Filtrace a katalytický rozklad nežádoucích složek v odpadních vzdušninách a spalinách pomocí nanovlákenných filtrů

Transkript

1 Filtrace a katalytický rozklad nežádoucích složek v odpadních vzdušninách a spalinách pomocí nanovlákenných filtrů Petr Šidlof 1, Jakub Hrůza 2, Pavel Hrabák 1 1 NTI FM TUL 2 KNT FT TUL Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

2 Obsah 1. Úvod výhody nanovlákenných materiálů pro filtrační aplikace možné aplikace nanovláken jako materiálu pro fyzikální filtraci jako nosiče katalyzátoru pro katalytický rozklad nežádoucích látek 2. Využití laserových metod pro vizualizaci filtračního procesu experimentální trať pro filtrace vzdušnin experimentální trať pro filtrace znečištěných vod kvantifikace účinnosti filtru 3. Čistění horkých spalin (spalovna komunálního odpadu Termizo a.s.) stávající technologie čištění spalin textilní filtr Remedia GORE pro destrukci PCDD/F možnosti nahrazení filtru Remedia nanovlákenným materiálem s katalyzátorem na bázi oxidů ušlechtilých kovů návrh testovací aparatury pro nové katalyticky-filtrační materiály Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

3 I. Úvod Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

4 Pokročilé sanační technologie a procesy I. Úvod Klasické vs. nanovlákenné filtry Výhody nanovláken průměr vlákna řádově 100µm velký měrný povrch Směr proudění Filtr při stejné tlakové ztrátě na filtru vyšší účinnost Zachycené částice polyimid 1.0 g/m2 polyuretan 2.13 g/m2 Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

5 II. Využití laserových metod pro vizualizaci filtračního procesu Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

6 Experimentální trať pro filtrace vzdušnin II. Laserové metody spolupráce s laboratoří laserové anemometrie (RSS FM) 1. Laser NewWave Gemini PIV, 16Hz max. 2. PIV kamera Dantec HiSense 12bit, 1280x1024, 4.5 doubleframes/sec max, objektiv Nikon AF Nikkor 60mm 3.Řídící jednotka kamery Dantec Camera Controller. 4. Dantec System Hub Flowmap. 5.Řídící PC. 6. Generátor částic 7. Vysavač AEG CE 250, 1600W. 8. Filtr. 9. Digitální diferenciální snímač tlaku GMH 07AN, rozsah 0-20kPa schéma aparatury detail kanálu s filtrem Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

7 Použité snímače, sběr dat z experimentu II. Laserové metody PC pro sběr dat sw National Instruments LabView, měřící karta NI cdaq-9172 s moduly snímače pro měření ve vodním kanálu magnetický indukční průtokoměr BadgerMeter M1500 a tlakoměr pro agresivní kapaliny GMSD3.5BRE/GMH3151 Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

8 Příprava, rozptyl a měření koncentrace částic (1/2) II. Laserové metody 1. Generátor Dantec dymanics (olejové kapky ~ 3µm) Generátor 3 spalování dřeva (pevné částice,?? velikost) Generátor 2 cigaretový kouř (pevné částice µm) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

9 Příprava, rozptyl a měření koncentrace částic (2/2) II. Laserové metody zásobník na částice, elektronika pro měření koncentrace částic Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

10 Výsledky měření vizualizace laserem II. Laserové metody vypočítané vektorové pole rychlosti vizualizace částic Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

11 Výsledky měření vyhodnocení naměřených dat II. Laserové metody 4 Flow T im 2500 Pressure D T naměřený průběh průtoku a tlakového spádu v čase vyhodnocení účinnosti (v čase, prostorově) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

12 Experimentální trať pro filtrace znečištěných vod II. Laserové metody detail uchycení filtru schéma aparatury 1. Laser NewWave Gemini PIV, 16Hz max. 2. PIV kamera Dantec HiSense 12bit, 1280x1024, 4.5 doubleframes/sec max, objektiv Nikon AF Nikkor 60mm 3.Řídící jednotka kamery Dantec Camera Controller. 4. Dantec System Hub Flowmap. 5.Řídící PC. 8. Filtr. 9. Digitální diferenciální snímač tlaku GMSD 2 BR, rozsah 0.1 až 0.2MPa, citlivost 100Pa. 10. Vodní čerpadlo AL-KO RAIN 2500, 350W, max 1.1bar, 0.7l/s. Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

13 Ukázka výsledků voda vs. vzduch II. Laserové metody částice ve vodě (polyamid 5µm) částice ve vzduchu (kouř) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

14 Závěry optické metody Přínos optických metod pro vizualizaci a měření účinnosti filtrace oproti standardním metodám vizualizace filtračního děje ve 2D řezu odhalení nehomogenit, slabých míst filtru sledování časového vývoje kvantifikace účinnosti s časovým a prostorovým rozlišením Otevřené problémy Měření velikosti částic (ideálně distribuce) Optický přístup do bezprostřední blízkosti filtru Kvantifikace počtu částic Průtokoměr s analogovým výstupem (flow controller) Budoucí práce Systematické měření materiálů o různých parametrech, tvorba databáze výsledků Výroba nového hydrodynamického kanálu Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

15 III. Čistění horkých spalin Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

16 Pokročilé sanační technologie a procesy III. Čistění spalin Technologie čištění spalin ve spalovně komunálního odpadu Termizo a.s. Elektrofiltr - elektrostatické odloučení pevných částic Dediox - destrukce PCDD/F a zachycení jemných částic na filtru Remedia Pračka - mokré čištění (HCl, HF, SO2,...) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

17 Remedia D/F Catalytic Filter System textilní filtr pro destrukci PCDD/F fy. W.L. GORE & Associates III. Čistění spalin hadicový filtr 676 hadic 6m x 15cm (plocha cca 1800m 2 ) spaliny: Nm 3 /h, o C náletový povrch - Gore membrána (fluoroplast) střiž (expandovaný PTFE) obsahující katalytické kovy umístění v netypickém místě technologie (v provozu od r.2003) účinnost destrukce PCDD/F cca 92% (1.39ng TEQ/m 3 -> 0.048ng TEQ/m 3 ) vnější pohled na smontovaný filtr Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

18 Možnosti nahrazení filtru Remedia nanovlákenným materiálem s katalyzátorem na bázi oxidů ušlechtilých kovů III. Čistění spalin (PH) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009

19 Závěry čištění spalin Otevřené problémy (PH) Budoucí práce Vývoj nových tepelně a chemicky odolných nanovlákenných materiálů (na bázi polyimidu, chitosanu) Výzkum a vývoj katalyzátorů ve formě nanočástic, inkorporace do nanovlákenných matric Ověření mechanické a tepelně-chemické stability materiálů, rizik pro životní prostrředí Konstrukce aparatury pro měření účinnosti katalytického rozkladu dioxinů či modelových látek i) laboratorní verze (TUL), ii) verze pro instalaci přímo do provozu liberecké spalovny Termizo a.s. (PH) Šidlof, Hrůza, Hrabák: Filtrace a katalýza pomocí nanovlákenných filtrů Seminár, 05/2009