Fotokatalytická oxidácia
Princíp
Fotokatalytická oxidácia je kombinácia polovodičového katalyzátora (väčšinou filter pokrytý oxidom titaničitým TiO2) s UV žiarením. Výsledkom je vznik hydroxylových OH· radikálov (alebo aj peroxylových HO2·a superoxidových O2·), ktoré odbúravajú prchavé organické látky. Použitie katalyzátora umožňuje rozklad znečisťujúcich látok pri izbovej teplote (US EPA, 2006). Tieto vysoko reaktívne radikály reagujú s každou organickou látkou vo vzduchu rádovo rýchlejšie ako bežné oxidanty (ako ozón alebo peroxid vodíka). Proces prebieha podobne ako pri fotolytickej oxidácii, ale intenzívnejšie. Znečisťujúce látky sa rozkladajú na oxid uhličitý a vodu.
Použiteľnosť
Fotokatalytická oxidácia je vhodná na celkovú redukciu obsahu prchavých organických látok zo znečisteného vzduchu (Stevens et al., 1998). Metóda je efektívna pri oxidácii organických a anorganických zlúčenín v podmienkach miernej teploty a mierneho tlaku, a to pri širokom rozpätí koncentrácie, prípadne pri zanedbateľnej koncentrácii znečisťujúcich látok (Palmisano et al., 2007). Fotokatalytická oxidácia sa používa podstatne častejšie ako fotolytická oxidácia. Metóda je vhodná na odstraňovanie alifatických, aromatických a halogénovaných uhľovodíkov, alkoholov, ketónov, zapáchajúcich látok, nitroglycerínu a pod. (US EPA, 2006).
Základná charakteristika
Na fotokatalytickú oxidáciu existuje viacero typov zariadení. Zariadenia bežne pozostávajú z prívodného potrubia, ktorým sa odpadový plyn privádza do dvoch sériovo zapojených reaktorov, so stupňom na odstraňovanie kvapôčok vody a absorbéra na vypieranie kyslých zložiek (US EPA, 2006). Na odstraňovanie vody a prachu sa môže použiť aj cyklón a filter. Ako katalyzátor sa môžu použiť voľne nasypané guľôčky z oxidu titaničitého TiO2 alebo nanesené na sklenej tkanine, ktoré sa ožarujú UV žiarením. Reaktory môžu mať rôznu konštrukciu. Príklad reaktora je na obr. 4.3.13.
Obr. 4.3.13. Schéma reaktora fotokatalytickej oxidácie (podľa Koutského a Malechu, 2006).
Vysvetlivky: 1 – znečistený plyn, 2 – katalyzátorová patróna, 3 – UV lampa, 4 – kremenný kryt, 5 – UV žiarenie, 6 – vyčistený plyn.
Vnútri reaktora je valcový zdroj UV žiarenia, okolo ktorého je kremenný kryt. Do medzikružia medzi krytom a tkanou katalizátorovou patrónou vedie prívod plynu, ktorý po ožiarení UV lúčmi pri prechode tkaninou do vonkajšieho medzikružia prichádza do kontaktu s katalyzátorom (TiO2). Odtiaľ sa odvádza do systému. Ako zdroj UV žiarenia sa môže použiť napr. ortuťová lampa. Fotokatalytickú oxidáciu je možné doplniť pridávaním oxidantov O2, O3 a peroxidu vodíka.
Výhody a limitácie
Výhody fotokatalytickej oxidácie sú podobné ako pri katalytickej oxidácii. Fotokatalytická oxidácia má však vyššiu účinnosť. Výhodou je aj modulárny systém a najúčinnejšia je najmä pri nižšej koncentrácii znečisťujúcich látok (1 000 ppm alebo menej).
Pred použitím fotokatalytickej oxidácie je potrebné zvážiť technické záležitosti ako napr. tvorbu produktov nedokonalej oxidácie, inhibíciu reakčnej rýchlosti vplyvom vlhkosti, prenos hmoty vplyvom rýchleho prúdenia, deaktiváciu katalyzátora alebo anorganické znečistenie (prach, zemina) (Jacoby, 2009). Vplyv vody závisí od jej obsahu v odpadovom plyne a od typu látky, ktorá sa má oxidovať. Voda môže mať napríklad inhibičný vplyv na degradáciu xylénu a minimálny vplyv na oxidáciu 1-butanolu a butyraldehydu. Pri spracovaní halogénovaných uhľovodíkov je potrebné vypierať halogenovodíky. Nadmerné použitie prídavných chemických oxidantov môže spôsobiť likvidáciu radikálov.
Trvanie čistenia a účinnosť
Účinnosť môže dosahovať 90 až 99 % (Turchi a Wolfrum, 1994). Náklady na túto technológiu závisia od mnohých podmienok a môžu byť značné premenlivé. Napríklad podľa práce Turchiho a Wolfruma (1994) sa investičné náklady pohybujú zhruba od 6 do 133 € na m3 . hod–1. Prevádzkové náklady dosahujú výšku približne od 4 do 72 € na m3 . hod–1.
© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová
Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,
ISBN 978-80-89343-39-3