Photokatalytische Abgasreinigung : Abbau von Chlorkohlenwasserstoffen

Abstract

Das Titandioxid/UV Verfahren ermoeglicht die Oxidation organischer Verbindungen durch Luftsauerstoff bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Katalysators unter Einsatz von UVA - Licht. Beim photokatalytischen Abbau von Trichlorethen und Tetrachlorethen werden Konversionen von circa 99,9 % erzielt. Hohe Konzentrationen von Wasserdampf im Feedstrom bzw. hohe Durchflussraten bewirken eine Abnahme des Umsatzes. Sauerstoff- und Substanzmolekuele adsorbieren an verschiedenen Adsorptionsplaetzen, Wasser- und Substanzmolekuele an denselben Plaetzen (kompetitive Adsorption). Beim Abbau von Trichlorethen entstehen die Zwischenprodukte Dichloracetylchlorid, Dichloressigsaeure, Trichlormethan und Tetrachlorkohlenstoff bzw. die Produkte Kohlendioxid und Salzsaeure. Die Entstehung der unerwuenschten Zwischenprodukte kann durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter vermieden werden. Ein kleiner Durchfluss, die Anwesenheit von Wasserdampf und eine hohe Sauerstoffkonzentration im Volumenstrom beeinflussen die Produktverteilung und beguenstigen eine vollstaendige Oxidation. Als optimierter Beschichtungsvorgang hat sich ein dreimaliges Tauchen der Substrate in eine Loesung von Titantetraisopropylat in 2-Propanol und anschliessendes Brennen der Staebe bei 600 °C erwiesen. Die Modifikation von Titandioxid ist Anatas. Die Methode der Photokatalyse ist für den Einsatz als Abluftreinigungsverfahren bei der Sanierung von Altlasten durch Bodenluftabsaugung besser geeignet als Adsorptionsverfahren.

The photocatalytic oxidation of volatile chlorinated organic compounds has been studied using a specially designed reactor filled with titanium dioxide coated fused-silica glass fibers under irradiation of UVA-light and under different conditions of flow rate, feed composition, moisture, temperature and light intensity. High conversion yields were obtained for trichloroethylene and perchloroethylene. Experiments have been most successfully conducted at room temperature, low initial contaminant concentrations and low flow rates. The performance of the catalyst was strongly affected by the presence of water in the air stream, the reaction rate decreased with increasing humidity. The adsorbed water on the catalyst surface compete with the adsorption of substance molecules on the sites. The main intermediate and final products were identified as dichloroacetylchloride, hydrogen chloride and carbon dioxide, and minor ones as dichloroacetic acid, carbon tetrachloride and chloroform. Several factors were found to influence the gas-phase distribution. A complete oxidation of adsorbed molecules can occur at low flow rates, at high oxygen contents and high humidity. The dipcoating process used to prepare new titanium dioxide coatings was optimized . The combination of air stripping with heterogeneous photocatalytic oxidation of the off-gases produced is a more effective and cheap remediation technology for a variety of soil and water contamination problems than adsorption on carbon, particularly those involving chlorinated ethylenes.