RU2259866C1 - Method of photocatalytic gas purification - Google Patents
Method of photocatalytic gas purification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2259866C1 RU2259866C1 RU2004105183/15A RU2004105183A RU2259866C1 RU 2259866 C1 RU2259866 C1 RU 2259866C1 RU 2004105183/15 A RU2004105183/15 A RU 2004105183/15A RU 2004105183 A RU2004105183 A RU 2004105183A RU 2259866 C1 RU2259866 C1 RU 2259866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen peroxide
- photocatalyst
- titanium dioxide
- air
- aqueous solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims description 15
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title description 22
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 10
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 239000012476 oxidizable substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 abstract 1
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- LJSQFQKUNVCTIA-UHFFFAOYSA-N diethyl sulfide Chemical compound CCSCC LJSQFQKUNVCTIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-(4-hydroxyphenyl)ethylamino]methyl]-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CCNCC1C(=O)C2=CC=CC=C2CC1 PZZOEXPDTYIBPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000007420 reactivation Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области фотокаталитической очистки газов, в т.ч. воздуха, различными устройствами, использующими принцип окисления органических и неорганических веществ, адсорбированных на поверхности фотокатализатора под действием ультрафиолетового света с длиной волны меньше 400 нм.The invention relates to the field of photocatalytic gas purification, including air, various devices using the principle of oxidation of organic and inorganic substances adsorbed on the surface of the photocatalyst under the influence of ultraviolet light with a wavelength of less than 400 nm.
Фотокаталитическая очистка газов и, в частности, воздуха широко известна. В работах A. Fujishima, К. Hashimoto, Т. Watanabe "TiO2 Photocatalysis: Fundamentals and Application", Bkc, Inc. 1999 и D. F. Ollis, H. Al-Ekabi "Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air", Elsevier 1993 описаны области применения фотокаталитических методов очистки газов.Photocatalytic purification of gases and, in particular, air is widely known. In the works of A. Fujishima, K. Hashimoto, T. Watanabe "TiO 2 Photocatalysis: Fundamentals and Application", Bkc, Inc. 1999 and DF Ollis, H. Al-Ekabi "Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air", Elsevier 1993 describe the application of photocatalytic gas purification methods.
Главными недостатками фотокаталитических методов очистки газов являются: 1) сравнительно невысокая скорость очистки по сравнению с другими методами (адсорбция, сжигание) и 2) быстрое падение активности фотокатализаторов при разложении ароматических и гетероатомных органических соединений.The main disadvantages of photocatalytic methods for gas purification are: 1) a relatively low purification rate compared to other methods (adsorption, burning) and 2) a rapid decrease in the activity of photocatalysts during the decomposition of aromatic and heteroatomic organic compounds.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ фотокаталитической очистки газов и воздуха, по которому очистку осуществляют в присутствии фотокатализатора, который представляет собой диоксид титана анатазной модификации, нанесенный на пористый носитель, выполненный в форме трубы, пластины, полусферы и т.д. (Пат. РФ 2151632, B 01 D 53/86, B 01 J 21/06, 27.06.2000).Closest to the proposed method is a method of photocatalytic purification of gases and air, in which the purification is carried out in the presence of a photocatalyst, which is anatase-modified titanium dioxide deposited on a porous carrier made in the form of a pipe, plate, hemisphere, etc. (Pat. RF 2151632, B 01 D 53/86, B 01 J 21/06, 06/27/2000).
Недостатками известного способа являются: 1) сравнительно невысокая скорость очистки и 2) быстрое падение активности фотокатализаторов при разложении ароматических и гетероатомных органических соединений,The disadvantages of this method are: 1) a relatively low cleaning rate and 2) a rapid decrease in the activity of photocatalysts during the decomposition of aromatic and heteroatomic organic compounds,
Изобретение решает задачу повышения эффективности фотокаталитической очистки газов, в том числе воздуха.The invention solves the problem of increasing the efficiency of photocatalytic purification of gases, including air.
Задача решается способом очистки газов, в том числе воздуха, окислением с использованием фотокатализатора, в котором исходную газовую смесь, содержащую окисляемые вещества, насыщают парами пероксида водорода.The problem is solved by the method of purification of gases, including air, by oxidation using a photocatalyst in which the initial gas mixture containing oxidizable substances is saturated with hydrogen peroxide vapor.
В качестве фотокатализатора используют чистый диоксид титана с кристаллической структурой анатаза или диоксид титана, содержащий один или несколько переходных металлов.As the photocatalyst, pure titanium dioxide with a crystalline anatase structure or titanium dioxide containing one or more transition metals is used.
В качестве фотокатализатора используют, предпочтительно, диоксид титана с кристаллической структурой анатаза, содержащий один или несколько переходных металлов. Переходными металлами, содержащимися в фотокатализаторе, предпочтительно являются платина или палладий, или любая их смесь.The photocatalyst used is preferably titanium dioxide with a crystalline anatase structure containing one or more transition metals. The transition metals contained in the photocatalyst are preferably platinum or palladium, or any mixture thereof.
Насыщение очищаемого газа парами пероксида водорода осуществляют в специальном блоке. Блок может быть выполнен в виде открытой подогреваемой емкости, заполненной водным раствором пероксида водорода, или в виде параллельных слоев ткани, пропитываемых водным раствором пероксида водорода, расположенных в потоке насыщаемого исходного газа, или в виде форсунки, распыляющей водный раствор пероксида водорода в потоке насыщаемого исходного газа.Saturation of the gas to be cleaned with hydrogen peroxide vapor is carried out in a special unit. The block can be made in the form of an open, heated container filled with an aqueous solution of hydrogen peroxide, or in the form of parallel layers of fabric impregnated with an aqueous solution of hydrogen peroxide located in a stream of saturated source gas, or in the form of a nozzle spraying an aqueous solution of hydrogen peroxide in a stream of saturated source gas.
Фотокаталитический способ окисления веществ основан на следующем принципе. При поглощении квантов ультрафиолетового излучения с длиной волны меньше 400 нм фотокатализатором образуются электрон-дырочные пары. Образующиеся дырки обладают высоким окислительным потенциалом около +3. В относительно стандартного водородного электрода. Дырки могут либо напрямую окислять адсорбированные молекулы, либо взаимодействовать с адсорбированными гидроксильными группами с образованием сильного окислителя - гидроксильных радикалов (ОН), которые, в свою очередь, окисляют адсорбированные молекулы органических веществ. Таким образом, образующиеся ОН радикалы являются главными окисляющими агентами.The photocatalytic method for the oxidation of substances is based on the following principle. Upon absorption of quanta of ultraviolet radiation with a wavelength of less than 400 nm by the photocatalyst, electron-hole pairs are formed. The resulting holes have a high oxidative potential of about +3. In a relatively standard hydrogen electrode. Holes can either directly oxidize adsorbed molecules, or interact with adsorbed hydroxyl groups to form a strong oxidizing agent - hydroxyl radicals (OH), which, in turn, oxidize adsorbed molecules of organic substances. Thus, the OH radicals formed are the main oxidizing agents.
Известно также, что количество образующихся ОН радикалов определяется, в том числе, и интенсивностью падающего на катализатор УФ излучения. Поскольку мощность источников УФ излучения, применяющихся в бытовых и промышленных приборах очистки воздуха, ограничена, это приводит к тому, что скорость окисления органических веществ также имеет свой предел. Кроме того, при окислении ароматических и гетероатомных органических соединений часто образуются трудноокисляемые промежуточные продукты, которые приводят к общему падению скорости окисления на катализаторе и его дезактивации. Реактивация катализатора требует большого количества времени (десятки часов), в течение которого прибор должен работать в чистом воздухе. Это представляет определенные технические проблемы и приводит к лишним затратам на регенерацию катализатора.It is also known that the amount of OH radicals formed is determined, inter alia, by the intensity of the UV radiation incident on the catalyst. Since the power of UV radiation sources used in domestic and industrial air purification devices is limited, this leads to the fact that the oxidation rate of organic substances also has its own limit. In addition, during the oxidation of aromatic and heteroatomic organic compounds, often difficult to oxidize intermediate products are formed, which lead to a general decrease in the oxidation rate on the catalyst and its deactivation. Reactivation of the catalyst requires a large amount of time (tens of hours), during which the device must work in clean air. This presents certain technical problems and leads to unnecessary costs for the regeneration of the catalyst.
В настоящем изобретении предлагается решить эту проблему путем введения в реакционную систему мощного дополнительного источника ОН радикалов, а именно пероксида водорода. Молекулы пероксида водорода способны разлагаться на поверхности диоксида титана как под действием УФ света, так и самопроизвольно, приводя к образованию дополнительного количества ОН радикалов. Это приводит к увеличению скорости окисления органических веществ и резко уменьшает дезактивацию катализатора. Более предпочтительным фотокатализатором при работе в присутствии паров пероксида водорода является диоксид титана, допированный переходными металлами, поскольку эти элементы резко ускоряют процесс разрушения пероксида водорода за счет его взаимодействия с d-орбиталями электронных оболочек.The present invention proposes to solve this problem by introducing into the reaction system a powerful additional source of OH radicals, namely hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide molecules can decompose on the surface of titanium dioxide both under the influence of UV light and spontaneously, leading to the formation of an additional amount of OH radicals. This leads to an increase in the rate of oxidation of organic substances and dramatically reduces catalyst deactivation. A more preferable photocatalyst when working in the presence of hydrogen peroxide vapor is titanium dioxide doped with transition metals, since these elements sharply accelerate the destruction of hydrogen peroxide due to its interaction with d-orbitals of electron shells.
Данное изобретение позволяет расширить области применения фотокаталитических устройств очистки воздуха, поскольку позволяет сохранить работоспособность таких устройств в более широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ.This invention allows us to expand the scope of photocatalytic air purification devices, since it allows to maintain the operability of such devices in a wider range of concentrations of pollutants.
Известно, что давление паров пероксида водорода над 35% водным раствором составляет около 1 мм рт.ст. при комнатной температуре. Таким образом, введение паров пероксида водорода в загрязненную воздушную смесь можно проводить следующим способом. В потоке воздуха непосредственно перед фотокаталитическим блоком очистителя воздуха располагают блок дозировки пероксида водорода (см. Фиг.1, блок 4). Блок конструктивно может представлять собой:It is known that the vapor pressure of hydrogen peroxide over a 35% aqueous solution is about 1 mmHg. at room temperature. Thus, the introduction of hydrogen peroxide vapor into a contaminated air mixture can be carried out in the following way. In the air stream immediately in front of the photocatalytic unit of the air purifier, a hydrogen peroxide dosage unit is located (see Figure 1, block 4). A block can structurally be:
1. Широкая плоская открытая емкость типа чашки Петри, в которую непрерывно подается водный раствор пероксида водорода из специального резервуара. Воздушный поток непрерывно обдувает эту емкость и насыщается парами пероксида водорода. Для ускорения процесса испарения и, соответственно, увеличения концентрации пероксида водорода на входе в фотокаталитический блок очистителя воздуха емкость можно подогревать вплоть до температуры кипения раствора пероксида водорода. Материал, из которого изготавливают емкость испарителя, должен быть инертен по отношению к реакции разложения пероксида водорода. Это могут быть различные сорта стекла, кварца или пирекса; фторопласт или другие пластмассы, устойчивые к действию пероксида водорода при повышенных температурах.1. A wide flat open container such as a Petri dish, into which an aqueous solution of hydrogen peroxide from a special tank is continuously supplied. An air stream continuously blows around this tank and is saturated with hydrogen peroxide vapor. To accelerate the evaporation process and, accordingly, increase the concentration of hydrogen peroxide at the inlet of the photocatalytic unit of the air purifier, the tank can be heated up to the boiling point of the hydrogen peroxide solution. The material from which the evaporator tank is made must be inert with respect to the decomposition reaction of hydrogen peroxide. It can be various grades of glass, quartz or pyrex; fluoroplastic or other plastics resistant to hydrogen peroxide at elevated temperatures.
2. Ткань или полотно, устойчивое к действию пероксида водорода при повышенной температуре, а также инертное по отношению к реакции его разложения. Например, различные виды стеклотканей, специальные сорта асбеста или полимерные ткани. Такая ткань пропитывается водным раствором пероксида водорода, например, за счет действия капиллярных сил или орошением поверхности из форсунки. Смоченная ткань размещается либо параллельно потоку воздуха несколькими слоями, либо перпендикулярно. Далее, за счет испарения происходит насыщение воздуха, проходящего над (через) тканью, парами пероксида водорода. Для интенсификации процесса испарения ткань или проходящий воздух можно подогревать. Данный способ позволяет более эффективно насыщать воздух парами пероксида водорода за счет более развитой поверхности контакта воздуха с раствором, чем в предыдущем случае.2. A fabric or web that is resistant to hydrogen peroxide at elevated temperatures, as well as inert to the decomposition reaction. For example, various types of fiberglass fabrics, special varieties of asbestos or polymer fabrics. Such a fabric is impregnated with an aqueous solution of hydrogen peroxide, for example, due to the action of capillary forces or by irrigation of the surface from the nozzle. The wetted fabric is placed either parallel to the air flow in several layers, or perpendicularly. Further, due to evaporation, the air passing over (through) the fabric is saturated with hydrogen peroxide vapor. To intensify the evaporation process, the fabric or the passing air can be heated. This method allows more efficiently saturate the air with hydrogen peroxide vapor due to the more developed surface of the contact of air with the solution than in the previous case.
3. Форсунка, распыляющая водный раствор пероксида водорода в потоке проходящего воздуха. Воздух можно подогревать для улучшения условий испарения капелек подаваемого раствора.3. Nozzle spraying an aqueous solution of hydrogen peroxide in a stream of passing air. The air can be heated to improve the evaporation conditions of the droplets of the feed solution.
Во многих случаях пары воды, составляющие часть паров раствора пероксида водорода, также приводят к некоторому увеличению скорости фотокаталитического окисления за счет образования дополнительного гидроксильного покрова поверхности катализатора.In many cases, water vapor, which is part of the vapor of a hydrogen peroxide solution, also leads to some increase in the rate of photocatalytic oxidation due to the formation of an additional hydroxyl coating on the catalyst surface.
В качестве фотокатализатора в предлагаемом изобретении используют чистый диоксид титана с кристаллической структурой анатаза или диоксид титана, содержащий один или несколько переходных металлов, предпочтительно диоксид титана с кристаллической структурой анатаза, содержащий один или несколько переходных металлов, переходными металлами, содержащимися в фотокатализаторе, предпочтительно являются платина или палладий, или любая их смесь.As the photocatalyst in the present invention, pure titanium dioxide with a crystalline anatase structure or titanium dioxide containing one or more transition metals, preferably titanium dioxide with a crystalline anatase structure containing one or more transition metals, is used, the transition metals contained in the photocatalyst are preferably platinum or palladium, or any mixture thereof.
Диоксид титана, а также модифицированный диоксид титана имеют настолько высокую активность разложения пероксида водорода, так что пары Н2O2, добавленные в воздушную смесь в блоке дозирования паров пероксида водорода, полностью разлагаются в фотокаталитическом блоке и, выходящий из устройства очистки воздух, полностью свободен от паров пероксида водорода.Titanium dioxide as well as modified titanium dioxide have such a high decomposition activity of hydrogen peroxide, so that the H 2 O 2 vapors added to the air mixture in the hydrogen peroxide vapor metering unit are completely decomposed in the photocatalytic unit and the air leaving the purification device is completely free from vapors of hydrogen peroxide.
На Фиг.1 представлен пример возможной конструкции фотокаталитического очистителя воздуха, оборудованного дозатором пероксида водорода: 1 - вентилятор; 2 - теплообменники; 3 - насос; 4 - дозатор пероксида водорода; 5 - керамические носители с фотокатализатором; 6 - УФ лампы.Figure 1 presents an example of a possible design of a photocatalytic air purifier equipped with a hydrogen peroxide dispenser: 1 - fan; 2 - heat exchangers; 3 - pump; 4 - hydrogen peroxide dispenser; 5 - ceramic media with photocatalyst; 6 - UV lamps.
На представленной Фиг. дозатор пероксида водорода схематично изображен в виде блока 4 и конструктивно может представлять собой любой из описанных вариантов.In the FIG. the hydrogen peroxide dispenser is shown schematically in the form of a block 4 and can structurally be any of the described options.
Принцип действия данного устройства состоит в следующем. Загрязненный воздух подается вентилятором (1), проходит через теплообменник (2) и нагревается. Далее он попадает в блок-дозатор (4) и насыщается парами пероксида водорода. Затем происходит очистка воздуха в секции, оборудованной керамическим сотовым носителем фотокатализатора (5) и УФ-лампами (6). При выходе наружу очищенный воздух отдает часть тепла, полученного от УФ-ламп, теплообменнику (2). Циркуляция теплоносителя между теплообменниками осуществляется с помощью насоса (3).The principle of operation of this device is as follows. The polluted air is supplied by the fan (1), passes through the heat exchanger (2) and heats up. Then it enters the metering unit (4) and is saturated with hydrogen peroxide vapor. Then, air is cleaned in a section equipped with a ceramic honeycomb carrier of the photocatalyst (5) and UV lamps (6). When leaving the purified air gives off part of the heat received from the UV lamps to the heat exchanger (2). The heat carrier is circulated between the heat exchangers using a pump (3).
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Сущность изобретения демонстрируется на примере окисления паров диэтилсульфида C2H5SC2H5 в статическом реакторе. Расположение и внешний вид оборудования при проведении этого эксперимента представлены на Фиг.2.The invention is demonstrated by the example of the oxidation of vapors of diethyl sulfide C 2 H 5 SC 2 H 5 in a static reactor. The location and appearance of the equipment during this experiment are presented in figure 2.
В реакторе (7) объемом 400 см3, термостатируемом при температуре, близкой к комнатной, помещают таблетку фотокатализатора (8). Перемешивание газа в реакторе осуществляют с помощью пропеллера (9), приводимого во вращение от магнитной мешалки (15). Освещение проводят ртутной лампой ДРШ-1000 (12), установленной на подъемном столике (14), свет от которой фильтруется интерференционным светофильтром (13) с максимумом пропускания при 365 нм и направляется на фотокатализатор (8) с помощью зеркала (11). Отбор проб газа из реактора (7) для анализа осуществляют через пробоотборник (10).In a reactor (7) with a volume of 400 cm 3 , thermostatically controlled at a temperature close to room temperature, a tablet of the photocatalyst (8) is placed. Mixing of gas in the reactor is carried out using a propeller (9), driven in rotation from a magnetic stirrer (15). Lighting is carried out with a DRSh-1000 mercury lamp (12) mounted on a lifting table (14), the light from which is filtered by an interference filter (13) with a maximum transmission at 365 nm and sent to the photocatalyst (8) using a mirror (11). Gas sampling from the reactor (7) for analysis is carried out through a sampler (10).
Пример 1. В реактор помещают стеклянную пластинку с нанесенным фотокатализатором (0,2 мас.% Pt/TiO2 с удельной площадью поверхности > 300 м2/г, масса катализатора 20 мг) и вводят 0,5 мкл диэтилсульфида. Через 15 мин начинают освещать образец и периодически отбирать газовые пробы из реактора для анализа содержания CO2 с помощью хроматографа. Рассчитанная скорость накопления CO2 за первые 45 мин протекания реакции составляет 9,6·10-9 моль/мин.Example 1. A glass plate coated with a photocatalyst (0.2 wt% Pt / TiO 2 with a specific surface area> 300 m 2 / g, catalyst weight 20 mg) was placed in a reactor and 0.5 μl of diethyl sulfide was introduced. After 15 minutes, the sample begins to light up and gas samples are periodically taken from the reactor to analyze the CO 2 content using a chromatograph. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction is 9.6 · 10 -9 mol / min.
Пример 2. Аналогичен примеру 1, с тем отличием, что на дно реактора устанавливают небольшую стеклянную чашку, в которую добавляют 2 мл воды перед началом опыта. Рассчитанная скорость накопления СО2 за первые 45 мин протекания реакции составляет 9,4·10-9 моль/мин.Example 2. Similar to example 1, with the difference that a small glass cup is placed on the bottom of the reactor, into which 2 ml of water is added before the start of the experiment. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction is 9.4 · 10 -9 mol / min.
Пример 3. Аналогичен примеру 2, с тем отличием, что в чашку перед началом эксперимента добавляют 2 мл 35% раствора пероксида водорода. Рассчитанная скорость накопления CO2 за первые 45 мин протекания реакции в этом примере составляет 3,7·10-8 моль/мин.Example 3. Similar to example 2, with the difference that 2 ml of a 35% hydrogen peroxide solution is added to the cup before the start of the experiment. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction in this example is 3.7 · 10 -8 mol / min.
Пример 4. Аналогичен примеру 1, с тем отличием, что в качестве фотокатализатора берут чистый диоксид титана марки Hombikat UV 100 (Sachtleben Chemie, 100% анатаз, удельная площадь поверхности 340 м2/г). Рассчитанная скорость накопления СО2 за первые 45 мин протекания реакции в этом случае составляет 1,05·10-8 моль/мин.Example 4. Similar to example 1, with the difference that as the photocatalyst take pure titanium dioxide brand Hombikat UV 100 (Sachtleben Chemie, 100% anatase, specific surface area 340 m 2 / g). The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction in this case is 1.05 · 10 -8 mol / min.
Пример 5. Аналогичен примеру 4, с тем отличием, что на дно реактора устанавливают небольшую стеклянную чашку, в которую добавляют 2 мл 35% раствора пероксида водорода перед началом опыта. Рассчитанная скорость накопления СО2 за первые 45 мин протекания реакции составляет 1,3·10-8 моль/мин.Example 5. Similar to example 4, with the difference that a small glass cup is placed on the bottom of the reactor, into which 2 ml of a 35% hydrogen peroxide solution is added before the start of the experiment. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction is 1.3 · 10 -8 mol / min.
Пример 6. Аналогичен примеру 1, с тем отличием, что в качестве фотокатализатора берут диоксид титана с нанесенным Pd в количестве 0,2 мас.%. Рассчитанная скорость накопления СО2 за первые 45 мин протекания реакции в этом примере составляет 7,8·10-9 моль/мин.Example 6. Similar to example 1, with the difference that titanium dioxide with deposited Pd in the amount of 0.2 wt.% Is taken as the photocatalyst. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction in this example is 7.8 · 10 -9 mol / min.
Пример 7. Аналогичен примеру 6, с тем отличием, что на дно реактора устанавливают небольшую стеклянную чашку, в которую добавляют 2 мл 35% раствора пероксида водорода перед началом опыта. Рассчитанная скорость накопления СО2 за первые 45 мин протекания реакции составляет 2,6·10-8 моль/мин.Example 7. Similar to example 6, with the difference that a small glass cup is placed on the bottom of the reactor, into which 2 ml of a 35% hydrogen peroxide solution is added before the start of the experiment. The calculated CO 2 accumulation rate for the first 45 minutes of the reaction is 2.6 · 10 -8 mol / min.
В приведенных выше примерах скорость образования СО2 фактически пропорциональна скорости разложения паров диэтилсульфида. Эти данные представлены в Таблице, из них видно, что в присутствии паров пероксида водорода фотоокисление диэтилсульфида протекает в 4 раза быстрее (примеры 1 и 3) в случае использования фотокатализатора с нанесенной платиной и в 3 раза быстрее (примеры 6 и 7) в случае использования фотокатализатора с нанесенным палладием. При этом в случае использования чистого диоксида титана или замены раствора пероксида водорода на дистиллированную воду такой эффект значительно слабее (примеры 4 и 5).In the above examples, the rate of formation of CO 2 is actually proportional to the rate of decomposition of diethyl sulfide vapor. These data are presented in the Table, it can be seen that in the presence of hydrogen peroxide vapor, the photooxidation of diethyl sulfide proceeds 4 times faster (examples 1 and 3) in the case of using a platinum-coated photocatalyst and 3 times faster (examples 6 and 7) in the case of using palladium coated photocatalyst. Moreover, in the case of using pure titanium dioxide or replacing a solution of hydrogen peroxide with distilled water, this effect is much weaker (examples 4 and 5).
В следующих примерах приведены результаты испытаний фотокаталитического очистителя воздуха-светильника (ФКО) (Свидетельство РФ на полезную модель №8634, B 01 J 19/10, 16.12.98). В данном устройстве используется традиционный принцип работы таких устройств без добавления паров пероксида водорода.The following examples show the results of testing a photocatalytic air-lamp purifier (FCO) (RF Certificate for Utility Model No. 8634, B 01 J 19/10, 12.16.98). This device uses the traditional principle of operation of such devices without the addition of hydrogen peroxide vapor.
Пример 8. В герметичную пластиковую камеру объемом 400 литров помещают ФКО, в котором в качестве фотокатализатора используют 3 г диоксида титана, содержащего 0,2 мас.% нанесенной металлической платины. В камеру вводят 0,3 см3 ацетона и при комнатной температуре наблюдают за процессом увеличения концентрации диоксида углерода (CO2), образующегося в результате фотокаталитического разложения паров ацетона. Измеренная за 1 ч скорость образования CO2 составляет 1,63·10-5 моль/мин.Example 8. In a sealed plastic chamber with a volume of 400 liters is placed FKO, in which 3 g of titanium dioxide containing 0.2 wt.% Supported metal platinum is used as a photocatalyst. 0.3 cm 3 of acetone is introduced into the chamber and at room temperature the process of increasing the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) resulting from the photocatalytic decomposition of acetone vapor is observed. The CO 2 formation rate measured over 1 h is 1.63 · 10 -5 mol / min.
Примеры 9-11 описывают применение предлагаемого способа в известном устройстве (Свидетельство РФ на полезную модель №8634, B 01 J 19/10, 16.12.98).Examples 9-11 describe the application of the proposed method in a known device (Certificate of the Russian Federation for utility model No. 8634, B 01 J 19/10, 16.12.98).
Пример 9. Аналогичен примеру 8, с тем отличием, что в камеру устанавливают чашку Петри, в которую наливают 10 мл 35% водного раствора пероксида водорода. В течение всего эксперимента чашку подогревают до температуры ≈ 40°С. Измеренная за 1 ч скорость образования CO2 составляет 3,68·10-5 моль/мин.Example 9. Similar to example 8, with the difference that a Petri dish is placed in the chamber, into which 10 ml of a 35% aqueous solution of hydrogen peroxide is poured. During the entire experiment, the cup is heated to a temperature of ≈40 ° C. The CO 2 formation rate measured in 1 h is 3.68 · 10 -5 mol / min.
Пример 10. Аналогичен примеру 8, с тем отличием, что в камеру устанавливают пластиковую ванночку, наполненную 35% водным раствором пероксида водорода, с крышкой. В крышке на всю длину сделаны 4 параллельных разреза, в которые вставлены куски ткани, изготовленной из полипропилена. Нижние края всех четырех кусков погружены в раствор пероксида водорода, который под действием капиллярных сил поднимается по волокнам ткани на высоту порядка 10 сантиметров. Осевой вентилятор, расположенный в камере, продувает воздух вдоль параллельных слоев ткани, и он насыщается парами пероксида водорода.Example 10. Similar to example 8, with the difference that a plastic bath is installed in the chamber, filled with a 35% aqueous solution of hydrogen peroxide, with a lid. 4 parallel cuts are made in the lid for the entire length, into which pieces of fabric made of polypropylene are inserted. The lower edges of all four pieces are immersed in a solution of hydrogen peroxide, which under the action of capillary forces rises through the fibers of the fabric to a height of about 10 centimeters. An axial fan located in the chamber blows air along parallel layers of fabric, and it is saturated with hydrogen peroxide vapor.
Измеренная за 1 ч скорость образования CO2 при фотокаталитическом окислении паров ацетона в этих условиях составляет 3,2·10-5 моль/мин.The CO 2 formation rate measured during 1 h during the photocatalytic oxidation of acetone vapor under these conditions is 3.2 · 10 -5 mol / min.
Пример 11. Аналогичен примеру 8, с тем отличием, что в камере устанавливают осевой вентилятор, создающий поток воздуха 100 м3/час. В потоке воздуха устанавливают сопло, в которое под давлением подается 35% водный раствор пероксида водорода со скоростью 0,1 см3/мин. На выходе из сопла образуется взвесь, которая подхватывается потоком воздуха.Example 11. Similar to example 8, with the difference that an axial fan is installed in the chamber, creating an air flow of 100 m 3 / h. A nozzle is installed in the air stream, into which a 35% aqueous solution of hydrogen peroxide is fed under pressure at a speed of 0.1 cm 3 / min. At the exit of the nozzle, a suspension forms, which is picked up by a stream of air.
Измеренная за 1 ч скорость образования CO2 при фотокаталитическом окислении паров ацетона в этих условиях составляет 3,0·10-5 моль/мин.The CO 2 formation rate measured during 1 h during the photocatalytic oxidation of acetone vapor under these conditions is 3.0 · 10 -5 mol / min.
Сравнение примеров 8, 9, 10 и 11 показывает, что добавление паров пероксида водорода к очищаемому воздуху более чем в 2 раза увеличивает эффективность работы ФКО в примерах 9 и 10 и в 1,8 раза увеличивает эффективность работы ФКО в примере 11.A comparison of examples 8, 9, 10 and 11 shows that the addition of hydrogen peroxide vapor to the cleaned air more than 2 times increases the efficiency of the FCF in examples 9 and 10 and 1.8 times increases the efficiency of the PCF in example 11.
Таким образом, как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет значительно увеличить эффективность фотокаталитической очистки газов и может найти применение как в существующих устройствах фотокаталитической очистки газов, так и во вновь разрабатываемых.Thus, as can be seen from the above examples, the proposed method can significantly increase the efficiency of photocatalytic gas purification and can be used both in existing photocatalytic gas purification devices and in newly developed ones.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105183/15A RU2259866C1 (en) | 2004-02-25 | 2004-02-25 | Method of photocatalytic gas purification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105183/15A RU2259866C1 (en) | 2004-02-25 | 2004-02-25 | Method of photocatalytic gas purification |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004105183A RU2004105183A (en) | 2005-08-10 |
| RU2259866C1 true RU2259866C1 (en) | 2005-09-10 |
Family
ID=35844427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004105183/15A RU2259866C1 (en) | 2004-02-25 | 2004-02-25 | Method of photocatalytic gas purification |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2259866C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2339438C2 (en) * | 2006-12-27 | 2008-11-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное объединение "Лаборатория импульсной техники" (ЗАО НПО "ЛИТ") | Method of gas photocatalytic treatment and odor control |
| RU2352382C1 (en) * | 2007-10-22 | 2009-04-20 | Александр Васильевич Загнитько | Method of highly efficient air purification from disperse and molecular admixtures |
| RU2386451C2 (en) * | 2008-05-30 | 2010-04-20 | Закрытое акционерное общество "Лаборатория импульсной техники" (ЗАО "ЛИТ") | Method of indoor air disinfection |
| RU2450851C2 (en) * | 2010-02-17 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибТермоХим" | Method of air cleaning and decontamination |
| RU2545360C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for combined plasma-photochemical air purification |
| RU2545379C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for plasma-photochemical air purification and apparatus therefor |
| RU2614761C1 (en) * | 2015-11-11 | 2017-03-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Method for photocatalyst production for carbon monoxide oxidation |
| RU2697982C1 (en) * | 2018-08-03 | 2019-08-21 | Валентин Геннадьевич Левандовский | Medical console for clean rooms (versions) |
| EA039152B1 (en) * | 2021-03-17 | 2021-12-10 | Галина Петровна Орлова | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4833260A (en) * | 1982-07-28 | 1989-05-23 | Anic S.P.A. | Process for the epoxidation of olefinic compounds |
| RU2022643C1 (en) * | 1989-12-09 | 1994-11-15 | Дегусса Аг | Catalyst for diesel motors exhaust purification by oxidation |
| RU2053383C1 (en) * | 1989-07-03 | 1996-01-27 | Московский авиационный институт им.С.Орджоникидзе | Method of cleaning exhaust gases of toxic agents |
| RU2095126C1 (en) * | 1996-09-25 | 1997-11-10 | Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ | Plant for air cleaning |
| WO2000007964A1 (en) * | 1998-08-07 | 2000-02-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for oxidizing hydrocarbons |
| RU2151632C1 (en) * | 1998-10-20 | 2000-06-27 | Балихин Игорь Львович | Photocatalytic element and method for manufacture thereof |
| RU2168053C2 (en) * | 1995-12-19 | 2001-05-27 | Локхид Мартин Корпорейшн | Method and device for reduction of toxic components and contaminating admixtures in engine exhaust gases |
-
2004
- 2004-02-25 RU RU2004105183/15A patent/RU2259866C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4833260A (en) * | 1982-07-28 | 1989-05-23 | Anic S.P.A. | Process for the epoxidation of olefinic compounds |
| RU2053383C1 (en) * | 1989-07-03 | 1996-01-27 | Московский авиационный институт им.С.Орджоникидзе | Method of cleaning exhaust gases of toxic agents |
| RU2022643C1 (en) * | 1989-12-09 | 1994-11-15 | Дегусса Аг | Catalyst for diesel motors exhaust purification by oxidation |
| RU2168053C2 (en) * | 1995-12-19 | 2001-05-27 | Локхид Мартин Корпорейшн | Method and device for reduction of toxic components and contaminating admixtures in engine exhaust gases |
| RU2095126C1 (en) * | 1996-09-25 | 1997-11-10 | Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ | Plant for air cleaning |
| WO2000007964A1 (en) * | 1998-08-07 | 2000-02-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for oxidizing hydrocarbons |
| RU2151632C1 (en) * | 1998-10-20 | 2000-06-27 | Балихин Игорь Львович | Photocatalytic element and method for manufacture thereof |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2339438C2 (en) * | 2006-12-27 | 2008-11-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное объединение "Лаборатория импульсной техники" (ЗАО НПО "ЛИТ") | Method of gas photocatalytic treatment and odor control |
| RU2352382C1 (en) * | 2007-10-22 | 2009-04-20 | Александр Васильевич Загнитько | Method of highly efficient air purification from disperse and molecular admixtures |
| RU2386451C2 (en) * | 2008-05-30 | 2010-04-20 | Закрытое акционерное общество "Лаборатория импульсной техники" (ЗАО "ЛИТ") | Method of indoor air disinfection |
| RU2450851C2 (en) * | 2010-02-17 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибТермоХим" | Method of air cleaning and decontamination |
| RU2545360C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for combined plasma-photochemical air purification |
| RU2545379C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method for plasma-photochemical air purification and apparatus therefor |
| RU2614761C1 (en) * | 2015-11-11 | 2017-03-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Method for photocatalyst production for carbon monoxide oxidation |
| RU2697982C1 (en) * | 2018-08-03 | 2019-08-21 | Валентин Геннадьевич Левандовский | Medical console for clean rooms (versions) |
| EA039152B1 (en) * | 2021-03-17 | 2021-12-10 | Галина Петровна Орлова | Device for photocatalytic air purification and method for dynamic control of the degree of photocatalytic air purification therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004105183A (en) | 2005-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Photocatalytic degradation of gaseous toluene and ozone under UV254+ 185 nm irradiation using a Pd-deposited TiO2 film | |
| Wang et al. | The kinetics of photocatalytic degradation of trichloroethylene in gas phase over TiO2 supported on glass bead | |
| CA2694972C (en) | Purified hydrogen peroxide gas microbial control methods and devices | |
| Ohko et al. | Photocatalytic oxidation of nitrogen dioxide with TiO2 thin films under continuous UV-light illumination | |
| Abidi et al. | Modeling of indoor air treatment using an innovative photocatalytic luminous textile: Reactor compactness and mass transfer enhancement | |
| RU2259866C1 (en) | Method of photocatalytic gas purification | |
| Keller et al. | Biological agent inactivation in a flowing air stream by photocatalysis | |
| CN103316572A (en) | Device and method for purifying organic pollutants in gas through heterogeneous catalysis | |
| JPH0417098B2 (en) | ||
| IL121877A (en) | Photocatalysts for the degradation of organic pollutants | |
| CN207056335U (en) | A kind of box photo catalysis reactor | |
| KR20040075426A (en) | A method of purifing poisonous gas | |
| JPH09155160A (en) | Apparatus for decomposing and removing volatile organic compound and method therefor | |
| JP3848515B2 (en) | Water treatment equipment | |
| JPH09103644A (en) | Apparatus for treating volatile organic compound | |
| CN1973908A (en) | Air purifying column of active carbon supported Ag and TiO2 photocatalyst for indoor air purifier | |
| CN108996653A (en) | It is a kind of to utilize UV/Na2SO3The method that collaboration system carries out reduction dechlorination to 4- chlorophenol | |
| KR20040084378A (en) | A method of purifing poisonous gas | |
| Sahle-Demessie et al. | Comparison of liquid and gas-phase photooxidation of MTBE: synthetic and field samples | |
| JPWO2007004592A1 (en) | Alumina coating forming method, alumina fiber, and gas treatment apparatus equipped with the same | |
| CN107487808A (en) | A kind of photo-catalyst device | |
| KR100714849B1 (en) | Photocatalyst composition, its fixing method and continuous photocatalyst reactor using the photocatalyst | |
| JP3900460B2 (en) | Water treatment equipment | |
| CN104492235A (en) | Method and device for treating industrial waste gas | |
| Wiltowski et al. | Photocatalytic oxidation of trichloroethylene and carbon tetrachloride using titanium dioxide filter as a catalyst |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110221 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160226 |