راکتور هیبریدی پلاسما بررسی100 درصد تخصصی طراحی/فتوکاتالیستی

طراحی راکتور هیبریدی پلاسما/فتوکاتالیستی به طور سنتی، مطالعات مربوط به تخلیه سد دی الکتریک شامل وارد کردن مواد (به عنوان مثال، BaTiO3) با گذردهی نسبی بالا در ناحیه تخلیه پلاسما برای افزایش خواص الکتریکی آنها بود. میدان الکتریکی در محیط از طریق تخلیه‌های ریز بر روی ذرات قطبش ماده در ناحیه تخلیه پلاسما تقویت می‌شود. پیشنهاد کرده‌اند که خواص مواد گنجانده شده در راکتور پلاسما، هم تجزیه آلاینده و هم انتخاب پذیری CO2 را افزایش می‌دهد.

طراحی راکتور هیبریدی پلاسما/فتوکاتالیستی

طراحی راکتور هیبریدی پلاسما/فتوکاتالیستی به طور سنتی، مطالعات مربوط به تخلیه سد دی الکتریک شامل وارد کردن مواد (به عنوان مثال، BaTiO3) با گذردهی نسبی بالا در ناحیه تخلیه پلاسما برای افزایش خواص الکتریکی آنها بود. میدان الکتریکی در محیط از طریق تخلیه‌های ریز بر روی ذرات قطبش ماده در ناحیه تخلیه پلاسما تقویت می‌شود. پیشنهاد کرده‌اند که خواص مواد گنجانده شده در راکتور پلاسما، هم تجزیه آلاینده و هم انتخاب پذیری CO2 را افزایش می‌دهد.

این تغییرات همچنین بر افزایش اثربخشی راکتور پلاسما در شرایط عملیاتی که منجر به تخلیه پلاسما و ویژگی‌های مواد می‌شود، تأثیر می‌گذارد. راکتور استوانه‌ای کواکسیال راکتوری رایج است که هم در فرآیندهای آزمایشگاهی و هم در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی نوعی راکتور PBR است که در آن فضای تخلیه با گلوله های کاتالیزور پر شده است.

اکسیداسیون VOCs با استفاده از ادغام کاتالیزور ناهمگن و تخلیه غیر حرارتی پلاسما مورد مطالعه قرار داده شده است. این مطالعه مزایای افزودن یک ماده متخلخل با فعالیت غیر فوتوکاتالیستی را به تخلیه مانع دی الکتریک نشان داد. دسترسی به اجزای فعال کوتاه مدت تولید شده از تخلیه پلاسما به دلیل انتشار آنها در ساختار متخلخل σ-آلومینا و سیلیکاژل امکان پذیر بود. معرفی مواد فوتوکاتالیستی (به عنوان مثال، TiO2، ZnO و SnO2) در تخلیه های پلاسما می تواند مزایای زیادی را از سطح ویژه بالاتر و ترکیبات بالقوه واکنش پذیر ارائه دهد.

مشاهده شده که افزودن TiO2 به تخلیه تاج به طور قابل توجهی خنثی شدن تولوئن را افزایش می دهد. محققان یک فعال سازی سطحی احتمالی توسط جزء فعال را پیشنهاد کردند. با این حال، رویکرد فعال‌سازی فوتوکاتالیستی توسط اشعه‌های فرابنفش تولید شده در تخلیه کرونا لازم است به خوبی درک شود.

یک انتقال در سرعت تجزیه تولوئن تحت تخلیه اکسیژن پالسی از 40٪ به 70٪ گزارش شده است. این نتیجه با بارگذاری TiO2 روی یک بستر شیشه ای از طریق تکنیک سل-ژل برای تخلیه پلاسما امکان پذیر بود. محققان همچنین گزارش دادند که افزایش نرخ تبدیل آلاینده تابعی از ولتاژ استفاده شده برای هر پالس است. با این حال، تعامل بین دو فرآیند به خوبی درک نشده است.

یافته های قابل توجه فرآیندهای هیبریدی پلاسما/فتوکاتالیستی

برخی از یافته های قابل توجه فرآیندهای هیبریدی پلاسما/فتوکاتالیستی برای حذف VOC در جدول 3 خلاصه شده است. از حذف متانول، استایرن و بوتیل استات در اگزوزهای تصفیه خانه نفت شیل و سایت تولید بدنه خبر داد. آنها تقریباً 71٪ و 74٪ تجزیه بوتیل استات، متانول و استایرن را تحت انرژی ورودی ویژه[1] (SIE) به ترتیب 220 و 300 ژول بر لیتر مشاهده کردند. برخی از آزمایشات میدانی برای گیاهان ادویه ای و لاستیک با نمونه اولیه پلاسما که برای اصلاح جریان گاز تا 10 متر مکعب در دقیقه در نظر گرفته شده است انجام شده است.

بازده بو زدایی گاز با غلظت بوها با استفاده از روش اندازه گیری بویایی اندازه گیری شد. راندمان حذف تولوئن در سطح 10 ppm در هوای محیط و سیستم احتراق کاتالیزوری به کمک پلاسما تقریباً به 90٪ با نرخ جریان گاز 60 متر مکعب در دقیقه رسید. خنثی شدن H2S، NH3، NOx، لیمونن، تولوئن، همراه با حذف ذرات ریز گرد و غبار را در تاسیسات مقیاس نیمه صنعتی با استفاده از سیستم کرونا پالسی بررسی شد. این سیستم امکان سنجی تصفیه هوا را در مقیاس بزرگ نشان داد زیرا راندمان برای همه آلاینده های هدف آزمایش شده به 90-100٪ می رسد.

جدول3- حذف آلاینده ها با اکسیداسیون فتوکاتالیستی- پلاسما در مقیاس صنعتی

معمولاً از فناوری‌های مختلفی استفاده می‌شود که می‌توانند تخلیه تاج (پلاسمای تولید شده توسط تخلیه‌های الکتریکی)، تخلیه مانع دی الکتریک و پلاسمای غیر حرارتی ایجاد کنند. ادغام فوتوکاتالیز و تخلیه پلاسما می تواند عملکرد عملیاتی بالایی را با اثرات هم افزایی بسیاری ارائه دهد. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، راکتور در مقیاس آزمایشی می تواند تنها به عنوان یک سیستم پلاسمایی DBD و سیستم فوتوکاتالیستی یا به عنوان یک سیستم ترکیبی (فتوکاتالیز همراه با پلاسمای DBD) عمل کند. تنظیمات راکتور جفت شده دارای مزایای زیر است:

(1) اکسیداسیون آلاینده که توسط یون ها و رادیکال های آزاد تولید شده توسط گونه های فعال شده تحت تخلیه سد دی الکتریک تسهیل می شود، و

(2) جذب آلاینده ها/محصولات جانبی در بستر معدنی.

شکل5- پایلوت صنعتی ترکیب پلاسما و فوتوکاتالیست همزمان

پیشنهاد میکنیم مقاله مرتبط با بررسی تخصصی تخلیه پلاسما و فوتوکاتالیست را نیز مشاهده بفرمایید.

کاربردهای عملی و چشم انداز تحقیقات آینده

در میان فرآیندهای فاز گاز، فناوری‌های نویدبخش بدون پسماند و بدون ماده واسطه مانند جفت شدن بین پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک (DBD) و کاتالیز وجود دارد. این فرآیندها از نظر هم افزایی، با مصرف کم انرژی، چشم اندازهای بسیار جالبی هستند. با این حال، محصولات جانبی با کوپلینگ پلاسما و فوتوکاتالیست کاهش می‌یابند، مقدار NOx و ازن در خروجی راکتورها ناچیز باقی می‌ماند. همه اینها یک چالش مهم است که نیاز به تحقیقات بیشتر در چارچوب عملیات پس از تخلیه دارد.

منبع :hybrid reactor design studies

[1] specifc input energy (SIE)