Využití heterogenní fotokatalýzy pro zpracování vod obsahující azobariva technické a ekonomické překážky. Marek Smolný, Kristýna Süsserová, Jiří Cakl

Transkript

1 Využití heterogenní fotokatalýzy pro zpracování vod obsahující azobariva technické a ekonomické překážky Marek Smolný, Kristýna Süsserová, Jiří Cakl

2 Heterogenní fotokatalýza AOP Advanced oxidation process Pokročilé oxidační procesy Pevný polovodičový katalyzátor (TiO2) UV záření (<384 nm) Elektron díry -> Hydroxylové radikály Neselektivní oxidace přítomných látek Oxidace až na minerální látky

3 [1]

4 Parametry ovlivňující Heterogenní fotokatalýzu Záření Druh/forma/množství katalyzátoru Interakce pevná částice kapalina zeta potenciál ph Přídavek dalších látek (H2O2) Charakter oxidovaných látek Množství rozpuštěného kyslíku [2]

5 Aplikace Pilotní projekty Splaškové vody Pesticidy Léčiva Mikroorganismy Chlorované uhlovodíky Barviva Ropné látky. [3]

6 Předpoklad Heterogenní fotokatalýza je drahá technologie Na první pohled: hlavní (provozní) náklad - elektrická energie Spotřebu elektrické energie lze snížit: Změnou katalyzátoru, přídavkem peroxidu vodíku, změnou ph, změnou zdroje UV záření Změnou těchto parametrů lze celý proces zlevnit Ověření ekonomičnosti v laboratorním reaktoru

7 Experimentální reaktor Vsádkový míchaný reaktor Objem 25 ml Periodické odebírání vzorků Odstředění, spektrofotometrické stanovení UV LED diody 8,5 W zářivého výkonu λ=365nm P25 (Ewonik) vsav1 (Precheza) TiO2 Reactive red 24:1 mono azo barvivo 5 mg/l

8 Postup Výběr parametrů Získání experimentálních dat pro jednotlivé proměnné Nelineární regrese získání rychlostních konstant Nákladová funkce Stanovení ceny el. Energie vs cena parametru Výpočet T9

9 c/c [-] A) Koncentrace katalyzátoru 1,8,6,4, Čas [min] 1 mg/l 3 mg/l 9 mg/l 18 mg/l 27 mg/l 4 mg/l 5 mg/l 75 mg/l 1 mg/l 1 25 mg/l 1 5 mg/l 2 25 mg/l 3 mg/l 5 mg/l 1 mg/l 5 mg/l Reactive red 24:1, P25 TiO2

10 Rychlostní konstanta prvního řádu [s -1 ] A) Rychlostní konstanta,12 R² =,9792,1,8,6,4, Koncentrace katalyzátoru [mg/l] 5 mg/l Reactive red 24:1, P25 TiO2 C = C e kt

11 Čas [s] A) Cena elektrické energie Ze známé rychlostní konstanty vypočítaný t9 Ze známého času spotřeba el energie a cena Dvě složky: cena katalyzátoru (95% recyklace) El energie Koncentrace katalyzátoru [mg/l]

12 Cena zpracování jednoho litru[kč/l] A) Nákladová funkce P25 1,9,8,7,6,5,4 Cena elektrické energie Cena katalyzátoru Celková cena,3,2, Množství katalyzátoru [mg/l] 5 mg/l Reactive red 24:1, P25 TiO2 (Cena P25: 3 kč/g)

13 Cena zpracování jednoho litru [Kč/l] A) Nákladová funkce AV1 3 2,5 2 1,5 1 Cena katalyzátoru Cena elektrické energie Celková cena, Množství katalyzátoru [mg/l] 5 mg/l Reactive red 24:1, AV1 TiO2 (Cena AV1:,3 kč/g)

14 Rychlostní konstanta prvního řádu [s-1] B) Přídavek H2O2,3,25,2,15,1, Množství přidaného H2O2 [mmol/l] 5 mg/l Reactive red 24:1, 1 g/l P25 TiO2

15 Cena zpracování jednoho litru [Kč/l] B) Nákladová funkce H2O2 1,9,8,7,6,5,4,3,2 Cena elektrické energie [KČ] Cena H2O2 [KČ] Celková cena na zpracování jednoho litru [KČ] Cena P25 [KČ], Množství přidaného H2O2 [mmol/l] 5 mg/l Reactive red 24:1, 1 g/l P25 TiO2 Cena 3% H2O2 17 kč/l (,17 kč/mmol)

16 Rychlostní konstanta prvního řádu [s-1] C) Rychlostní konstanta - ph,7,6,5,4,3 R² =,98,2, ph [-] 5 mg/l Reactive red 24:1, 1 g/l P25 TiO2

17 C) Náklady ph,25,2,15,1 ph 7 ph 5,5,5 Spotřeba elektrické energie [kwh] Cena elektrické energie [Kč] Cena HCl [Kč] Cena P25 [Kč] Celková cena zpracování jednoho litru [Kč]

18 Cena zpracování [Kč/l] Shrnutí výsledků 3 Technologické optimum není optimum ekonomické Základem je úprava ph Hlavní složkou provozních nákladů katalyzátor Snížení ceny katalyzátoru/el energie Použití jako dočisťující technologie,25,2,15,1,5 2,5 2 1,5 1, Spotřeba elektrické energie [kwh] Množství katalyzátoru [mg/l] Cena elektrické energie [Kč] Cena HCl [Kč] Cena P25 [Kč] Celková cena zpracování jednoho litru [Kč] AV1 P25 ph 7 ph 5,5

19 Děkuji za pozornost Zdroje použitých ilustrací: [1] Heterogeneous Photocatalysis: Recent Advances and Applications. Alex Omo Ibhadon. Catalysts [2]Analysis and effects of cluster formation during sedimentation and filtration. Di-Giovanni B.A.. Conference: PSA11 Conference and Exhibition. 21. [3]Evaluation of the Solar Water Disinfection Process (SODIS) Against Cryptosporidium parvum Using a 25-L Static Solar Reactor Fitted with a Compound Parabolic Collector. Fontán-Sainz M. The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. 212.