Весьма перспективным способом обезвреживания токсичных органических соединений, и в первую очередь отравляющих веществ, является плазмохимичес-кий. Плазмохимические технологии включают в себя совокупность методов получения специфических, в том числе и сверхчистых,веществ с помощью химических реакций в низкотемпературной плазме. Источником потока служит плазмотрон с температурами на выходе от 2 до 7 тысяч градусов Кельвина и скоростями струи от 10 м/с до 1 км/с, причём реакции проходят в квазиравновесных условиях. Конечные результы таких реакций определяются кинетическими и термодинамическими закономерностями с учётом диффузионного турбулентного переноса и макроскопического перемешивания реагентов. В этих условиях с большими скоростями протекают гетерогенные реакции,реагенты и продукты находятся в возбуждённых состояниях, существенными становятся столкновения молекул с заряжёнными частицами. Механизмы таких реакций зависят от длин свободного пробега реагирующих частиц, давления среды, удельной мощности, вложенной в плазменный объём, состава плазмы, а также от распределения молекул по уровням энергий — электронной, колебательной и вращательной.
Несмотря на то, что плазма во многих отношениях ведёт себя как обычнычный газ и подчиняется законам газовой динамики, в ней создаются предпосылки для возникновения химических соединений, не существующих при обычных условиях. В частности, при температуре выше 2,5 тыс. град. К при давлениях близких к атмосферному наблюдается заметное количество кислорода в атомарном состоянии, имеющего высокую окислительную способность.
Установлено, что деструкция органических соединений в потоках низкотмпературной плазмы происходит посредством химических реакций окисления органических молекул главным образом с участием свободных радикалов — частиц с неспаренны-ми электронами на внешних атомных или молекулярных орбиталях [92]. Они образуются из молекул под действием интенсивных энергетических воздействий и обладают повышенной реакционной способностью. Участие «активных» частиц низкотемпературной плазмы в реакциях окисления продукта в значительной степени зависит от интенсивности мас-сопереноса в газовой фазе из объёма плазмы на межфазную поверхность контакта газа с жидкостью. Уменьшение времени пробега активных частиц достигается за счёт увеличения скорости массоперено-са, турбулизации потока и уменьшения объёма реактора. Такие требования для низкотемпературной плазмы могут быть реализованы при высоких скоростях потока с дополнительным дроблением жидкого продукта в непосредственной окрестности сопла.
Развитие плазмохимии и плазмохимической технологии способствовало созданию в 70 годах 20-го века первых опытных, а затем и опытно-промышленных установок для обезвреживания и регенерации промышленных отходов [3, 22, 83, 91]. При этом способе осуществлялось воздействие на токсический продукт струей низкотемпературной плазмы электрического разряда с целью его окисления активными окислителями — атомами и радикалами, которые присутствуют в плазме в высоких концентрациях. Наиболее перспективным рабочим телом плазмотрона для этих целей очевидно является кислород. Потенциальным достоинством использования низкотемпературной плазменной струи для детоксикации отравляющих веществ является исключительно высокая окислительная способность атомарного и возбуждённого кислорода по отношению к любым органическим соединениям.
Теоретические проработки и лабораторные исследования показали [104], что плазмохимический процесс обезвреживания токсикантов возможен в потоках кислородосодержащей плазмы с температурами ~ (4-5) тысяч градусов и скоростями ~ 10 3 м/с, истекающими в объём с отравляющим веществом. При этом необходимо предусмотреть невозможность попадания паров продукта в окружающую среду и непрерывность процесса. Предполагается, что реакции окисления будут происходить в результате переноса атомарного или возбуждённого молекулярного кислорода на границу раздела газ-жидкость.
Плазмохимический метод разработан и испытан [53] на имитаторах нервно-паралитических отравляющих веществ в научно-исследовательской лаборатории фирмы «Локхид». Испытания показали высокую надёжность и эффективность деструкции продукта.
Использование плазмотронов в технологии детоксикации отравляющихвеществ привлекает внимание возможностью получения высокотем пера-турных газовых потоков с высоким окислительным потенциалом, позволяющим в компактных устройствах добиваться полной деструкции продукта в одну стадию, минуя этап работ с реакционными массами.
Отметим, что несмотря на сравнительно большой объём исследований, выполненных к настоящему времени в области плазмохимии,не существует технологии осуществления подобных процессов в стационарных плазменных потоках.
Высокий расход электроэнергии и сложность проблем, связанных с плазменной технологией, предопределили нерентабельность данного метода для обезвреживания и регенерации промышленных отходов. Однако такое положение может существенно измениться, если обезвреживание касается химического оружия. Здесь вопросы гарантированной надёжности и безопасности являются первостепенными. В настоящее время метод плазмохимической очистки токсикантов проходит этап лабораторных исследований.