عنوان پایان‌نامه
اکسیداسیون ترکیبات آلی فرار VOCs آلاینده هوا با استفاده از پلاسمای سرد در راکتور نانو کاتالیستی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1429.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62658
- تاریخ دفاع
- ۲۰ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- ساغر معصومی گودرزی
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- حذف ترکیبات آلی فرار به دلیل مشکلات زیست محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی اکسیداسیون تری کلرو اتیلن در محیط تخلیه کرونای منفی نوک و صفحه در حضور کاتالیست و یا عدم آن پرداخته شده است. برای انجام آزمایش ها با تنظیم دبی هوا غلظت تری کلرو اتیلن را در محدوده ppm 500-100 نگه داشته و جریان خروجی را به صورت مداوم با دستگاه FTIR مورد بررسی قرار دادیم. در بخش پلاسما-کاتالیستی به بررسی کاتالیست های اکسید فلزی و فلزات گرانبها پرداختیم. برای ترکیب کردن کاتالیست با پلاسما از دو روش قرار دادن کاتالیست درون و بعد از محیط پلاسما استفاده کردیم. بدین منظور کاتالیست های مورد نظر را روی دیواره یک کانال راکتور مونولیتی از جنس آلومینا نشاندیم. کاتالیست های اکسید فلزی که اکسید کبالت و منگنز می باشند به روش رسوبی تهیه شدند. کاتالیست های فلزات گرانبها، کاتالیست 2% وزنی طلا و پلاتین بر روی پایه اکسید منگنز می باشند که به ترتیب به روش های نشاندن-رسوبی و تلقیح خشک تهیه شده اند. برای بررسی خواص کاتالیست ها از آنالیزهای BET، XRD و مادون قرمز استفاده کردیم. در ابتدا اثر پارامترهای فاصله سوزن تا صفحه، دبی گاز ورودی و غلظت اولیه تری کلرو اتیلن بر روی درصد تبدیل و گزینش پذیری بررسی شده است و مقادیر بهینه آن ها به ترتیب mm 11، ml/min 300 و ppm 200 انتخاب شد. نتایج بدست آمده در بخش پلاسما-کاتالیستی نشان می دهد که کاتالیست Mn3O4 در شرایط درون پلاسما بیشترین میزان درصد تبدیل (حدود 80%) را دارد که این به دلیل قابلیت بالای این کاتالیست در تجزیه ازون به تعداد زیادی رادیکال های O می باشد. کاتالیست Co3O4 در شرایط درون پلاسما بیشترین میزان انتخاب پذیری به CO2 (حدود 70%) را دارد که این به دلیل جذب بالای TCE بر روی سایت های این کاتالیست می باشد. با افزودن Au 2% به کاتالیست Mn3O4 درصد تبدیل کاهش یافته که این به دلیل تبدیل ازون به مولکول اکسیژن توسط این کاتالیست می باشد. این در حالی است که این کاتالیست گزینش پذیری بالایی را نسبت به CO2 نشان داده است که به دلیل قابلیت این کاتالیست در تبدیل CO به CO2 در دمای پایین می باشد. با افزودن Pt 2% به کاتالیست Mn3O4 درصد تبدیل تغییری نکرده است که این به دلیل عدم تشکیل NOx توسط این کاتالیست می باشد. بنابراین با افزودن Pt 2% به کاتالیست درصد تبدیل بالایی بدست آمد و میزان گزینش پذیری نسبت به CO2 تا حد زیادی افزایش یافت و میزان NOx و DCAC (CHCl2-COCl) به صفر رسید.
- Abstract
- Oxidation of volatile organic compounds is becoming an issue of growing concern because of strict environmental regulation. Catalytic and non-catalytic oxidation of trichloroethylene using negative-pin-to-plate corona discharge in the absence and presence of catalyst was investigated in this study. In the experiments, total gas flow rate was controlled to keep the concentration of trichloroethylene in the range of 100-500 ppm. The outlet gas was analyzed using FTIR continuously. For the catalytic oxidation, metal oxides and supported-nobel metal catalysts were investigated. Two techniques were employed for exposure of the polluted feed to plasma and catalysts. The catalysts were located in the plasma zone in the first technique and in the second the catalysts were located downstream of the plasma reactor. Therefore, the catalysts were deposited on the wall of an alumina monolith. Metal oxides including cobalt oxide and manganese oxide were synthesized using a precipitation method. The supported-nobel metal catalysts containing 2 wt% Au and Pt/ manganese oxide were synthesized using deposition-precipitation and dry impregnation methods, respectively. The morphology and structure of the samples were characterized with BET, XRD and FTIR. Firstly, the effect of different parameters like pin to plate distance, inlet gas flow rate and inlet concentration of trichloroethylene on the conversion and selectivity were investigated. The optimum values for these parameters were found to be 11 mm, 300 ml/min and 200 ppm, respectively. The results for catalytic oxidation indicated that the maximum value of conversion (approximately 80%) occurs at in plasma Mn3O4 catalyst because of high activity of this catalyst in decomposition of ozone to oxygen radicals. The maximum value of CO2 selectivity (approximately 70%) occurs at in plasma Co3O4 catalyst due to high adsorption of trichloroethylene on the sites of this catalyst. By adding 2 wt% Au to Mn3O4, the conversion of trichloroethylene decreased because ozone is likely to be converted to O2 molecules in presence of this catalyst. However, this catalyst showed a good selectivity to CO2 because of its high capability in converting CO to CO2 at room temperature. By adding 2 wt% Pt to the Mn3O4, the conversion of trichloroethylene did not change because it prevents NOx from being produced. Therefore, adding 2 wt% Pt to Mn3O4 results in a high conversion and CO2 selectivity and prevents NOx and DCAC (CHCl2-COCl) from being produced.
