фотокаталитичекий метод очистки газов
Скачать 193.51 Kb.
|
| ФОТОКАТАЛИЗ В химии, под фотокатализом понимают ускорение фотохимических реакций в присутствии катализатора. При фотогенерируемом катализе фотокаталитическая активность зависит от способности катализатора создавать пары электрон-дырка, которые генерируют свободные радикалы, способные вступать во вторичные реакции. Понимание механизма стало возможным после открытия электролиза воды на катализаторе из диоксида титана [1]. На современном этапе развития науки фотокатализ определяют как «изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических превращениях участников реакции, многократно вступая с ними в промежуточные взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий». Источник: Пармон В.Н. Фотокатализ: Вопросы терминологии // Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии / Ред. К.И. Замараев, В.Н. Пармон. Новосибирск: Наука, 1991. С. 7-17. ^ Происхождение названия Фото... (от греч. phōs, род. п. phōtós — свет), часть сложных слов: 1) соответствующая по значению слову «фотографический» (например, фотовитрина); Катализ (от греч. katálysis - разрушение), изменение скорости химических реакций в присутствии веществ (катализаторов), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав. Реакции с участием катализаторов называются каталитическими. Катализаторы, вещества, изменяющие скорость химических реакций посредством многократного промежуточного химического взаимодействия с участниками реакций и не входящие в состав конечных продуктов. ^ Эффект фотокатализа - минерализации газообразных загрязнений на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения - открыт еще в 20-е годы прошлого века. Но активные исследования по данной теме проводятся в течение последних 10-15 лет. Метод очистки воздуха методом фотокатализа – один из наиболее современных и эффективных методов. На многих конференциях, посвященных методу фотокаталитической очистки, приводились примеры его опытно-промышленного применения для очистки воздуха: на заводе по производству взрывчатых веществ, в цехах предприятий микроэлектроники, в салонах самолетов фирмы «Боинг», в жилых ородских помещениях, в больницах для подавления патогенной микрофлоры в воздухе, при лечении аллергических заболеваний и астмы, в фармацевтических производствах. В России же этой темой стал заниматься в 1995 году профессор НГУ, доктор химических наук Евгений Николаевич Савинов. Работая над фундаментальными проблемами солнечной энергетики и природного фотокатализа он даже и предположить, не мог, что в самом скором времени разработки эти потребуются... его собственной дочери. Дело в том, что весной того 1995 года обнаружилось, что из-за цветущих вокруг дома берез девочка практически не могла дышать. Какие только фильтры не испробовал тогда Савинов для уничтожения березовой пыльцы! Даже привезенный из Америки известный НЕРА. Но - все было напрасно. Не помогали фильтры. Ни наши, ни зарубежные... И тогда Савинов изготовил устройство, которое уничтожало всю летучую органику на молекулярном уровне. Хотя аппарат был шумным и громоздким, но цель была достигнута: девочка перестала кашлять, смогла спокойно спать. Диоксид титана TiO2, тоннами использующийся в титановых белилах- просто уникальный материал, обладающий удивительными физическими и химическими характеристиками, которые до конца не исследованы до сих пор. Наиболее интересными с точки зрения практического применения диоксида титана являются его сенсорные и каталитические свойства. Так, на поверхности TiO2 могут быть окислены до CO2 и H2O практически любые органические соединения, поэтому создание на основе диоксида титана фотокатализаторов для очистки воды и воздуха от токсичных органических веществ - важнейшая и весьма реальная прикладная задача чем и воспользовались современные ученые. Фотокаталитические системы очистки воздуха стали находить коммерческое применение с 1994 года сначала на специальных производствах - уничтожение следов нитроглицерина в цехах по производству взрывчатых веществ, штат Флорида, США, - уничтожение этилена в хранилищах фруктов и овощей и, наконец, в офисных и бытовых помещениях. В процессах очистки воздуха от органических примесей в качестве фотокатализатора используется исключительно ТiО2. ТiО2 — полупроводниковое соединение. Согласно современным представлениям, в таких соединениях при поглощении кванта света с 390 нм свободные электроны и вакансии (дырки) разделяются и выходят на поверхность наночастиц катализатора. ^ Этот метод очистки так и называется – ФТО – Фото Каталитическая Очистка. Сущность метода состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения диапозона А (с длиной волны более 300 нм). Реакция протекает при комнатной температуре и при этом токсичные примеси не накапливаются на фильтре, а разрушаются до безвредных компонентов воздуха, до двуокиси углерода, воды и азота. Любой фотокаталитический очиститель воздуха включает в себя пористый носитель с нанесенным ТiО2- фотокатализатором, который облучается светом и через который продувается воздух. Как мы с вами видим фотокаталитический очиститель - это некое полое тело из пористого носителя на стенки которого нанесен диоксид титана -TiO2, который является и является катализатором. Практически во всех ФКО используются газоразрядные лампы низкого давления с излучением в УФ-А диапазоне (320 нм – 400 нм), которые встраиваются внутри вдоль полого тела прямо посередине. По авторитетному мнению специалистов заменить ртуть в газоразрядных лампах на какое-либо другое вещество, поскольку пары ртути чрезвычайно ядовиты, на сегодняшний день, пока не удается - интенсивность излучения при такой замене резко падает, и о серьезных успехах на этом пути пока говорить не приходится. Воздух с загрязняющими веществами проходя через ФТО подвергается окислению на поверхности катализатора под воздействием ультрафиолетового излучения. Существует способ увеличить эффективность метода - сверху на катализатор одевается "чулок" из материала содержащего активированный уголь. ^ Вещества, входящие в состав загрязненного воздуха проходя в воздушном потоке через ФТО окисляются на поверхности катализатора (TiO2) под действием ультрафиолетового излучения. При этом токсичные примеси разрушаются до безвредных компонентов воздуха до Н2О - вода, СО2-двуокись углерода, N-азот. ^ Фотокаталитическая очистка воздуха от различных органических веществ может применяться в следующих областях: объектов массового скопления людей; пищевые предприятия, птицеводческие и животноводческие комплексы. офисные и бытовые помещения. ФТО хорошо справляется с - любыми органическими загрязнителями формальдегидом, угарным газом, - окислами азота. Убивает -бактерии, вирусы. ^ Значимое ограничение, на мой взгляд, для этого метода - невозможность применять его там, где очень влажная среда, аэрозоли, пыль, сероводород, аммиак, меркаптаны и высокая концентрация загрязнений. Поверхность оксида титана несмачиваема, поэтому во влажной среде скопившаяся влага внутри ФТО не сможет быстро испаряться под температурой УФ ламп и отсюда может уменьшиться рабочий потенциал ФТО. К тому же малейшее загрязнение УФ ламп значительно снижает эффективность прибора. ^ этого метода очистки в том, что -вредные вещества (только для газов!) не накапливаются на какой-либо поверхности; -вредные вещества, запахи разрушаются на молекулярном уровне до безвредных; -широкий спектр применения; температурный режим - комнатный и ниже до минус 18 С° -можно использовать обычную электросеть на 220В. ^ применение УФ ламп с ртутным наполнителем; - замена УФ ламп через каждые 7-8 месяцев как минимум; энергозатраты – на 600м3/час – 300Вт; необходимость в утилизации, демеркуризации УФ ламп; - использование человеческих ресурсов на проведение мероприятий по утилизации и замене ФТО и УФ ламп; срок годности ФТО для постоянной очистки 600м3/час через 2 года; использование ртути особенно значимо для очистки притока) огромные габариты для ФТО на 600м3/час 380*380*3000(!) мм. высокая чуствительность к сопутствующим загрязнениям (пыль, аэрозоли, дым, волокна, влага, маслянистые и полимеризующиеся пары,...) По авторитетному мнению специалистов заменить ртуть в газоразрядных лампах на какое-либо другое вещество, поскольку пары ртути чрезвычайно ядовиты, на сегодняшний день, пока не удается - интенсивность излучения при такой замене резко падает, и о серьезных успехах на этом пути пока говорить не приходится Выводы: Фотокаталитический метод очень хорош для: комплексной очистки от загрязняющих газообразных веществ для непромышленного применения; - малых концентраций загрязнений; возможность работы только для очистки воздуха в помещении, но не с промышленными концентрациями; все вредные и патогенные вещества уничтожаются, а не накапливаются; использование для процесса очистки УФ ламп (с ртутным наполнителем), если мы заботимся о здоровье людей, я бы подумал о его полезности… |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Зпр в условиях определенности, когда альтернатива всегда приводит к какому-нибудь конкретному исходу | | Инструкция является руководством по установке скважинного фильтра (далее фильтра) предназначенного для очистки жидкостей и газов... |
| Станции очистки бытовых сточных вод на базе септиков "бриз-1сэ" и "бриз-2сэ" предназначены для биологической очистки сточных вод... | | О типа отечественной и импортной поставки для хранения сжиженных газов при температуре до минус 105оС. Положения настоящей инструкции... |
| ... | | Метод прямого счета, аналитический метод и метод совмещенного расчета |
| В современной экологии весьма актуальна проблема очистки сточных вод. Один из путей её решения – применение системы методов очистки... | | Атмосфера — газообразная оболочка Земли. Состоит из смеси газов (воздуха), водяного пара и примесей. Воздух у подстилающей поверхности... |
| Методы мчп: коллизионный метод, метод материальной унификации, метод прямого внутринационального регулирования | | ... |