Лекции.Орг


Поиск:




Використання фотокаталітичної очистки




Гетерогенний фотокаталіз – процес, якому в результаті опромінення напівпровідника (анатазна форма ТіО2)в ньому індукуються електрони і утворюється електон-вакансія (дірка). Електрони здатні переміщуватись по поверхні оксиду і брати участь в реакціях, які є частиною каталітичного циклую У водному середовищі за участі електрон-вакантної пари відбувається утворення гідроксильних радикалів. При цьому молекула кисню є акцептором електрону. Такі гетерогенні фотокаталітичні процеси залежать як від рН середовища, так і від властивостей поверхні поділу тверде тіло-рідина.

Для підвищення ефективності фотокаталітичного процесу часто застосовують різні окисники: О3 та Н2О2 в різних варіантах.

При використанні Н2О2 фотокаталітичне окиснення органічних речовин відбувається значно швидше, при чому швидкість змінюється в ряду від мінімального до максимального:

О2 → Н2О2.→ (О2 та Н2О2).

При рівні випромінювання значно вище сонячного зростає швидкість фото каталітичної реакції пропорційно кореню квадратному від інтенсивності світла. При більш низьких рівнях випромінювання швидкість прямо пропорційна інтенсивності.

Завдяки фото каталізу ТіО2 придатний для окиснення широкого спектру органіки до СО2 і Н2О. переваги процесу:

- більшість органіки повністю мінералізується;

- швидкість реакції дуже зростає при умові забезпечення великої поверхноі розділу фаз.

Застосування ТіО2 доречно завдяки його не високій вартості і наявності на ринку асортименту.

При фото каталізі гетерогенних реакцій було встановлено, що застосування лише одного окисника, або тільки опромінення може приводити до часткової деструкції речовин і тільки при спільній дії окисника і опромінення при каталізаторі легко досягається мінералізація органіки, повна мінералізація СВ, що містять хлоровані алкани, карбоксильні кислоти, ароматичні сполуки, бромвмісні органічні речовини. Органічні речовини часто містять гетеро атоми Р або S, галогенвмісні речовини при окисненні яких утворюються фосфати, сульфати, галогеніди. Легко мінералізуються СВ, що містять Сl-фенол, Сl-бензол, хлоровані біфеніли, Сl-діоксини, алкани з довгим ланцюгом, ПАВ.

Для використання фото каталітичного глибокого окиснення створена методика визначення загального органічного вуглецю у воді.

ТіО2 застосовується при окисненні:

- водні суспензії високодисперсного ТіО2 в реакторах погружного типу, при цьому концентрація частинок суспензії - 1 г/дм3, розмір частинок 0,1-30 мм.

- ТіО2 нанесений на подложку і використовується в реакторах з нерухомим дном або псевдозрідженим шаром. Подложка: кулі, трубки з тефлону, склопластик, сітки з нього.

Фотокаталітичне окиснення в його сучасній формі є досить повільним процесом. Однак відбувається технічне впровадження в малому і середньому виробництві, надчисті води для фармацевтики і електроніки.

Термоокиснення СВ

У випадку використання цих методів органічні речовини перетворюються в СО2 і Н2О. Окиснення проводять в рідкій або парогазовій фазі. Найбільш ефективно протікає в присутності каталізатора.

Рідкофазне окиснення

Здійснюється при температурі 350 °С і тиску, що повинно підтримувати систему в рідко фазовому стані. Температура процесу не повинна бути вище 374 °С (критична для води). Залежно від температури та тривалості контакту іде повне або часткове окиснення до напівпродуктів: карбонові та дикарбонові кислоти, що доокисняються. В рідкофазному окисненні зазвичай знезаражуються СВ з виском вмістом фенолу, бензолу, циклогексану, нітроциклогексани, складні ефіри і жирні кислоти, СВ нафтопереробки, целюлозно-паперових виробництв, фармацевтики. Тиск при їх обробці 5-18 МПа, Т = 120-300 °С, рН 7-14. ХПК СВ 1000 мгО2/дм3. ХПК після очистки 200-300 мг О2/дм3. При очистці від полімерів ХПК 1400-1500 мг О2/дм3.

Каталітичне окиснення в парогазовій фазі

Для окиснення органіки в парогазовій фазі вода нагрівається, випаровується і окиснюється при 1000 °С, органічні домішки повністю згорають. Мінералізовані домішки при цьому утворюють тверді або розплавленні частинки, які виходять з робочої камери або виносяться з газами. Його застосування доцільно:

- лише для знезараження невеликої кількості СВ, що містять високотоксичні сполуки у великих концентраціях;

- вилучення розчинених цінних мінеральних речовин;

- для зниження енергетичних затрат при наявності горючих промислових відходів.

Підвищити економічну ефективність парогазового окиснення можна при використанні каталізатора. При цьому температуру окиснення можна знизити до 500-300 °С. Загальне технічне знезараження СВ в парогазовій фазі включає: випарний апарат, кубовий залишок, вміст механічних домішок і летучих речовин, які спеціально обробляються і захоронюються. Пари води разом з повітрям потрапляють в контактний апарат, що містить каталізатор. При ХПК більше 200 мгО2/дм3 від реактору відводять надлишкове тепло, а по закінченню процесу парогазова суміш охолоджується, утворює конденсат і може використовуватись у виробництві.

Електрохімічне окиснення

Електрохімічне окиснення СВ інколи є більш доцільним. В електролізері проходить декілька процесів:

- окиснення на аноді;

- електрокоагуляція;

- електрофорез колоїдних частинок;

- електрофлотація.

При електрохімічній обробці в СВ відбувається відновлення на катоді і окиснення на аноді. Катодний процес обумовлений приєднанням гідрогену Н+, або заміщення електронегативних функціональних груп органічних домішок на Н+. Анодні процеси можуть йти в 2 напрямках:

- виділення і взаємодія атомарного кисню з органікою, або взаємодія з полютантами утвореного Н2О2.

- Звичайне окиснення хемосорбованих молекул кисню з органічними забруднювачами.

Анодне окиснення органіки йде з утворенням кінцевих або проміжних продуктів. Протікання процесу залежить від:

- Матеріалу електродів;

- Густини струму;

- Концентрації речовин;

- Сольового фону.

При малій густині струму кисень, утворений на аноді, частково виділяється у вигляді молекулярного О2 і практично не бере участі в реакціях окиснення.

Найчастіше анод виготовляють з хімічно корозійностійких матеріалів: сталь, Ni, Pb, Pt, неметали: графіт, магнетит, оксиди марганцю. Часто з титану і покривають плівкою платини до 2-3 мкм. Катод також має бути корозійно стійким. Утворення Н2 і О2 - вибухонебезпечна суміш. В електрохімічних камерах, щоб не зірвалось монтують діафрагми, розділяють катодний і анодний простір.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-12-05; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 368 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Люди избавились бы от половины своих неприятностей, если бы договорились о значении слов. © Рене Декарт
==> читать все изречения...

853 - | 675 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.012 с.