Πειραματική διερεύνηση της προσροφητικής ικανότητας του ενεργού άνθρακα σε Τολουόλιο

Abstract

Οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCS) συνιστούν τους πιο σημαντικούς ατμοσφαιρικούς ρύπους, λόγω των επιβλαβών συνεπειών τους στο περιβάλλον, δεδομένου ότι εμπλέκονται στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος και είναι πρόδρομοι των φωτοχημικών οξειδωτικών παραγόντων που ευθύνονται για την όξινη βροχή και την κλιματική αλλαγή Επιπλέον, προκαλούν αλλοιώσεις στο νευρικό σύστημα και αποτελούν πηγή κινδύνου για τον καρκίνο και μεταλλάξεων στο γενετικό επίπεδο. Γενικώς, οι πτητικές οργανικές ενώσεις παράγονται στην αέρια φάση και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Μεταξύ αυτής της κατηγορίας ενώσεων, το Τολουόλιο είναι ιδιαίτερα σημαντικό δεδομένου ότι είναι τοξικό και συναντάται συνήθως στις εκπομπές βιομηχανικών διεργασιών.

Υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην μείωση των εκπομπών οργανικών πτητικών ενώσεων, όπως προσρόφηση, συμπύκνωση, θερμική οξείδωση, καταλυτική οξείδωση, φωτοκαταλυτική οξείδωση και βιοδιήθηση. Η προσρόφηση αποτελεί μια από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους και παρουσιάζει μεγάλη ποικιλία δυνατοτήτων εφαρμογής σε όρους συγκέντρωσης και ρυθμού ροής. Λαμβάνει χώρα σε πορώδη στερεά όπως ζεόλιθοι, πυρίτιο και ενεργοί άνθρακες. Οι ενεργοί άνθρακες είναι τα πλέον συχνά χρησιμοποιούμενα υλικά για το σκοπό αυτό, λόγω του υδροφοβικού τους χαρακτήρα και της υψηλή ειδικής τους επιφάνειας.

Στη διπλωματική αυτή εργασία αναλύεται η συμπεριφορά προσρόφησης Τολουολίου σε σφαιρίδια και κόκκους ενεργού άνθρακα Για τη λειτουργία του αναλυτή πίσσας, που παρασκευάστηκε για τα πειράματα με ενεργό άνθρακα το λογισμικό απόκτησης δεδομένων βαθμονομήθηκε για να μετρηθεί η περιεκτικότητα σε πίσσα που λαμβάνονται πριν και μετά τον καθαρισμό αερίων. Κατόπιν , η ροή του φέροντος αερίου, υδρογόνου και αέρα, καθώς και η θερμοκρασία της γραμμής μεταφοράς και του φούρνου τέθηκαν στις βέλτιστες τιμές τους.

Επιβεβαιώθηκε ότι το πορώδες έχει σημαντικές επιδράσεις στην χαμηλή συγκέντρωση VOC-προσρόφηση, ενώ η εμφανής επιφάνεια BET δεν ελέγχει την ικανότητα προσρόφησης Τολουόλιο. Επίσης, ο όγκος των στενών μικροπόρων και η θερμοκρασία επηρεάζουν τους κρίσιμους χρόνους και τους χρόνους κορεσμού. Περαιτέρω αποδείχτηκε ότι προκειμένου να συγκριθούν οι ικανότητες των ανθράκων που χρησιμοποιήθηκαν, ο ρυθμός προσρόφησης και η χωρική ταχύτητα του αερίου πρέπει να αποτελούν σταθεροί παράμετροι.

Τέλος, τα πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν συσχετίστηκαν με υπάρχουσες ισόθερμες προσρόφησης όπως αυτές των μοντέλων Langmuir και Freundlich. και οδήγησαν σε καλή πρόβλεψη των δυνατοτήτων προσρόφησης.

Volatile organic compounds (VOCs) are one of the most important air pollutants because of their harmful effects on the environment, since they are involved in the destruction of the ozone layer, they are precursors of photochemical oxidants and agents responsible for acid rain and climate change Furthermore, they cause alterations in the nervous system and are a source of risk for cancer and mutations at the genetic level. Generally, VOCs are produced in gas phase and at very low concentrations. Among this category of compounds, toluene is of special relevance since is toxic and commonly found in emissions from industrial processes.

There are different technologies used in the reduction of VOC emissions, such as adsorption, condensation, thermal oxidation, catalytic oxidation, photocatalytic oxidation and biofiltration. Adsorption is one of the most effective methods and presents a great range of applicability in terms of concentration and flow rate. It takes place in porous solids such as zeolites, silica gel and activated carbons . The last ones are the most often used materials for this purpose due to their hydrophobicity and high specific surface area.

This work analyses the adsorption behavior of toluene on two efficient microporous carbons in pellets and granular form. For the operation of the tar analyzer, which was prepared for the activated carbon experiments., the data acquisition software was calibrated in order to measure the tar content received before and after the activated carbon gas cleaning. After that the flow of the carrier gas, the hydrogen and air flows, the furnace and the transfer line temperature were set in the optimum values.

The experimental data reveals that porosity has major influences on low-concentration-VOC adsorption whereas the apparent BET surface area does not control the toluene adsorption capacity. Also the narrow micropore volume and temperature influence the breakthrough and saturation times. Furthermore It is confirmed that In order to compare the capacities of carbons that were used, adsorption rate and gas space velocity have to remain stable.

Finally the experimental data obtained, were correlated with existing adsorption isotherms such as the Langmuir and Freundlich models. and lead to good prediction of the adsorption capacities.