the phenomenon as well as to the benefit of society, specifically with regard to water purification in underdeveloped countries.Broader Impact: This research enables a method for in-volume plasma injection into essentially any liquid system. This effort is expected to greatly expand our knowledge of the physics of plasma-in-bubble discharges, forming new guideposts for further research and leading to a means for implementation in practical plasma-chemical reactors. The diffusion of discharge byproducts such as ozone, radicals, electrons, atomic oxygen, and UV emission into the water can drive chemical reactions. Such discharges in liquid systems can open new frontiers in chemical processing, where the plasma supplies the driving energy. Since the discharge products are strongly antiseptic, initiation of a plasma discharge in water automatically disinfects water and opens the possibility of plasma-based, point-of use water treatment for application in underdeveloped countries where water-borne diseases account for 80% of childhood deaths. Further, as part of the proposed research several plasma demonstration and simple hands on laboratory systems will be built for use in outreach programs. The panel was impressed both by the outreach and educational activities as well as the potential applications of this fundamental research in water treatment.
1033141福斯特摘要智力优点:该研究着眼于使用等离子体放电内的气泡分散在液体中的液体的体积处理。这是一种非常基本的实验方法,由发达的气泡动力学理论驱动,并得到一些有趣的初步观察的支持。这项研究将是一个基本的性质,但也强烈的动机是水净化的应用,并开发一个小型系统,可以在该领域使用。一系列有趣的实验计划,使用高速摄像机和时间分辨光学发射光谱仪。如果成功,这项研究将为非平衡等离子体这一新兴领域提供新的见解,也可能有助于开发具有重大社会意义的应用。这项研究工作是新颖的,经过深思熟虑的,对物理现象的理解以及社会利益都有广泛的影响,特别是在不发达国家的水净化方面。更广泛的影响:这项研究使一种方法能够将等离子体注入任何液体系统。预计这一努力将大大扩大我们的知识等离子体气泡放电的物理,形成新的路标进一步研究,并导致在实际的等离子体化学反应器的实施手段。诸如臭氧、自由基、电子、原子氧和UV发射的放电副产物扩散到水中可以驱动化学反应。液体系统中的这种放电可以在化学处理中开辟新的领域,其中等离子体提供驱动能量。由于放电产品具有很强的防腐性,在水中启动等离子体放电可以自动消毒水,并为基于等离子体的使用点水处理在不发达国家的应用提供了可能性,在这些国家,水传播疾病占儿童死亡的80%。此外,作为拟议研究的一部分,将建立几个等离子体演示和简单的实验室系统,用于推广计划。小组对推广和教育活动以及这项基础研究在水处理方面的潜在应用印象深刻。

项目成果

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