Ever increasing the world population and their daily wastes, and the environmental consequences have geared up for the recent attention to the combustion/incineration and environmental chemistries of fossil fuels, addivives, refrigerants, man made fabrics, and plastics.
Among these chemistries, the present study is designed within the frame-work of reaction dynamics during the combustion/incineration of two prototype reactions, These are : i) the cluster formation and intracluster ion-molecule reactions of a simplest hydrocarbon, I.e., methane, in combustion system; and ii)the oxidative mechanisms of partially halogenated olefins, i.e., a basic unit of polymers, in incineration system.
Intracluster Ion-Molecule Reactions of Methane Homocluster : The ion-molecule reactions within ionized methane clusters are investigated utilizing an electron-impact mass spectrometry. A number of ionic reaction products are observed and interpreted as series of cluster ions of the form $(CH_4)_n\codt X^+$ where $X=CH_4,CH_5,C_2H_2,C_2H_3,C_2H_4,C_2H_5,C_2H_6$ and $C_2H_7$, and n≥0. These cluster series, except for $X=C_2H_7$ and $C_2H_6$, are interpreted in terms of known bimolecular ionic reactions as both electron impact energy and pressure dependencies. The two cluster ions with $X=C_2H_7$ and $C_2H_6$ demonstrate cluster reactions occurring easily in a solvated environment. Meanwhile, the $C_3H_3^+$ and $C_3H_5^+$ ions show evidence of consecutive ionic reactions. Possible reaction paths are discussed and compared with previous works using photoionization of methane clusters and high pressure mass spectrometry.
Reactions of Ground State Oxygen Atoms with CFCl=CXY (X,Y=H, F, Cl): Effect of Steric Hindrance and Direct Cleavage of Double Bond : The reactions of $O(^3P)$ with CFCl=CXY (X, Y = H, F, Cl) have been studied via chemiluminescence image technique under discharge flow conditions. The concentration profile of the $O(^3P)$ atom during reaction has been monitored using $NO_2$ chemiluminescence imaging from the entire reaction zone by a charge-coupled device camera. The observed rate coefficients of $O(^3P)$ with $CH_2=CH_2, CFCl=CF_2, CFCl=CH_2, CFCl=CFCl, CFCl=CHCl$, and $CFCl=CCl_2$ at room temperature are (7.38±0.22), (5.04±0.14), (4.43±0.10), (2.67±0.07), (1.57±0.02), and $(1.36±0.02)\times10^{-13}cm^3molecule^{-1}s^{-1}$, respectively. The reaction behaviors have been interpreted in terms of steric hindrance of chlorine atom and change of reaction mechanism to a direct C=C bond cleavage by fluorine atoms.
인구의 증가와 더불어 배출되는 오염물질의 양도 늘어 이에 따르는 환경오염에 관심이 고조되고 있다. 이러한 오염에는 연소나 소각에 따른 문제, 화석연료나 각종 첨가제의 연소와 냉매의 배출, 합성 섬유와 수지 등의 소각에 의한 것들이 있다.
이들 중, 본 연구에서는 연소/소각과 관련된 두 반응계의 반응역학에 관하여 보고자 한다. 이 두 반응계는 i) 연소와 관련된 탄화수소중 가장 간단한 화합물인 메탄의 분자군 형성과 분자군내 반응과 ii) 합성수지의 소각과 관련하여 관심이 큰 부분적으로 할로겐화 된 올레핀들의 산화 반응 메카니즘에 대한 것이다.
메탄 동종분자군에서의 분자군내 이온-분자간 반응 : 메탄 동종 분자군내에서 일어나는 이온-분자간 반응들을 전자충돌법 질량분석기를 이용하여 실험하였다. 많은 생성물들이 관측되었으며, 이는 $(CH_4)_n·X^+$ 형태의 분자군 이온들로 해석된다 ($X=CH_4,CH_5, C_2H_2,C_2H_3,C_2H_4,C_2H_5,C_2H_6$ 와 $C_2H_7$, 이고 and n≥0). X가 $C_2H_7$와 $C_2H_6$ 인 경우를 제외하고 분자군들은 전자 충돌 에너지와 압력에 따른 두 분자 간의 반응들로써 해석된다. X 가 $C_2H_7$ 와 $C_2H_6$ 인 분자군 이온들은 용매로 둘러싸인 환경에서 반응을 잘 일으키는 것으로 관측되었다. 한편 $C_3 H_3^+$와 $C_3 H_5^+$ 이온은 연속적인 반응이 일어남을 보여 주고 있다. 가능한 반응 경로에 대해서 앞서의 연구들과 비교하였다.
바닥 상태의 산소원자와 부분 할로겐화된 CFCl=CXY (X,Y=H, F, Cl)과의 반응 : $O(^3P)$과 CFCl=CXY (X, Y = H, F, Cl)간의 반응을 discharge flow 조건에서 화학발광 영상법을 이용하여 연구하였다. 반응이 일어남에 따른 $O(^3P)$ 원자의 농도 변화는 CCD 사진기를 이용하여 반응이 일어나는 전 구간에서의 $NO_2$ 의 화학발광을 관측함으로써 측정하였다. 실온에서 $O(^3P)$와 $CH_2=CH_2, CFCl=CF_2, CFCl=CH_2, CFCl=CFCl, CFCl=CHCl,$ 그리고 $CFCl=CCl_2$ 사이에서 일어나는 반응의 속도 상수는 각각 (7.38±0.22), (5.04±0.14), (4.43±0.10), (2.67±0.07), (1.57±0.02), 그리고 $(1.36±0.02)\times10^{-13}cm^3molecule^{-1}s^{-1}$으로 관측되었다. 반응의 경향성을 염소 원자에 의한 steric hindrance와 불소 원자에 의한 반응 경로의 변화로 설명하였다.