hrvatski

FOTOKATALITIČKA OKSIDACIJA HLAPLJIVIH ORGANSKIH KOMPONENATA

U radu su prikazani rezultati izučavanja fotokatalitičke razgradnje u plinskoj fazi kao potencijalne metode za uklanjanje različitih hlapljivih organskih spojeva (kao što su npr. toluen i n-heksan) iz onečišćenog zraka. Također su izučavane mogućnosti daljnjeg poboljšanja fizičko-kemijskih i katalitičkih značajki katalizatora promjenom sastava i parametara njihove pripreme. Istraživanja su provedena u različitim izvedbama protočnih anularnih fotokatalitičkih reaktora opremljenih živinom UV lampom. Mjerenja su provedena pri sobnoj temperaturi, atmosferskom tlaku te pri različitim reakcijskim uvjetima. Na unutrašnjoj stijenci vanjske cijevi anularnog reaktora nalazio se tanak sloj katalizatora pripremljen metodom vrtnje. U cilju izučavanja kinetike reakcije i predlaganja odgovarajućeg reakcijskog mehanizma fotokatalitička oksidacija modelnih komponenata provedena je pri različitim ukupnim protocima reakcijske smjese (20 – 400 cm3 min-1), različitim početnim koncentracijama toluena (0, 68 – 10, 0 g m-3) odnosno n-heksana (17, 07 – 63, 64 g m-3) te pri različitim vlažnostima reakcijske smjese (0 – 98 %). Pri tome su korišteni sljedeći katalizatori: TiO2 oznake PC105 (proizvođač: Millenium), TiO2 oznake P25 (proizvođač: Degussa), ZrTiO4 pripremljen sol-gel metodom te TiO2 P25 (proizvođača Degussa) modificiran dodatkom natrijevog silikata i cerijevog dioksida. Nađeno je da konverzija opada s porastom početne koncentracije toluena na ulazu u reaktor te je ustanovljeno da nakon dugotrajnog izlaganja katalizatora reakcijskim uvjetima dolazi do njegove deaktivacije. Do pada aktivnosti katalizatora dolazilo je uslijed kompetitivne adsorpcije reaktanata i reakcijskih međuprodukata na aktivne centre, što je potvrđeno FTIR analizom svježeg i korištenog (deaktiviranog) katalizatora. Primjenom tekućinske kromatografije potvrđeno je da do deaktivacije katalizatora dolazi zbog ireverzibilne adsorpcije benzojeve kiseline kao reakcijskog međuprodukta na površinu katalizatora. Ustanovljeno je da dodatak natrijevog silikata osnovnom katalizatoru (TiO2 P25) dovodi do povećanja aktivnosti te do sporijeg pada aktivnosti. Ispitani su i uvjeti pri kojima dolazi do djelomične regeneracije katalizatora. U cilju detaljnog opisivanja fotokatalitičke oksidacije modelnih spojeva u laboratorijskom anularnom fotokatalitičkom reaktoru predloženi su odgovarajući matematički modeli. Za tu svrhu izvedeni su jednodimenzijski (1D) i dvodimenzijski (2D) heterogeni modeli uz pretpostavku idealnog odnosno laminarnog strujanja reakcijske smjese. Za opisivanje brzine reakcije primijenjeni su mehanistički Langmuir-Hinshelwoodov model i pojednostavljeni model za reakciju pseudo-prvog reda. Kinetička analiza je provedena primjenom izmijenjene diferencijalne metode (ID algoritam), a procjena parametara modela provedena je primjenom Nelder-Meadove metode nelinearnog optimiranja. Za rješavanje paraboličnih diferencijalnih jednadžbi modela korištena je metoda linija. Posebna pozornost je posvećena izučavanju hidrodinamike u reaktoru. Postignuto je vrlo dobro slaganje eksperimentalnih rezultata i vrijednosti dobivenih pomoću predloženih modela. Nađeno je da se predloženi modeli mogu pouzdano koristiti za opisivanje rada anularnog fotoreaktora korištenog u promatranom sustavu.

anularni fotokatalitički reaktor; modeliranje reaktora; razgradnja toluena; TiO2

nije evidentirano