Адсорбционно каталитический фильтр: Фильтр адсорбционно-каталитический АК-XL, купить на официальном сайте tion.ru

Содержание

Фильтр адсорбционно-каталитический АК

Адсорбционно-каталитический фильтр АК снижает концентрацию множества вредных газов и промышленных выбросов до безопасного уровня. Эффективность очистки на первой скорости больше 90%, на четвертой – больше 75%. Фильтр нельзя чистить водой или пылесосом. Рекомендуемый срок использования — 1 год, в зависимости от условий эксплуатации.

Основа фильтра — активированный уголь. Это одна из форм углерода. Такая же, как, например, графит или алмаз. Активированный уголь фактически не содержит примесей (по массе уголь до 97% состоит из углерода).

В структуре угля имеются как кристаллиты графита, так и аморфный углерод. Такая неоднородная структура обеспечивает высокую пористость: 1 грамм активированного угля может иметь поверхность площадью от 500 до 1500 квадратных метров.

Между молекулами загрязнителей и поверхностью угольного фильтра возникают силы межмолекулярного взаимодействия (так называемые силы Ван-дер-Ваальса). Благодаря им молекулы газов и летучих соединений притягиваются к сорбенту. Но этого недостаточно для их прочного удерживания.

Удерживание загрязнителей на сорбенте происходит благодаря хемосорбции. Когда между молекулами загрязнителей и сорбента происходит химическая реакция. В нашем фильтре АК содержатся специально подобранные катализаторы, которые ускоряют эти реакции. В результате молекулы вредных газов и летучих соединений образуют новое соединение с активированным углем и навсегда остаются на фильтре.

Хемосорбция необратима. Когда вся поверхность сорбента покроется «коркой» из вредных соединений, его нельзя будет почистить — останется только заменить угольный фильтр на новый. Частота замены АК фильтра зависит от того, насколько грязный воздух попадает на сорбент. Рекомендуемая частота замены — 1 раз в год. В случаях сильной загазованности уличного воздуха советуем установить в бризер фильтр АК-XXL с увеличенной емкостью.

Эффективность фильтра АК зависит от режима работы бризера Tion O2: чем медленнее воздух проходит через фильтр, тем лучше работает фильтр. Эффективность АК фильтра на первой скорости (30 м3/ч) — выше 90%, на четвертой (120 м3/ч) — выше 75% (испытания по толуолу). Эффективность фильтра с увеличенной емкостью АК-XXL при 30 м3/ч — 99,9%, на четвертой скорости — выше 90% (испытания по толуолу).

Эффективность: > 90%

Размер улавливаемых загрязнителей: < 0,015 мкм

Тип улавливаемых загрязнителей: газы и запахи

Материал: сорбент 1 см

Цвет: черный

Вес: 0,318 кг

Емкость: до 5000 мг

Концентрации на входе в фильтр: до 5 ПДКс

Частота замены: 1 раз в год

Очистка фильтра: не допускается

Адсорбционно-каталитический фильтр АК-XL — Приточные очистители воздуха

Политика конфиденциальности и защиты информации

Оставляя данные на сайте, Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности и защиты информации.

Защита данных
Администрация сайта pro-climate.ru (далее cайт) не может передать или раскрыть информацию, предоставленную пользователем (далее Пользователь) при регистрации и использовании функций сайта третьим лицам, кроме случаев, описанных законодательством страны, на территории которой пользователь ведет свою деятельность.

Получение персональной информации
Для коммуникации на сайте пользователь обязан внести некоторую персональную информацию. Для проверки предоставленных данных, сайт оставляет за собой право потребовать доказательства идентичности в онлайн или офлайн режимах.

Использование персональной информации
Сайт использует личную информацию Пользователя для обслуживания и для улучшения качества предоставляемых услуг. Часть персональной информации может быть предоставлена банку или платежной системе, в случае, если предоставление этой информации обусловлено процедурой перевода средств платежной системе, услугами которой Пользователь желает воспользоваться. Сайт прилагает все усилия для сбережения в сохранности личных данных Пользователя. Личная информация может быть раскрыта в случаях, описанных законодательством, либо когда администрация сочтет подобные действия необходимыми для соблюдения юридической процедуры, судебного распоряжения или легального процесса необходимого для работы Пользователя с Сайтом. В других случаях, ни при каких условиях, информация, которую Пользователь передает Сайту, не будет раскрыта третьим лицам.

Коммуникация После того, как Пользователь оставил данные, он получает сообщение, подтверждающее его успешную регистрацию. Пользователь имеет право в любой момент прекратить получение информационных бюллетеней воспользовавшись соответствующим сервисом в Сайте.

Безопасность
Сайт обеспечивает безопасность учетной записи Пользователя от несанкционированного доступа.

Уведомления об изменениях
Сайт оставляет за собой право вносить изменения в Политику конфиденциальности без дополнительных уведомлений. Нововведения вступают в силу с момента их опубликования. Пользователи могут отслеживать изменения в Политике конфиденциальности самостоятельно.

Адсорбционно-каталитический фильтр для бризера Tion O2

АДСОРБЦИОННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР АК БРИЗЕРА ТИОН О2 ОЧИЩАЕТ ВОЗДУХ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ ОТ ДЫМА, ВРЕДНЫХ ГАЗОВ И ЛЕТУЧИХ СОЕДИНЕНИ

Адсорбционно-каталитический фильтр АК снижает концентрацию множества вредных газов и промышленных выбросов до безопасного уровня. Эффективность очистки на первой скорости больше 90%, на четвертой – больше 75%. Рекомендуемый срок использования — 1 год, в зависимости от условий эксплуатации.

Характеристики:

Эффективность: > 90%

Размер улавливаемых загрязнителей: < 0,015 мкм
Тип улавливаемых загрязнителей: газы и запахи
Материал: сорбционная губка
Цвет: черный
Вес: 0,318 кг
Емкость: до 5000 мг
Концентрации на входе в фильтр: до 5 ПДКсc
Частота замены: 1 раз в год

ВАЖНО!! Фильтр нельзя чистить водой или пылесосом.

6 ФАКТОВ ПРО УГОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР АК ДЛЯ БРИЗЕРА

Между молекулами загрязнителей и поверхностью угольного фильтра возникают силы межмолекулярного взаимодействия (так называемые силы Ван-дер-Ваальса). Благодаря им молекулы газов и летучих соединений притягиваются к сорбенту. Но этого недостаточно для их прочного удерживания.
Удерживание загрязнителей на сорбенте происходит благодаря хемосорбции. Когда между молекулами загрязнителей и сорбента происходит химическая реакция. В нашем фильтре АК содержатся специально подобранные катализаторы, которые ускоряют эти реакции. В результате молекулы вредных газов и летучих соединений образуют новое соединение с активированным углем и навсегда остаются на фильтре.
Хемосорбция необратима. Когда вся поверхность сорбента покроется «коркой» из вредных соединений, его нельзя будет почистить — останется только заменить угольный фильтр на новый. Частота замены АК фильтра зависит от того, насколько грязный воздух попадает на сорбент. Рекомендуемая частота замены — 1 раз в год. В случаях сильной загазованности уличного воздуха советуем установить в бризер фильтр АК-XXL с увеличенной емкостью.
Эффективность фильтра АК зависит от режима работы бризера Tion O2: чем медленнее воздух проходит через фильтр, тем лучше работает фильтр. Эффективность АК фильтра на первой скорости (30 м3/ч) — выше 90%, на четвертой (120 м3/ч) — выше 75% (испытания по толуолу). Эффективность фильтра с увеличенной емкостью АК-XXL при 30 м3/ч — 99,9%, на четвертой скорости — выше 90% (испытания по толуолу).
Хемосорбция необратима. Когда вся поверхность сорбента покроется «коркой» из вредных соединений, его нельзя будет почистить — останется только заменить угольный фильтр на новый. Частота замены АК фильтра зависит от того, насколько грязный воздух попадает на сорбент. Рекомендуемая частота замены — 1 раз в год. В случаях сильной загазованности уличного воздуха советуем установить в бризер фильтр АК-XXL с увеличенной емкостью.
Эффективность фильтра АК зависит от режима работы бризера Tion O2: чем медленнее воздух проходит через фильтр, тем лучше работает фильтр. Эффективность АК фильтра на первой скорости (30 м3/ч) — выше 90%, на четвертой (120 м3/ч) — выше 75% (испытания по толуолу). Эффективность фильтра с увеличенной емкостью АК-XXL при 30 м3/ч — 99,9%, на четвертой скорости — выше 90% (испытания по толуолу)

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Количественный анализ адсорбции и десорбции летучих органических соединений на многоразовых цеолитовых фильтрах с использованием газовой хроматографии

Abstract

В этом исследовании мы предлагаем метод количественного анализа концентрации ЛОС, адсорбированных на цеолитных фильтрах, с помощью газовой хроматографии (ГХ). Отобранные ЛОС из фильтров с этанолом в качестве раствора были охарактеризованы с помощью ГХ для определения концентрации адсорбированных ЛОС путем сравнения площадей пиков ГХ обнаруженных ЛОС и этанола.Предложенный метод также позволил определить условия десорбции (регенерации) цеолитных фильтров в зависимости от температуры и времени нагрева для различных ЛОС. Повторная адсорбция и десорбция ЛОС на цеолитных фильтрах и анализ ГХ позволяют нам оценить долговечность и возможность повторного использования фильтра и могут помочь прогнозировать срок службы цеолитных фильтров на практике.

Образец цитирования: Lee J, Jeon J, Im J, Jang J, Lee J, Choi H-J, et al. (2020) Количественный анализ адсорбции и десорбции летучих органических соединений на многоразовых цеолитных фильтрах с использованием газовой хроматографии.PLoS ONE 15 (1):
e0227430.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227430

Редактор: Йогендра Кумар Мишра, Институт материаловедения, ГЕРМАНИЯ

Поступила: 5 сентября 2019 г .; Одобрена: 18 декабря 2019 г .; Опубликовано: 8 января 2020 г.

Авторские права: © 2020 Lee et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи.

Финансирование: Эта работа была поддержана Программой технологических инноваций (грант № 10053374) и Программой стратегического развития промышленных технологий (грант № 20002694), финансируемой Министерством торговли, промышленности и энергетики (Корея). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Поскольку производство полупроводников с годами увеличивалось, интерес к проблемам загрязнения воздуха и безопасности, возникающим в производственных процессах, возрастает [1, 2]. Во время этих процессов образуются различные летучие органические соединения (ЛОС), и проводится множество исследований по их улавливанию и удалению [3, 4]. ЛОС, такие как толуол (C ₆ H ₅ CH ₃), о-ксилол {C ₆ H ₄ (CH ₃) ₂}, трихлорэтан (TCA, C ₂ H ₃ Cl ₃), моноэтиловый эфир этиленгликоля (EGM, C ₄ H ₁₀ O ₂) и трихлорэтилен (TCl, C ₂ HCl ₃), являются обычные загрязнители воздуха, выбрасываемые предприятиями химической, нефтехимической и полупроводниковой промышленности [5].Продолжительное воздействие летучих органических соединений губительно для человеческого организма, и к основным потенциальным последствиям для здоровья относятся острые и хронические респираторные эффекты, неврологическая токсичность, рак легких, раздражение глаз и горла [6]. Усталость, тошнота, боль в горле и слезотечение, вызванные качеством воздуха в помещении (или синдромом «больного здания»), часто вызываются ЛОС, озоном, NO и бактериями [7]. Были исследованы различные технологии разложения и фильтрации ЛОС, включая каталитическое окисление, термическое разложение, поглотители ЛОС на основе наноуглерода [8, 9] и конденсацию с использованием неорганических фильтров [10], биофильтров [11, 12], TiO ₂ нанокатализаторы [13], плазменные [14] и цеолитные фильтры [15].Среди них цеолит, как известно, эффективно адсорбирует летучие органические соединения [16], а цеолитный фильтр используется в коммерческих системах снижения выбросов летучих органических соединений и может быть регенерирован и повторно использован путем нагревания. Однако все еще необходимы исследования и разработки для проверки долговечности и возможности повторного использования фильтров.

В этом исследовании мы предлагаем метод анализа концентрации ЛОС, адсорбированных цеолитными (ZSM-11) фильтрами, с использованием ГХ. Различные летучие органические соединения адсорбируются цеолитными фильтрами. Отобранные ЛОС с этанолом в качестве раствора были охарактеризованы с помощью ГХ для определения концентрации собранных ЛОС путем сравнения площадей пиков ГХ обнаруженных ЛОС и этанола.Условия десорбции (регенерации) цеолитных фильтров в зависимости от температуры и времени нагрева были определены для различных ЛОС. Мы выполнили многократную адсорбцию и десорбцию ЛОС на цеолитных фильтрах и анализ ГХ для оценки долговечности и возможности повторного использования фильтра, что позволило спрогнозировать срок службы цеолитных фильтров.

Материалы и методы

Материалы: Летучие органические соединения

ЛОС — это большое семейство химикатов на углеродной основе, насчитывающее более 300 типов членов.Определение ЛОС варьируется в зависимости от страны и организации, но все ЛОС имеют общие характеристики: низкая температура кипения, высокое давление пара и высокая реакционная способность, особенно в отношении фотохимических реакций. ЛОС, используемые в этом исследовании, представляют собой толуол, ацетат метилового эфира пропиленгликоля (PGMEA), этилбензол и трихлорэтилен. Каждый ЛОС имеет различные характеристики, такие как температура кипения, полярность и молекулярная масса, как показано в таблице 1.

Процесс отбора проб (отбор проб методом ГХ)

Процесс отбора проб для измерения методом ГХ схематически описан на рис. 1. ЛОС были адсорбированы на цеолитном фильтре и высушены в течение 1 часа при ~ 20 ° C (рис. 1a и 1b).Цеолитные фильтры разрезали на 2 × 3 см ² частей, поместили в химический стакан с 1,5 г этанола и встряхнули на вортексе (рис. 1с). Образцы раствора ЛОС и этанола получали с помощью шприца и фильтровали для измерения методом ГХ (рис. 1d).

Рис. 1. Процесс отбора проб ГХ.

(а) Адсорбция ЛОС на цеолитном фильтре. (b) Фильтр сушили при комнатной температуре (20 ° C). (c) Фильтр разрезали на 2 × 3 см ² и погрузили в 1,5 г этанола с последующим встряхиванием.(d) Раствор экстрагировали шприцем и фильтровали, чтобы получить образец для измерения ГХ.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227430.g001

Перенасыщенная адсорбция (адсорбция жидкости)

Адсорбцию с пересыщением проводили следующим образом. Сначала мы поместили цеолитный фильтр на пластину из нержавеющей стали и распылили на нее целевые летучие органические соединения, чтобы тщательно смочить фильтр. Фильтр сушили при комнатной температуре в течение 1 часа при 20 ° C. Высушенный фильтрующий элемент был разделен на 2 × 3 см ², и был проведен отбор проб методом ГХ.

Адсорбция газа

Эксперимент по адсорбции газа проводили следующим образом. Концентрация газа каждого ЛОС составляла 10 частей на миллион. В испытательной камере ЛОС адсорбировались на фильтре, и отбор проб методом ГХ проводился на образцах размером 2 × 3 см ².

Регенерация цеолитового фильтра в печи

Печь (HTF-Q100, Hantech Corp.) использовалась для регенерации фильтра термической десорбцией. Чтобы установить условия термической регенерации для каждого ЛОС, выполнялась следующая процедура.Перенасыщенный адсорбционный фильтр нагревали в печи при различных температурах и времени нагрева. Из регенерированного (термически десорбированного) фильтра отбирали пробы для ГХ-анализа с использованием образца размером 2 × 3 см ². Измерения ГХ каждого образца позволили определить оптимальные условия нагрева фильтра для каждого ЛОС путем многократного сравнения остаточных количеств ЛОС с перенасыщенной адсорбцией: толуол: 200 ° C в печи в течение 60 минут, PGMEA: 150 ° C в печи в течение 30 минут, этилбензол: 80 ° C в печи в течение 30 минут и трихлорэтилен: 60 ° C в печи в течение 5 минут.

Анализ ГХ

Приготовленные образцы анализировали с помощью ГХ (ГХ; газовая хроматография YL6100, Youngin Chromass Co.). В экспериментах использовались колонки DB-WAX UI (Column; Agilent Technologies), а газ-носитель — N ₂. Тип детектора — пламенно-ионизационный детектор (ПИД). Температура входа и детектора составляла 150 ° C и 300 ° C соответственно, а температура печи была установлена на уровне 100 ° C. Измерения проводились в изотермическом режиме.

На рис. 2а показан GC-пик толуола, а на рис. 2b показаны GC-пики смешанного раствора толуола и этанола.Мы подтвердили, что время пика ГХ было постоянным и различимым для каждого ЛОС и этанола.

Стандартная калибровка

Отношение площадей пиков ГХ для каждого вещества измерялось иначе, чем массовое соотношение фактического смешанного раствора ЛОС, в зависимости от типа колонки, используемой для измерений ГХ, и детектора. Для определения массы фактических ЛОС, содержащихся в цеолитном фильтре, значение поправки умножали, так чтобы отношение площадей пика материала ЛОС, полученное в результате измерения ГХ, соответствовало массовому соотношению фактического материала ЛОС.Уравнение выглядит следующим образом:
(1)
где м, — масса, V, — объем, D — плотность, и α — отношение площадей пика этанола, полученное с помощью измерения ГХ, умноженное на поправочный коэффициент α . Отношение площадей пиков должно быть 1: 1, когда раствор этанола и ЛОС в массовом соотношении 1: 1 анализируется с помощью ГХ. Данные соотношения площадей пиков ГХ, полученные в результате повторных измерений, умножали на поправочный коэффициент, чтобы соотношение масс составляло 1: 1. Поправочные коэффициенты для каждого ЛОС перечислены в таблице 2.

В приведенном выше уравнении α был получен путем умножения отношения площадей пика этанола, полученного с помощью измерения ГХ, на значение коррекции. Используя данные по площади пика ГХ материала ЛОС по сравнению с данными этанола, полученными в результате эксперимента, содержание фактического материала ЛОС было рассчитано по приведенной выше формуле. Поскольку масса этанола, используемого в процессе отбора проб ГХ, известна, можно определить массу ЛОС, адсорбированных на отобранном адсорбенте. Содержание ЛОС можно анализировать по площади пика на основе данных, полученных при приготовлении стандартного калибровочного раствора и с помощью измерения ГХ.

ЛОС (толуол, PGMEA, этилбензол и трихлорэтилен) и этанол были смешаны для приготовления стандартных калибровочных растворов ЛОС 1, 5, 10, 25, 50, 75 и 100 мас.%, Которые были проанализированы с помощью ГХ, как показано на рисунке 3. Пунктирные линии на рис. 3 являются идеальными, а не линейно подобранными значениями, чтобы продемонстрировать, что экспериментальные и идеальные значения имеют схожие тенденции. Содержание ЛОС оценивается путем сравнения соотношения площадей пиков ГХ и% масс. По мере увеличения концентрации калибровочного раствора пропорционально увеличивается количество летучих органических соединений.Такие линейные зависимости подтверждают, что измерения ГХ можно использовать для правильного определения содержания ЛОС в растворе для отбора проб ГХ. Раствор для каждой концентрации измеряли 5 раз.

Результаты и обсуждение

Для этого исследования мы подготовили два типа цеолитных фильтров. Один из них (цеолитный фильтр A) представляет собой цеолитный фильтр промышленного класса для снижения содержания летучих органических соединений, предназначенный для использования на фабриках и в чистых помещениях с большим объемом, и стоит он недешево. Второй фильтр (цеолитный фильтр B) представляет собой коммерческий и недорогой цеолитный фильтр, который можно купить в Интернете и в автономном режиме для бытовой техники, такой как ящик для кошачьего туалета, для сравнения с промышленным фильтром.Измерение дифракции рентгеновских лучей (XRD) было выполнено для подтверждения структурного типа цеолитного фильтра A, который является основным предметом данной работы, как показано на рис. 4. XRD-анализ проводился на рентгеновском аппарате Bruker-D2 Phaser X-ray. дифрактометр, снабженный излучением Cu Ka, работающий при 40 мА и 40 кВ. Сравнение измеренных пиков с опубликованными пиками XRD для различных типов цеолитов [17] показывает, что тип цеолитного фильтра A — ZSM-11.

На рис. 5a и 5d изображение оптической микроскопии показывает присутствие кристаллов цеолита и амидных волокон на фильтре.Цеолитный фильтр А (TOYOBO Co., Япония), показанный на фиг. 5а, включает гофрированный картон, приклеенный к бумаге. Фильтры с адсорбированным и десорбированным толуолом анализировали с использованием сканирующего микроскопа (SEM; Quanta 250FEG, Thermo Fisher Scientific Co.), как показано на фиг. 5b, 5c, 5e и 5f. Также использовалась EDS (EDS; Apollo X, AMETEK Materials Analysis Division Co.). Сферические частицы можно наблюдать на рис. 5b и 5c. Было обнаружено, что диаметр цеолита составляет от 0,9 мкм до 2,2 мкм. Цеолитный фильтр B (Vanness Co., США) представляет собой губчатый фильтр с частицами цеолита, прикрепленными к волокнам, как показано на рис. 5d. Зерна цеолита в этом фильтре больше, чем в фильтре A. Однако было обнаружено, что состояния адсорбции и десорбции толуола не могут быть четко различимы на изображениях обоих фильтров, полученных с помощью СЭМ.

Рис. 5. Сравнение СЭМ и микроскопических изображений для адсорбированных и десорбированных цеолитных фильтров.

(a) Фотография и изображение с оптической микроскопии (вставка, увеличение × 20) цеолитного фильтра A.(b) СЭМ-изображение цеолитного фильтра А с 10 ч. / млн газообразного толуола, адсорбированным в течение 60 минут. (c) Цеолитный фильтр A, регенерированный при 200 ° C в течение 60 минут. (d) Фотография и изображение оптической микроскопии (вставка, увеличение × 20) цеолитного фильтра B. (e) СЭМ-изображение цеолитного фильтра B, насыщенного толуолом. (f) Фильтр B из регенерированного цеолита при 200 ° C и 60 минутах.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227430.g005

Затем мы провели измерения EDS, чтобы проверить, можем ли мы определить содержание адсорбированного толуола на фильтре.В таблице 3 показаны результаты EDS-анализа цеолитного фильтра A, когда циклы адсорбции и регенерации толуола повторяли 10 и 20 раз. Атомные компоненты ЛОС, адсорбированных на цеолитном фильтре, могут быть проанализированы с помощью EDS [18]. Мы предсказали, что содержание углерода будет варьироваться в зависимости от количества ЛОС, адсорбированных на цеолитном фильтре. Поскольку было трудно обнаружить водород в EDS, количество толуола, адсорбированного на цеолите, было измерено путем сравнения содержания углерода [19]. Анализ EDS показал, что доля углерода в фильтре, адсорбированном толуолом, была выше, чем в фильтре, контактирующем с воздухом.Также было подтверждено, что углеродная доля цеолитного фильтра увеличивалась после повторных циклов регенерации. Когда фильтр нагревается и регенерируется при высоких температурах, ЛОС проникают в фильтр, что затрудняет его регенерацию [20]. Это означает, что срок службы фильтра ограничен. Однако анализ долговечности фильтра по мере увеличения количества циклов с использованием EDS затруднен, поскольку не было устойчивой тенденции в изменении содержания углерода в адсорбированных и регенерированных фильтрах.Кроме того, также невозможно определить, какие ЛОС адсорбируются на фильтре. Эти результаты показывают, что SEM и EDS не подходят для качественного анализа ЛОС.

Таблица 3. Атомный процент углерода, кислорода и кремния после повторных циклов перенасыщенной адсорбции толуола на цеолитном фильтре А и регенерации фильтра 10 и 20 раз.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227430.t003

Рис. 6 Показывает сравнение содержания толуола, проанализированного с помощью ГХ, в перенасыщенных адсорбционных фильтрах и регенерированных фильтрах в печи при 200 ° C в течение 60 минут.Было подтверждено, что фильтры для адсорбции и регенерации ЛОС можно четко различить с помощью анализа ГХ. Хотя цеолитный фильтр, адсорбированный толуолом, регенерировали при достаточно высокой температуре и в течение достаточно длительного времени, толуол оставался в цеолитном фильтре. Это связано с тем, что адсорбированное вещество проникает глубже в кристаллическую структуру цеолита за счет нагрева. После десорбции цеолитов A и B количество оставшегося толуола различно. Это объясняется тем, что степень внутренней диффузии зависит от кристаллической структуры цеолита.В следующих экспериментах, которые будут показаны позже, степень десорбции ЛОС была подтверждена по температуре и времени нагревания, и было принято решение, что цеолитный фильтр был регенерирован, если оставшееся содержание ЛОС на 10% меньше, чем в перенасыщенном фильтре. Из приведенных выше результатов было подтверждено, что качественный и количественный анализ ЛОС может быть выполнен с помощью ГХ-анализа различных цеолитных фильтров. Все последующие эксперименты проводились только с использованием цеолитного фильтра А.

Было исследовано содержание

летучих органических соединений в зависимости от времени адсорбции.В этом случае два целевых ЛОС (толуол и этилбензол) были адсорбированы на цеолитном фильтре с использованием установки барботирования азота в испытательной камере. Концентрация каждого газа ЛОС составляла 10 частей на миллион. Количества адсорбированных газом ЛОС на фильтре от 20 минут до 8 часов сравнивали друг с другом, а также с перенасыщенным адсорбированным образцом, как показано на Рис. 7. Как и ожидалось, хотя и не линейно, количество адсорбированных ЛОС на фильтре цеолитовый фильтр увеличивается со временем адсорбции. Кроме того, насыщение адсорбции четко подтверждается, когда время адсорбции превышает 6 часов.Для сравнения также отображается значение перенасыщенной адсорбции.

Для получения оптимальных условий термической регенерации цеолитных фильтров (процесс десорбции) насыщенные цеолитовые фильтры с ЛОС (толуол, PGMEA и этилбензол) нагревали в печи. На рис. 8a, 8b и 8e показано остаточное содержание ЛОС после нагревания при различных температурах в течение 30 минут, а на рис. 8b, 8d и 8f показаны данные за 60 минут. Было подтверждено, что количество остаточного содержания ЛОС уменьшается с увеличением температуры и времени регенерации.Когда остаточное содержание ЛОС составляет менее 10% от содержания в перенасыщенных фильтрах, мы считаем, что фильтры были полностью регенерированы, поскольку ни более длительное время процесса нагрева, ни более высокая температура нагрева не приводили к дальнейшему снижению остаточного содержания. Основываясь на этих результатах, мы определили, что надлежащие условия регенерации для цеолитного фильтра A в соответствии с ЛОС: 60 минут при 200 ° C для толуола, 30 минут при 150 ° C для PGMEA, 30 минут при 80 ° C для этилбензола и 5 минут при температуре 150 ° C для PGMEA. минут при 60 ° C для трихлорэтилена соответственно.

Рис. 8. Содержание летучих органических соединений в зависимости от температуры нагрева.

(a) толуол 30 минут, (b) толуол 60 минут, (c) PGMEA 30 минут, (d) PGMEA 60 минут, (e) этилбензол 30 минут и (f) этилбензол 60 минут.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227430.g008

Наконец, для анализа срока службы цеолитного фильтра повторно измеряли содержание ЛОС в перенасыщенных и полностью регенерированных цеолитных фильтрах. Один цикл включает процессы перенасыщения и полной регенерации.Условия регенерации для каждого ЛОС были описаны ранее. Для каждого ЛОС (толуол, PGMEA, этилбензол и трихлорэтилен) было выполнено 25 циклов, и количество ЛОС было проанализировано с помощью ГХ, как показано на рис. 9. Наблюдалась тенденция к адсорбции ЛОС на цеолитном фильтре в соответствии с повторяющимися циклами. варьироваться в зависимости от летучих органических соединений. Степень адсорбции толуола поддерживалась без значительных изменений посредством повторных циклов (рис. 9а). В случае PGMEA степень адсорбции увеличивалась с увеличением количества циклов (рис. 9b).Адсорбированные содержания этилбензола и трихлорэтилена уменьшались с увеличением числа циклов (рис. 9c и 9d). Можно видеть, что в зависимости от типа ЛОС адсорбционная способность цеолитного фильтра сохраняется или уменьшается во время повторяющейся регенерации. Основываясь на этих результатах, можно, особенно когда выбраны целевые ЛОС и тип цеолитного фильтра, спрогнозировать срок службы цеолитных фильтров путем повторяющихся измерений содержания ЛОС в повторно адсорбированных и регенерированных цеолитных фильтрах.

Выводы

В этом исследовании мы предложили метод анализа концентрации ЛОС, адсорбированных и десорбированных на цеолитных фильтрах, с использованием ГХ, что было невозможно при обычных измерениях SEM и EDS. Различные ЛОС (толуол, PGMEA, этилбензол и трихлорэтилен) адсорбировались цеолитными фильтрами (ZSM-11), а отобранные ЛОС этанолом в качестве раствора из адсорбированных фильтров были охарактеризованы с помощью ГХ для количественного определения концентрации собранных ЛОС путем сравнения площадей пиков ГХ обнаруженных ЛОС и пиков этанола.Мы подтвердили, что содержание ЛОС в адсорбированных и регенерированных цеолитных фильтрах можно четко определить количественно с помощью анализа ГХ. С помощью предложенного метода были определены условия регенерации (десорбции) цеолитных фильтров в зависимости от температуры нагрева (60–200 ° C) и времени (30–60 минут) для различных летучих органических соединений. Повторная адсорбция и десорбция ЛОС на цеолитных фильтрах (25 циклов) и анализ ГХ позволили нам оценить долговечность и возможность повторного использования фильтра и спрогнозировать срок службы цеолитных фильтров.

Список литературы

1.
Кимура М., Сакаи Р., Сато С., Фукава Т., Икехара Т., Маеда Р. и др. Определение парообразных органических соединений с помощью TiO ₂ Пористые пленки, покрытые слоями политиофена. Adv Funct Mater. 2012; 22 (3): 469–76.
2.
Калдарару Ф., Ватра С., Калдарару М. Мониторинг летучих органических соединений с помощью одного датчика диоксида олова. J Environ Monitor. 2012; 14 (10): 2616–23.
3.
Пакнахад М., Баххал Дж.С., Хоорфар М.Диффузионная мембрана для контроля влажности для микрофлюидных газоанализаторов. Анальный Чим Акта. 2018; 1021: 103–12. pmid: 29681276
4.
Коно Х., Березин А.А., Чанг Дж. С., Тамура М., Ямамото Т., Сибуя А. и др. Уничтожение летучих органических соединений, используемых в полупроводниковой промышленности, с помощью разрядного реактора с капиллярной трубкой. Ieee T Ind Appl. 1998; 34 (5): 953–66.
5.
Vercammen KLL, Березин А.А., Lox F, Chang JS. Нетепловые плазменные методы восстановления летучих органических соединений в воздушных потоках: критический обзор.Журнал передовых технологий окисления. 1997; 2 (2).
6.
Го Х, Ли СК, Чан ЛЙ, Ли ВМ. Оценка риска воздействия летучих органических соединений в различных помещениях. Environ Res. 2004; 94 (1): 57–66. pmid: 14643287
7.
Урасима К., Чанг Дж. С.. Удаление летучих органических соединений из воздушных потоков и промышленных дымовых газов нетепловой плазменной технологией. Ieee T Dielect El In. 2000; 7 (5): 602–14.
8.
Трипати К.М., Сачан А., Кастро М., Чоудхари В., Сонкар С.К., Феллер Дж.Ф.Наноструктурированные квантово-резистивные датчики из зеленого углерода для обнаружения летучих биомаркеров. Сустейн Mater Techno. 2018; 16: 1–11.
9.
Тунг Т.Т., Трипати К.М., Ким Т., Кребс М., Пазински Т., Лосич Д. Датчики углеродного наноматериала для диагностики рака и заболеваний. 1-е изд. Wiley; 2018.
10.
Quan Y, Wu H, Guo C, Han Y, Yin C. Повышение эффективности удаления ТВК с помощью статического магнитного поля в фильтре биотреки от грибков. Биоресур Технол. 2018; 259: 365–72. pmid: 29574317
11.Чжао XS, Ма Цюй, Лу GQM. Удаление ЛОС: Сравнение MCM-41 с гидрофобными цеолитами и активированным углем. Energ Fuel. 1998; 12 (6): 1051–4.
12.
Могхаддам С., Зерафат М.М., Саббаги С. Методология поверхности отклика для оптимизации фотокаталитического разложения фенола с использованием нанокатализатора TiO2, легированного углеродом. Int J Nano Dimension. 2018; 9 (1): 89–103.
13.
Mustafa MF, Fu X, Liu Y, Abbas Y, Wang H, Lu W. Удаление летучих органических соединений (ЛОС) в нетепловом плазменном реакторе с двойным диэлектрическим барьером.J Hazard Mater. 2018; 347: 317–24. pmid: 29331811
14.
Yi HH, Yang X, Tang XL, Zhao SZ, Huang YH, Cui XX и др. Удаление толуола из промышленного газа адсорбционно-плазменным каталитическим процессом: сравнение закрытого выпуска и вентилируемого выпуска. Plasma Chem Plasma P. 2018; 38 (2): 331–45.
15.
Чжао XS, Ма Цюй, Лу GQM. Удаление ЛОС: Сравнение MCM-41 с гидрофобными цеолитами и активированным углем. Energ Fuel. 1998; 12 (6): 1051–4.
16.
Ким К.Дж., Ан Х.Г.Влияние пористой структуры цеолита на адсорбцию ЛОС и их десорбционные свойства при микроволновом нагреве. Micropor Mesopor Mat. 2012; 152: 78–83.
17.
Jae J, Tompsett GA, Foster AJ, Hammond KD, Auerbach SM, Lobo RF и др. Исследование избирательности формы цеолитных катализаторов конверсии биомассы. J Catal. 2011; 279 (2): 257–68.
18.
Дуань Ф., Чжан К.С., Чжан Л.Х., Инь С.Ф. Характеристики агломерации слоя при сжигании рисовой соломы в камере сгорания с вихревым псевдоожиженным слоем.Биоресур Технол. 2015; 183: 195–202. pmid: 25742751
19.
Мирджи С.А., Халлигуди С.Б., Савант Д.П., Патил К.Р., Гайквад А.Б., Прадхан С.Д. Адсорбция толуола на подложке Si (100) / SiO ₂ и мезопористом SBA-15. Коллоидная поверхность А. 2006; 272 (3): 220–6.
20.
Лим Дж. С., Йим Г. Характеристики и технология применения цеолитов. 1-е изд. Сеул: Наэха; 2006.

Влияние сажи на адсорбцию аммиака и каталитические свойства DeNOx дизельных сажевых фильтров, покрытых SCR-катализаторами

Селективное каталитическое восстановление оксидов азота аммиаком — это технология, разработанная для доочистки выхлопных газов легких и тяжелых транспортных средств.Эффективная система избирательного каталитического восстановления (SCR) является предпосылкой для существующих, а также будущих спецификаций для двигателей с обедненным горением, и особенно для дизельных двигателей. Повышение эффективности дизельных двигателей приводит к снижению температуры выхлопных газов и, следовательно, к более строгим требованиям к тепловому расчету выхлопного тракта. Нанесение активных SCR-активных покрытий, то есть Washcoat, на монолитные дизельные сажевые фильтры является актуальной мерой для термической оптимизации, а также оптимизации упаковки.

Включение дизельных сажевых фильтров с ионообменным цеолитом, разработанным с каталитически активными металлами, включая железо и / или медь, приводит к привлекательным техническим характеристикам для работы компонента селективного дизельного сажевого фильтра при доочистке выхлопных газов. К сожалению, высокая конверсия оксида азота, а также высокая эффективность фильтрации сажи не всегда могут быть достигнуты одновременно. Экспериментально было продемонстрировано, что сажевые фильтры для твердых частиц дизельного топлива, покрытые SCR-активным слоем (SPDF), при работе в фильтрующем устройстве с лепешкой преобразуют меньше оксидов азота по сравнению с селективным дизельным сажевым фильтром, не содержащим сажу.

Несмотря на различные попытки исследователей понять это явление, микроскопические процессы, которые определяют взаимодействие сажи с каталитическими компонентами в селективных дизельных фильтрах для твердых частиц, все еще недостаточно изучены. Таким образом, исследователи под руководством профессора Роджера Глезера из Лейпцигского университета в Германии выяснили происхождение микроскопических явлений внутри стенки фильтра твердых частиц дизельных фильтров, покрытых SCR-катализатором, связанных с взаимодействием сажи и катализатора восстановления, селективного по аммиаку.Эта исследовательская работа опубликована в журнале Chemical Engineering Science .

Для реализации своей цели авторы загрузили дизельные сажевые фильтры, покрытые SCR-катализатором, модельной сажей, идентичной той, которая возникает при работе реального дизельного двигателя. С помощью исследований модельного газа авторы исследовали влияние сажи на адсорбцию / десорбцию аммиака и на каталитическую конверсию оксида азота в сажевых фильтрах для твердых частиц, покрытых активным катализатором SCR.Авторы распределили сажу по всей пористой стенке фильтра селективного сажевого фильтра. Также были изучены различные неоднородные распределения сажи отфильтрованной по глубине сажи внутри пористой стенки.

Исследовательская группа наблюдала резкое изменение поведения проскальзывания аммиака в присутствии сажи внутри дизельного сажевого фильтра, покрытого катализатором SCR. Также наблюдалось, что сажа приводит к снижению конверсии оксида азота примерно на 20%. Затем исследователи разработали одномерную разрешенную модель микроскопической стенки фильтра с интеграцией модели единичного коллектора, а также кинетической модели избирательного каталитического восстановления.В модели они использовали сажу в качестве диффузионного барьера, ограничивающего перенос реагентов на поверхность покрытия.

Было обнаружено, что определяющим процессом является диффузия реагентов через сажу, отложившуюся в пористой стенке фильтра наверху покрытия SCR-катализатора. Это явление сильно повлияло на адсорбцию аммиака в целом и снизило конверсию оксида азота, но не имело прямого влияния на адсорбцию или кинетику реакции SCR-катализатора в покрытии. Существенное падение конверсии оксида азота с примерно 3% до 20% для дизельного сажевого фильтра с SCR-катализатором, загруженного сажей, можно объяснить изменениями в распределении сажи внутри стенки фильтра.

“ Выделенное исследование подтверждает пригодность многослойной конструкции SDPF для предотвращения проникновения сажи в покрытые мылом стенки сажевого фильтра. Уменьшение отложений сажи на стенках фильтра также приведет к более эффективному использованию топлива. Исследование также показывает, что в идеальной конструкции SDPF покрытие каталитического покрытия расположено близко к выходному каналу, чтобы не допустить, чтобы сажа покрывала активные центры SCR », — сказал профессор Роджер Глэзер, ведущий автор.

Раскрытие сложности кислородных реакций на поверхностях Pt

Платина (Pt) — ключевой материал в автомобильных каталитических нейтрализаторах, используемых для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.Частицы Pt в керамической матрице служат катализатором окисления для удаления токсичного монооксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов (C _x H _y) из выхлопных газов двигателя. Чтобы этот процесс работал, воздух добавляется к горячему выхлопному газу до того, как он вступит в контакт с поверхностью катализатора, где молекулы кислорода из воздуха прилипают и диссоциируют на атомы кислорода. Атомы кислорода, адсорбированные на поверхности катализатора, затем реагируют с CO и углеводородами и превращают их в CO ₂ и H ₂ O, которые выбрасываются через выхлопную трубу в атмосферу.Это и другие применения катализаторов Pt в химической промышленности послужили поводом для обширных исследований адсорбции кислорода на поверхностях Pt, которые показали, что прилипание и диссоциация O ₂ на поверхности Pt — это далеко не простой процесс прямой диссоциации, впервые описанный Ленгмюром 100. г назад (1, 2). В PNAS Cao et al. (3) пролили новый свет на адсорбцию кислорода, измерив прилипание O ₂ к специально подготовленному (изогнутому) монокристаллу Pt и используя пучок ориентированных во вращении молекул O ₂, падающих на ступенчатые монокристаллические поверхности Pt ( Инжир.1).

Рис. 1.

Схематическое изображение изогнутого монокристалла платины, демонстрирующего переменную плотность ступеней в зависимости от положения на поверхности. Магнитный гексапольный фильтр используется для выравнивания вращения падающих молекул O ₂ в ориентации вертолета (H) или колеса тележки (C).

Предыдущие эксперименты показали, что хемосорбция O ₂ на Pt довольно сложна, протекает по множеству каналов, возникающих как на ступеньках, так и на террасах, в зависимости от падающей энергии молекул O ₂ (4⇓⇓⇓ – 8) .При низкой падающей энергии молекулы O ₂ сначала захватываются на поверхности Pt в слабосвязанном физадсорбированном состоянии, где они могут перемещаться по поверхности и либо десорбироваться обратно в газовую фазу, либо преодолевать энергетический барьер, чтобы достичь одного из нескольких молекулярные хемосорбционные состояния (6). Эти хемосорбированные состояния являются предшественниками активированной диссоциации O ₂ на адсорбированные атомы O, активные окисляющие частицы в каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов автомобилей. При более высокой энергии удара молекулы O ₂ в газовой фазе также могут напрямую переходить в состояния хемосорбции молекул, не проходя через состояние физадсорбированного предшественника.

Сложность усложняется тем, что вероятность диссоциации O ₂ сильно зависит от сайта адсорбции. Маленькие частицы Pt имеют плоские участки плотно упакованных атомов (террасы), а также множество нижних координационных центров (например, ступеньки и изгибы). Более ранние эксперименты на модельных поверхностях с разной концентрацией участков террас и ступеней показали, что вероятность диссоциации O ₂ выше для поверхности Pt, содержащей ступеньки, чем для плоской поверхности Pt (111).Однако полные детали процесса прилипания на ступеньках и террасах в зависимости от падающей энергии не могут быть определены однозначно с помощью этих традиционных измерений прилипания.

Недавно ученые из Нидерландов и Японии объединили свои экспериментальные знания, чтобы получить более подробную информацию о роли ступеней и молекулярной ориентации в прилипании и диссоциации O ₂ на поверхностях Pt. В Нидерландах Юурлинк и его коллеги (9) первыми использовали изогнутые монокристаллы для систематического изучения роли ступеней в реакциях хемосорбции.На изогнутом монокристалле плотность ступеней изменяется линейно в зависимости от положения на поверхности кристалла. Используя измерения прилипания с пространственным разрешением, Юурлинк и его коллеги смогли выделить вклад ступеней и террас в процесс прилипания. В Японии Курахаши и его коллеги (10, 11) разработали новый прибор на основе магнитного гексапольного поля для выделения одиночного спин-вращательного квантового состояния из пучка молекул O ₂. Этот гексапольный фильтр использует тот факт, что основное электронное состояние O ₂ включает 2 неспаренных электрона, что дает им спиновый магнитный момент, что позволяет манипулировать молекулами с помощью внешних магнитных полей.При прохождении через гексапольный фильтр молекулы O ₂ выбираются во вращательном состоянии и могут быть выровнены в пространстве с помощью магнитного поля. Аппарат Курахаши и др. Использовал магнитный гексаполь для подготовки падающего пучка молекул O ₂ с четко определенной ориентацией путем переключения направления магнитного поля до того, как молекулы O ₂ столкнутся с поверхностью Pt (рис. 1).

В PNAS, Cao et al. (3) сообщают о первых результатах совместных усилий, в которых эти 2 метода фокусируются на деталях прилипания и диссоциации O ₂ на поверхностях Pt.Cao et al. использовали изогнутый монокристалл Pt для измерения коэффициента прилипания O ₂ как функции плотности ступеней и типа ступеней для различных падающих кинетических энергий. Их результаты показывают, как ступени на поверхности по-разному влияют на прилипание O ₂ к поверхности Pt в зависимости от падающей энергии O ₂. Дополнительные детали процесса прилипания O ₂ были раскрыты с использованием пучка выровненных молекул O ₂, падающих на поверхность Pt. Объединив свои знания, исследователи (3) исследуют стереодинамику O ₂, прилипающего к ступенчатым Pt-поверхностям.Здесь термин стереодинамика относится к изучению направленных (стерических) аспектов химической реакции, которая требует способности контролировать относительную ориентацию или выравнивание партнеров реакции. Стереодинамические эксперименты имеют долгую историю мономолекулярных и бимолекулярных реакций в газовой фазе (12). Стереодинамика реакций молекула / поверхность еще не исследована так широко (13–15). Стерические эффекты, описанные Cao et al. (3) предоставляют очень подробную информацию о динамических процессах, которые способствуют прилипанию молекул O ₂ на ступенчатой поверхности Pt.

Примечательно, что результаты показывают, что зависимость вероятности реакции от ориентации O ₂ различна на террасах и ступенях Pt. На участках террас прилипание O ₂ имеет сильное предпочтение для так называемого вертолетного выравнивания, когда молекулы O ₂ вращаются с осью их связи, параллельной плоскости поверхности Pt. «Колесом тележки» O ₂ молекулы, ось связи которых вращается в плоскости, перпендикулярной поверхности, с меньшей вероятностью прилипают к террасам (рис.1). Cao et al. (3) заключают, что O ₂, падающий на террасы, может непосредственно войти в молекулярное хемосорбированное состояние только в том случае, если выравнивание O ₂ является благоприятным; то есть вертолетоподобный. Напротив, на ступенях при низкой падающей энергии прилипание O ₂ равно

. Стерические эффекты, описанные Cao et al. предоставляют очень подробную информацию о динамических процессах, которые способствуют прилипанию молекул O ₂ к ступенчатой поверхности Pt.

практически не зависит от выравнивания; то есть вертолет и движение тележки O ₂ имеют одинаковую вероятность прилипания (это наблюдение согласуется с идеей захвата в физадсорбированном состоянии). Эти шаги просто служат для изменения направления движения падающих молекул O ₂ от перпендикулярного к параллельному поверхности и, таким образом, облегчения захвата в физадсорбированном состоянии, которое является предшественником молекулярной хемосорбции O ₂.С увеличением падающей энергии картина меняется: на террасах вероятность прилипания увеличивается, а зависимость от выравнивания уменьшается, а на ступенях открывается новый зависимый от выравнивания канал для прилипания в молекулярном хемосорбированном состоянии, где O ₂ молекулы прилипать предпочтительно, если их ось скрепления выровнена параллельно направлению шага. Более того, при высокой падающей энергии прилипание к ступеням также благоприятно, если молекулы O ₂ выровнены с вертолетным вращением относительно граней ступенек.

Измерения прилипания с использованием изогнутой поверхности монокристалла Pt в сочетании с информацией о зависимости O ₂ от прилипания на ступенях и террасах дают подробную картину различных каналов, участвующих в адсорбции O ₂ на ступенчатой поверхности Pt . Эти новые данные идеально подходят для облегчения разработки и тестирования улучшенных теоретических моделей этой и других химических реакций на поверхностях, которые важны для гетерогенного катализа.Дальнейшие достижения в теории должны привести к предсказательному пониманию реакций молекула / поверхность, что, в свою очередь, будет очень ценным для поиска более эффективных катализаторов.

Сноски

Вклад авторов: A.G.-G. создал фигуру; и А.Г.-Г. и R.D.B. написал газету.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
См. Сопутствующую статью на странице 13862.

Фильтрация с активированным углем

Фрэнк
DeSilva.Опубликовано в журнале Water Quality Products Magazine, январь 2000 г.

Гранулированный активированный уголь (GAC) обычно используется для
удаление органических составляющих и остатков дезинфицирующих средств из систем водоснабжения. Этот
не только улучшает вкус и сводит к минимуму вред для здоровья; защищает другую воду
установки для очистки, такие как мембраны обратного осмоса и ионообменные смолы из
возможное повреждение из-за окисления или органического загрязнения. Активированный уголь — это
предпочтение отдается методам очистки воды из-за их многофункциональности и
тот факт, что он не добавляет ничего вредного в очищенную воду.

Самый активный
угли производятся из таких сырьевых материалов, как скорлупа орехов, древесина, уголь и нефть.

Типовая поверхность
площадь для активированного угля составляет примерно 1000 квадратных метров на грамм (м2 / г).
Однако из разного сырья
производятся разные типы активированного угля, различающиеся по твердости, плотности, пористости.
и размер частиц, площадь поверхности, экстрагируемые вещества, зола и pH. Эти
различия в свойствах делают одни угли предпочтительнее других в
разные приложения.

Два
основные механизмы, с помощью которых активированный уголь удаляет загрязнения из воды
адсорбция и каталитическое восстановление. Органические вещества удаляются адсорбцией
а остаточные дезинфицирующие средства удаляются каталитическим восстановлением.

Факторы, которые
влияют на производительность активированного угля:

Молекулярный
вес:
По мере увеличения молекулярной массы активированный уголь адсорбирует больше
эффективно, потому что молекулы растворимы в воде.Однако поры
структура углерода должна быть достаточно большой, чтобы молекулы могли перемещаться
в пределах. Следует разработать смесь молекул с высокой и низкой молекулярной массой.
для удаления более сложных видов.

pH:
Большинство органических веществ менее растворимы и легче адсорбируются при более низком pH.
По мере увеличения pH удаление уменьшается. Практическое правило — увеличивать размер
слоя углерода на двадцать процентов на каждую единицу pH выше нейтрального (7.0).

Загрязнение
концентрация: чем выше концентрация загрязняющих веществ, тем больше удаляется
емкость активированного угля. Молекула загрязнителя с большей вероятностью диффундирует
в пору и адсорбируются. Однако по мере увеличения концентрации
утечки сточных вод. Верхний предел содержания загрязняющих веществ составляет несколько сотен частей на
миллион. Более высокая концентрация загрязняющих веществ может потребовать большего времени контакта с
Активированный уголь. Также удалению органических веществ способствует наличие
жесткость воды, поэтому по возможности размещайте блоки с активированным углем
перед блоками удаления ионов.В любом случае это обычно так, поскольку
активированный уголь часто используется перед ионным обменом или мембранами для удаления
хлор.

Частица
размер:
Активированный уголь обычно доступен с размерами ячеек 8 на 30 (наибольшая), 12 на
40 меш (наиболее распространенный) и 20 на 50 меш (самый тонкий). Более тонкая сетка дает лучшее
контакт и лучшее удаление, но за счет большего перепада давления. Правило
Как показывает практика, сетка 8 на 30 обеспечивает удаление в два-три раза лучше.
чем 12 на 40, и в 10-20 раз лучшее кинетическое удаление, чем 8 на 30
сетка.

Скорость потока:
Как правило, чем ниже скорость потока, тем больше времени будет
должны диффундировать в пору и адсорбироваться. Адсорбция активированным углем
почти всегда улучшается за счет более длительного времени контакта. Опять же, в общих чертах,
угольный слой 20 на 50 меш может работать с удвоенной скоростью потока слоя 12 на
40 меш, а слой углерода 12 на 40 меш может работать с удвоенной скоростью потока
кровать 8 на 30 меш. Каждый раз, когда рассматривается более высокая скорость потока с более тонкой
карбоновые сетки, следите за повышенным перепадом давления!

Температура:
Более высокая температура воды снижает вязкость раствора и может
увеличивают скорость диффузии, тем самым увеличивая адсорбцию.Более высокие температуры
может также нарушить адсорбционную связь и немного снизить адсорбцию. Это
зависит от удаляемого органического соединения, но обычно более низкие температуры
похоже, способствует адсорбции.

Удаление органических веществ
Органические материалы в коммунальном водоснабжении
происходит из-за гниения растений, которые со временем становятся более растворимыми в воде
и существует в виде крупных высокомолекулярных органических кислот (неполярных слабых кислот).
В конце концов образуются кислоты с меньшим молекулярным весом и разного размера.Типичный
Молекулы органических кислот имеют молекулярную массу от нескольких сотен до десятков
тысячи.

Размер,
количество и химическая структура молекул органических кислот зависят от большого количества
факторов, включая pH воды и температуру
. Соответственно, существует почти бесконечное количество органических
кислоты. В результате удаление органических веществ может быть трудным, и
всегда зависит от места проведения.

Активировано
адсорбционные свойства углерода используются для удаления органических веществ.Обычно,
адсорбция происходит потому, что все молекулы прилагают усилия, чтобы прилипать к каждому
Другой. Активированный уголь адсорбирует органические материалы, поскольку силы притяжения
между углеродной поверхностью (неполярной) и загрязнителем (неполярной)
сильнее, чем силы, удерживающие загрязнитель, растворенный в воде (полярный).

Адсорбционные силы слабы и не могут возникать, если органические молекулы не
близко к поверхности углерода. Большая поверхность активированного угля am, благодаря
к его размеру частиц и конфигурации пор, позволяет адсорбировать
место.

Факторы, снижающие растворимость и / или увеличивающие доступность пор
улучшить производительность фильтра с активированным углем. Угольный фильтр
емкость можно приблизительно оценить в 0,1 фунта органических веществ на 1 фунт
углерода при скорости потока от 1 до 2 галлонов в минуту на кубический фут (галлонов в минуту / куб. фут).
и кровать глубиной 3 фута.

Остаточный
удаление дезинфицирующих средств
Активированный уголь может удалять и разрушать
остаточные дезинфицирующие средства (хлор и хлорамин) за счет каталитического восстановления
реакция.Это химическая реакция, которая включает перенос электронов из
поверхность активированного угля до остатков дезинфицирующего средства. Другими словами, активированный уголь
действует как восстановитель.

Активировано
удаление хлора углеродом восстанавливает хлор до неокислительного хлорида
ион. Реакция очень быстрая и происходит в первые несколько дюймов
новый слой активированного угля. (Если удаление органических веществ активированным углем
занимает минуты, удаление хлора буквально занимает секунды).Хлор
емкость нового активированного угля составляет 1 фунт хлора на фунт угля при
расход от 3 до 5 галлонов в минуту / куб. фут. и кровать глубиной 3 фута.

Удаление хлорамина активированным углем — гораздо более медленная реакция. В
преобладающим видом хлорамина в городских системах водоснабжения (pH от 7 до 8) является
монохлорамин. Реакция с активированным углем и монохлорамином также
образует неокислительный хлорид-ион. Поскольку скорость реакции равна
значительно медленнее, скорость потока должна быть равна 0.5 галлонов в минуту / куб. Фут. и глубина кровати
более 3 футов.

Соображения по материалам
Слои активированного угля — это фильтры и необходимость
периодически подвергаться обратной промывке. Надводный борт около 50 процентов должен быть
встроен в конструкцию емкости, чтобы обеспечить возможность обратной промывки на месте. Иначе,
требуется внешняя обратная промывка. Этап обратной промывки не «регенерирует»
уголь или деадсорбирующие загрязнения. На этапе обратной промывки кровать и
удаляет любые штрафы или взвешенные частицы.

Углеродная мелочь
образуются при транспортировке, погрузке-разгрузке и погрузке активированного угля. Эти
перед обслуживанием необходимо отмыть штрафы. Предварительно смоченный и промытый
доступны угли, которые минимизируют штрафы, а также устраняют проблемы
из-за углеродной пыли на объекте. Загрузка углеродных баков сухим углеродом — это
грязная, опасная работа. Использование предварительно смоченного угля удаляет переносимую по воздуху пыль и
обеспечивает чистую среду для растений.

Обработано
доступны сорта активированного угля, в том числе медицинские / фармацевтические
марки, марки для гальваники, а также порошкообразный или гранулированный уголь.

Активированный уголь — проверенная технология удаления естественных
органика и остаточные дезинфицирующие средства. Проектирование фильтрации с активированным углем
система должна учитывать различия в очищаемой воде,
тип используемого активированного угля, а также качество сточных вод и условия эксплуатации.
параметры.

Система GAC
Расчетные параметры

	Хлор	Хлорамин	Органика
Расход (галлонов в минуту / фут.)	1-3	0,5	1-2
Минимальная глубина пласта (футы)	2–3	6	3-5
Кровать Жизнь	Почти Неопределенный	2-6 Недели	1–6 Месяцы

Типичные свойства гранулированного активированного угля

	Битумный	Полубитуминозный	лигнит	Кожух гайки
Йодное число	1000–1100	800-900	600	1 000
Количество патоки	235	230	300	0
Число истирания	80-90	75	60	97
Насыпная плотность в упаковке LB / CF	26-28	25–26	23	29-30
Объем деятельности	26 000	25 000	13 800	0

Йод и меласса чисел мера
распределение пор по размерам.Йодное число — это относительная мера пор при
размеры от 10 до 2 ангстрем. Сообщается в миллиграммах элементарного йода.
адсорбируется на грамм GAC и определяет площадь, доступную на GAC для адсорбции
низкомолекулярная органика.

Меласса число измеряет градус а
GAC удаляет цвет из основного раствора. Он измеряет поры более 28
Ангстремы. Это поры, отвечающие за удаление большей молекулярной массы
органические вещества, такие как дубильные вещества.

Истирание цифры обозначают относительную
степень уменьшения размера частиц после переворачивания с более твердым материалом.Нет
обжатие — 100, полное измельчение — ноль.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЧТЕНИЕ:
Куни, Дэвид О.,

Адсорбция
Проект по очистке сточных вод ,

Льюис
Издатели, Бока-Ратон, Флорида (1999)

Макгоуэн, Уэс,

Жилая
Водоподготовка,
Ассоциация качества воды, Лайл, Иллинойс (1997)

Мельцер, Теодор Х.,

особой чистоты
Подготовка воды ,

Высокие дубы
Издательство, Литтлтон, Колорадо (1993)