PL236826B1

PL236826B1 - Sposób usuwania tlenków azotu z powietrza

Info

Publication number: PL236826B1
Application number: PL417213A
Authority: PL
Inventors: Antoni Waldemar Morawski; Magdalena Janus; Kamila Zając
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2021-02-22
Also published as: PL417213A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób usuwania tlenków azotu z powietrza, przy użyciu materiałów budowlanych o właściwościach fotokatalitycznych, charakteryzuje się tym, że stosuje się fotoaktywne formy gipsowe zawierające proszkowy nanokrystaliczny fotokatalizator na bazie TiO2 modyfikowanego azotem w ilości 1 - 10% masowych, w stosunku do masy gipsu, przy czym stosuje się gips z uwodnionego gipsu odpadowego pobranego bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania tlenków azotu z powietrza przy użyciu materiałów budowlanych o właściwościach fotokatalitycznych.

Rosnące zanieczyszczenie środowiska na skutek wzrostu uprzemysłowienia i urbanizacji kieruje działania naukowców na poszukiwanie coraz lepszych i efektywniejszych rozwiązań eliminacji niebezpiecznych związków chemicznych zarówno z wody jak i z powietrza. Przykładem szczególnie uciążliwego zanieczyszczenia są tlenki azotu, znajdujące się w wysokich stężeniach na terenie miast [A. Folli, C. Pade, T.B. Hansen, T. De Marco, D. E. Macphee, Cement Concrete Res. 2012, 42, 539; M. Chen, J.-W. Chu, J. Clean. Prod. 2011, 19, 1266]. Alternatywą dla konwencjonalnych metod oczyszczania staje się fotokataliza heterogeniczna, nad którą prowadzone są intensywne badania na całym świecie, gdyż na przykład umożliwia ona rozkład niebezpiecznych związków organicznych do ditlenku węgla i wody [A. Houas, H. Lachheb, M. Ksibi, E. Elaloui, Ch. Guillard, J.-M. Herrmann, Appl. Catal. B-Environ. 2001,31, 145; M.A. Rauf, M.A. Meetani, S. Hisaindee, Desalination 2011,276, 13]. Każdego roku poszerza się także zakres potencjalnych zastosowań fotokatalizy. Materiały budowlane, z uwagi na ich szerokie zastosowanie oraz duże powierzchnie kontaktu z zanieczyszczonym powietrzem, stają się doskonałymi matrycami dla cząstek fotokatalizatora. Obecnie badania dotyczące nadawania cech fotokatalitycznych materiałom budowlanym dotyczą głównie cementów i betonów [C. Cardenas, J.I. Tobón, C. Garcia, J. Vila, Constr. Build. Mater. 2012, 36, 820].

Znany jest z PL 206947 sposób otrzymywania fotoaktywnych gipsów budowlanych o właściwościach samooczyszczających się w promieniowaniu widzialnym polegający na tym, że niekalcynowany oczyszczony uwodniony dwutlenek tytanu (kwas metatytanowy) miesza się z gipsem budowlanym przed uformowaniem kształtu końcowego wyrobu gipsowego. Niekalcynowany dwutlenek tytanu pochodzi z technologii siarczanowej produkcji dwutlenku tytanu. Stosuje się go w postaci odmytego, oczyszczonego i wysuszonego proszku i/lub zawiesiny wodnej. Uwodniony dwutlenek tytanu dodaje się do gipsu w ilości nieprzekraczającej 5% masowego w przeliczeniu na czysty TiO2, a najkorzystniej w ilości do 2% masowych.

Z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P414161 znany jest sposób utylizacji gipsu odpadowego z instalacji odsiarczania spalin, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że uwodniony gips odpadowy pobrany bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych wygrzewa się w temperaturze 180°C przez 24 godziny w atmosferze powietrza, a następnie otrzymany gips poddaje mieszaniu wspólnie z dodatkiem proszkowego nanokrystalicznego fotokatalizatora na bazie TiO2 modyfikowanego azotem w ilości 2-20% masowych, w stosunku do masy gipsu, następnie zarabia się mieszaninę TiO2-gips z wodą i formuje się gotowe produkty.

Nieoczekiwanie okazało się, że można otrzymać pozytywne wyniki w usuwaniu tlenków azotu z powietrza z wykorzystaniem odpadowego gipsu z instalacji odsiarczania spalin zawierającym dodatek fotokatalizatora TiO2-N.

Sposób usuwania tlenków azotu z powietrza, według wynalazku, przy użyciu materiałów budowlanych o właściwościach fotokatalitycznych, charakteryzuje się tym, że stosuje się fotoaktywne formy gipsowe zawierające proszkowy nanokrystaliczny fotokatalizator na bazie TiO2 modyfikowanego azotem w ilości 1-10% masowych, w stosunku do masy gipsu, przy czym stosuje się gips z uwodnionego gipsu odpadowego pobranego bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych. Korzystnie formy gipsowe wykonuje się z uwodnionego gipsu odpadowego pobraneg o bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych, które wygrzewa się w temperaturze 180°C przez 24 godziny w atmosferze powietrza, a następnie otrzymany gips poddaje mieszaniu wspólnie z dodatkiem proszkowego nanokrystalicznego fotokatalizatora, następnie zarabia się mieszaninę TiO2-gips z wodą i formuje się gotowe produkty. Korzystnie modyfikuje się TiO2 przez odmywanie go wodą amoniakalną w temperaturze 100°C. Korzystnie stosuje się komercyjny TiO2 głównie o strukturze anatazowej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że wykorzystuje się odpadowy siarczan wapnia z instalacji odsiarczania spalin. Wytworzony materiał zachowuje niezmienną wartość współczynnika rozmiękania o wartości ok. 0,3, ma wysoką wytrzymałość na ściskanie (około 9,44 MPa) i wysoką fotoaktywność w usuwaniu tlenków azotu NO wynoszącą 7-10^-4 mgNO/cm² płytki gipsowej.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania, przy czym Przykład I jest przykładem porównawczym, bez wykorzystania TiO2 modyfikowanego azotem.

PL 236 826 B1

P r z y k ł a d I

Wstępnie gips, otrzymany podczas odsiarczania spalin w elektrowni, wygrzewano w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nie zaobserwowano spadku stężenia NO, co świadczy o braku właściwości oczyszczających. Wytrzymałość gipsu na ściskanie wynosiła 10,62 MPa. Współczynnik rozmiękania tego gipsu wynosi 0,32.

P r z y k ł a d II

W tym przykładzie przedstawiono fotoaktywność gipsu otrzymanego podczas odsiarczania spalin w elektrowni z dodatkiem 1% fotokatalizatora modyfikowanego azotem. Wstępnie gips wygrzewano w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z 1% wagowym TiO2-N oraz z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nastąpił 40% spadek stężenia NO. Wytrzymałość modyfikowanego gipsu na ściskanie wynosiła 9,67 MPa. Współczynnik rozmiękania tego modyfikowanego gipsu wynosi 0,35.

P r z y k ł a d III

W tym przykładzie przedstawiono fotoaktywność gipsu otrzymanego podczas odsiarczania spalin w elektrowni z dodatkiem 2% fotokatalizatora modyfikowanego azotem. Wstępnie gips wygrzewano w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z 2% wagowym TiO2-N oraz z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nastąpił 56% spadek stężenia NO. Wytrzymałość modyfikowanego gipsu na ściskanie wynosiła 9,56 MPa. Współczynnik rozmiękania tego modyfikowanego gipsu wynosi 0,35.

P r z y k ł a d IV

W tym przykładzie przedstawiono fotoaktywność gipsu otrzymanego podczas odsiarczania spalin w elektrowni z dodatkiem 3% fotokatalizatora modyfikowanego azotem. Wstępnie gips wygrzewano w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z 3% wagowym TiO2-N oraz z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nastąpił 57% spadek stężenia NO. Wytrzymałość modyfikowanego gipsu na ściskanie wynosiła 9,44 MPa. Współczynnik rozmiękania tego modyfikowanego gipsu wynosi 0,32.

P r z y k ł a d V

W tym przykładzie przedstawiono fotoaktywność gipsu otrzymanego podczas odsiarczania spalin w elektrowni z dodatkiem 5% fotokatalizatora modyfikowanego azotem. Wstępnie gips wygrzewano w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z 5% wagowym TiO2-N oraz z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nastąpił 62% spadek stężenia NO. Wytrzymałość modyfikowanego gipsu na ściskanie wynosiła 8,16 MPa. Współczynnik rozmiękania tego modyfikowanego gipsu wynosi 0,28.

P r z y k ł a d VI

W tym przykładzie przedstawiono fotoaktywność gipsu otrzymanego podczas odsiarczania spalin w elektrowni z dodatkiem 10% fotokatalizatora modyfikowanego azotem. Wstępnie gips wygrzewa

PL 236 826 B1 no w temperaturze 180°C przez 24 godziny. Po wymieszaniu gipsu z 10% wagowym TiO2-N oraz z wodą otrzymano płytki gipsowe, które użyto w badaniach oczyszczania powietrza z tlenków azotu. Gaz NO (2 ppm) mieszany z powietrzem syntetycznym w stosunku 1:1 przepływał przez reaktor w sposób ciągły, z prędkością przepływu 400 cm³/min. Temperatura w trakcie procesu utrzymywana była na stałym poziomie i wynosiła 22°C. Po ustaleniu się stanu równowagi, następowało włączenie lamp UV na okres 30 minut. W tym czasie nastąpił 68% spadek stężenia NO. Wytrzymałość modyfikowanego gipsu na ściskanie wynosiła 5,73 MPa. Współczynnik rozmiękania tego modyfikowanego gipsu wynosi 0,31.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania tlenków azotu z powietrza przy użyciu materiałów budowlanych o właściwościach fotokatalitycznych, znamienny tym, że stosuje się fotoaktywne formy gipsowe zawierające proszkowy nanokrystaliczny fotokatalizator na bazie TiO2 modyfikowanego azotem w ilości 1-10% masowych, w stosunku do masy gipsu, przy czym stosuje się gips z uwodnionego gipsu odpadowego pobranego bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że formy gipsowe wykonuje się z uwodnionego gipsu odpadowego pobranego bezpośrednio z instalacji odsiarczania gazów spalinowych, które wygrzewa się w temperaturze 180°C przez 24 godziny w atmosferze powietrza, a następnie otrzymany gips poddaje mieszaniu wspólnie z dodatkiem proszkowego nanokrystalicznego fotokatalizatora, następnie zarabia się mieszaninę TiO2-gips z wodą i formuje się gotowe produkty.
3. Sposób według zastrzeżenia 2, znamienny tym, że modyfikuje się TiO2 przez odmywanie go wodą amoniakalną w temperaturze 100°C.
4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że stosuje się komercyjny TiO2 głównie o strukturze anatazowej.