Фотокаталитический очиститель воздуха: принцип работы прибора

По какому принципу работает фотокаталитический очиститель воздуха и что означает термин «фотокатализ»? Современное понятие «фотокатализ» звучит как «изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ - фотокатализаторов, которые в результате поглощения ими квантов света способны вызывать химические превращения участников реакции, вступая с последними в промежуточные химические взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий».

Сущность метода состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения диапазона А ( с длиной волны более 300 нм). Реакция протекает при комнатной температуре и при этом токсичные примеси не накапливаются на фильтре, а разрушаются до безвредных компонентов воздуха, до двуокиси углерода, воды и азота.

Любой фотокаталитический очиститель воздуха включает в себя пористый носитель с нанесенным ТiО2-фотокатализатором, который облучается светом и через который продувается воздух.

Вредные органические и неорганические загрязнители, бактерии и вирусы, адсорбируются на поверхности фотокатализатора ТiО2, нанесенного на пористый носитель (фотокаталитический фильтр). Под действием света от УФ лампы, диапазона А, их органические и неорганические компоненты, окисляются до углекислого газа и воды.

Фактически фотокатализ дает уникальную возможность глубоко окислять органические соединения в мягких условиях. А простота самих устройств позволяет надеяться на прекрасные перспективы использования этого метода на практике

Б).ВОДНАЯ СРЕДА.

Так же, как и в воздухе, в воде органические примеси, попав на поверхность частички ТiO2, могут быть окислены до СО2 и Н2О. К настоящему времени показано, что в облучаемых суспензиях ТiO2 этому процессу подвержены практически любые органические соединения. Однако, как правило, характерные времена полного окисления составляют несколько часов, это частично связано с существенно более медленной диффузией органических молекул в воде, чем в воздухе. Типичный коэффициент диффузии в воде составляет около 10-5 см2/с, что по крайней мере на четыре порядка меньше, чем в воздухе при нормальных условиях. По этой причине проточные реакторы с нанесенным ТiO2 малоэффективны. Использование суспензии ТiO2 технологически считается не совсем удобным, так как требует последующего удаления ТiO2 из потока. В принципе эти проблемы решаются, однако до сих пор неизвестны примеры практического использования проточных фотокаталитических реакторов с гетерогенным катализатором из ТiO2.
Наиболее перспективно использование ТiO2 для очистки сточных вод в накопительных резервуарах и отстойниках. Показано, что пестициды, используемые в сельском хозяйстве, в водоемах разрушаются в течение нескольких месяцев. Добавление небольших количеств безвредного ТiO2 позволяет сократить это время до нескольких дней без использования искусственных источников света, так как процесс идет под действием солнечного света.
Существующие проточные реакторы для очистки воды от органических примесей используют гомогенные фотокатализаторы типа солей железа, при этом в воду добавляется и окислитель — перекись водорода. В общих чертах механизм действия такой системы можно описать следующим образом:

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + OH,
Fe2+ + OH Fe3+ + OH-,
OH + H2O2 HO2 + H2O,
HO2 + Fe3+ Fe2+ + H+ + O2,
OH + органическое соединение продукты окисления. Раствор перекиси водорода и соли железа называют реагентом Фентона. Как видно, в ходе процесса разложения перекиси водорода образуется ОН-радикал, который является сильнейшим окислителем. Эта частица и ответственна за окисление органических соединений в растворе. Под действием света скорость процесса окисления может увеличиться в десятки и даже сотни раз; система носит название "Фото-Фентон". И хотя механизм действия света еще окончательно не понят, система уже нашла практическое применение из-за простоты, высокой эффективности и экономичности. В частности, технологическое оборудование для очистки сточных вод по методу "Фото-Фентон" поставляется фирмой "Calgon Carbon Oxidation Technologies", USA.

СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИТРАТ-ИОНОВ .

Изобретение относится к сорбционной очистке сточных, природных и производственных вод, а также для денитрификации вод питьевого класса и может найти применение в ионообменных установках очистки конденсатов упарки нитратсодержащих суспензий. Сущность способа заключается в том, что для извлечения нитрат-ионов используется высокоосновной анионит в смешанной карбонат-бикарбонатной форме. При применении указанного анионита в HCO3-CO3 форме содержание нитрат-ионов в фильтрате не превышает 1 -2 мг/л. Скорость фильтрации воды составляет не менее 30 м/ч.

Целью изобретения является эффективное извлечение нитрат-ионов, обеспечивающее их содержание в очищенной воде не более 1-2 мг/л и возможность ускорения реакции ионного обмена без изменения класса сорбента (крупности) или его структуры.
Указанная цель достигается тем, что для извлечения нитрат-ионов из сточных вод используется высокоосновный анионит в смешанной карбонат-бикарбонатной форме. Пpи применении указанного анионита в НСО3-СО3-форме содержание нитрат-ионов в фильтрате не превышает 1-2 мг/л. При увеличении скорости подачи исходного раствора (не менее 30 м/ч), содержащего нитрат-ионы, возрастает скорость ионного обмена, заключающаяся в более быстром достижении равновесной обменной емкости. В случае применения анионита в гидроксильной или бикарбонатной формах интенсивность подачи (фильтрации) исходного раствора не влияет на время насыщения анионита. Сказанное может объясняться отличным механизмом ионного обмена нитрат-иона на карбонат-ион, лимитирующей стадией которого вероятно является диффузия в пленке, тогда как для случая ионного обмена ионов NО3 на ОН- или НСО3 такой стадией является диффузия в зерне ионита.
Новизна предлагаемого способа ионообменного извлечения нитрат-ионов заключается в применении высокоосновного анионита в смешанной карбонат-бикарбонатной форме, обеспечивающей при возрастании скорости фильтрации исходного раствора через анионит ускорение процесса обмена ионов NО3 раствора на карбонат- и бикарбонат-ионы анионита в интервале значений рН раствора 2,9-9,3. Скорость фильтрации воды оставляет не менее 30 мг/ч.
Применение данного способа делает возможным при очистке растворов от нитрат-ионов уменьшить объем загрузки ионитового фильтра за счет сокращения времени насыщения ионита при увеличении скорости фильтрации раствора (при прочих одинаковых условиях: концентрации нитрат-ионов в исходном растворе, типа ионита и размера зерна, производительности по очищаемой воде).