PL229166B1

PL229166B1 - Sposób modyfikacji ditlenku tytanu do sorpcji SO2 z gazów

Info

Publication number: PL229166B1
Application number: PL397115A
Authority: PL
Inventors: Magdalena Janus; Antoni Waldemar Morawski; Joanna Kapica; Jacek Przepiórski; Sylwia Mozia
Original assignee: Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2018-06-29
Also published as: PL397115A1

Abstract

Sposób modyfikacji ditlenku tytanu do sorpcji SO2 z gazów, polegajacy na wygrzewaniu, charakteryzuje sie tym, ze anatazowy ditlenek tytanu wygrzewa sie w mieszaninie par weglowodorów i amoniaku w temperaturze od 100 do 600°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji ditlenku tytanu do sorpcji SO2 z gazów.

Fotokatalizatory na bazie TiO2 stosowane są najczęściej do rozkładu zanieczyszczeń organicznych obecnych w wodzie, ściekach i powietrzu.

99% SO2 obecnego jest w powietrzu z powodu działalności człowieka, głównie ze spalania siarki. Obecność tego gazu w powietrzu jest bardzo niekorzystna dla człowieka, gdyż po zetknięciu z uwodnioną błoną śluzową tworzy się kwas siarkowy (IV), który ma działanie drażniące. Większe stężenia SO2 mogą powodować oparzenia skóry i oczu (rogówki). Przy bardzo dużym stęże niu dochodzi do powstania silnej duszności oraz zaburzeń świadomości.

Jedną z najczęściej stosowanych metod usuwania SO2 z gazów jest jego adsorpcja głównie na węglu aktywnym co zostało ujawnione w opisie wynalazku US 2001009125. W publikacji C. H. Ao, S. C. Lee, S. C. Zou, C. L. Mak, Applied Catalysis B. 49 (2004) 187-193 ujawniono przeprowadzenie kilku prób adsorbowania SO2 również na ditlenkach tytanu P25 firmy Degussa. W publikacji J. Baltrusaitis, P. M. Jayaweera, V. H. Grassian, J. Phys. Chem. C 115 (2011) 492-500 ujawniono zaobserwowaną zależność między adsorpcją na rutylu a wielkością krystalitów - mniejsze krystality (4 nm) zwiększona adsorpcja SO2. Badania ujawnione w publikacji C. Zhang, P. J. D. Lindan, Chem. Phys. Lett. 373 (2003) 15-21 w przypadku zajścia adsorpcji, skupiały się na określeniu rodzaju grup istniejących na powierzchni TiO2, a były to grupy SO3 i SO4. Jednakże w przypadku ditlenków tytanu, SO2 najczęściej traktowany jest jako trucizna katalizatora.

Sposób modyfikacji ditlenku tytanu do sorpcji SO2 z gazów, według wynalazku polegający na wygrzewaniu, charakteryzuje się tym, że anatazowy ditlenek tytanu wygrzewa się w mieszaninie par amoniaku i n-heksanu w temperaturze od 100 do 600°C. Pozwala to na uzyskanie TiO2 o zmienionym potencjale zeta, wykazuje wyższą adsorpcję kwaśnych gazów. Anatazowy ditlenek tytanu modyfikuje się węglem (n-heksanem) i azotem (amoniak). Korzystnie mieszaninę par n-heksanu uzyskuje się w wyniku przepuszczania par gazowego amoniaku przez ciekły n-heksan. Korzystnie mieszaninę par amoniaku uzyskuje się w wyniku przepuszczania gazowego n-heksanu przez roztwór wody amoniakalnej. Korzystnie mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku wprowadzania gazowego amoniaku i przepuszczania azotu przez ciekły n-heksan. Korzystnie mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku przepuszczania azotu przez ciekły n-heksan i wodę amoniakalną.

Sposobem według wynalazku uzyskuje się fotokatalizator charakteryzujący się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi. Wykorzystywany proszkowy ditlenek tytanu o strukturze anatazu, który jest otrzymywany na skalę przemysłową w produkcji bieli tytanowej jest nietoksyczny, stabilny chemicznie, tani i łatwo dostępny. Materiał ten po modyfikacji według wynalazku okazał się bardzo dobrym adsorbentem barwników azowych z wody, poprawienie zdolności adsorpcyjnych wiązało się ze zmianą potencjału zeta modyfikowanych materiałów.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony jest w poniższych przykładach wykonania. Pierwszy przykład jest przykładem porównawczym i obrazuje adsorpcję SO2 na TiO2 niemodyfikowanym. Następne przykłady obrazują realizacje wynalazku. Podane przykłady nie ograniczają zastosowania sposobu do innych ditlenków tytanu.

P r z y k ł a d 1

Badania adsorpcji SO2 na fotokatalizatorze TiO2 niemodyfikowanym, o strukturze anatazowej przeprowadzi się w szklanym reaktorze. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 6 min i 14 sekundach.

Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,200 mg SO2 co daje w sumie sorpcję na poziomie 3,34 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 2

Anatazowy TiO2 modyfikuje się w atmosferze par n-heksanu i amoniaku uzyskanej dzięki przepuszczaniu gazowego amoniaku przez płuczkę z ciekłym n-heksanem. TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu i amoniaku w temperaturze 600°C przez 1 godzinę.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadzi się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm ³/min, stężenie SO2 wynosi 60,33 ppm. Przebicie k olumny nastąpiło po 5 min i 2 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,162 mg SO 2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 2,69 mg SO 2 na gram fotokatalizatora.

PL 229 166 B1

P r z y k ł a d 3

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: komercyjny TiO2 głównie o strukturze anatazowej (Zakłady Chemiczne Police SA) utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu i amoniaku w temperaturze 400°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z ciekłym n-heksanem.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadzi się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 10 min i 6 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,324 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 5,4 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 4

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: anatazowy TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu i amoniaku w temperaturze 200°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z ciekłym n-heksanem.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 57 min i 32 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 1,848 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 30,8 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 5

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: anatazowy TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu i amoniaku w temperaturze 100°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z ciekłym n-heksanem.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm ³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 50 min i 45 sekundach.

Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 1,62 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 27 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 6

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: anatazowy TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu i amoniaku w temperaturze 300°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z ciekłym n-heksanem.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 32 min i 30 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 1,037 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 17,3 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 7

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: anatazowy TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu, amoniaku i azotu w temperaturze 300°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu uzyskuje się przepuszczając azot przez płuczkę z ciekłym n-heksanem, dodatkowo do pieca wprowadza się gazowy amoniak.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 25 min i 10 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,81 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 13,5 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

PL 229 166 B1

P r z y k ł a d 8

Fotokatalizator otrzymuje się w następujący sposób: TiO2 utrzymuje się w piecu rurowym w atmosferze par n-heksanu, amoniaku i azotu w temperaturze 250°C przez 1 godzinę. Atmosferę par n-heksanu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając azot przez płuczkę z ciekłym n-heksanem i wodą amoniakalną.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadzi się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO 2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm ³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 42 min i 15 sekundach.

Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 1,3608 mg SO2, co daje w sumie adsorpcję na poziomie 22,68 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 9

Modyfikowany anatazowy ditienek tytanu otrzymuje się w następujący sposób: utrzymuje się go w piecu rurowym w atmosferze par izopropanolu i amoniaku w temperaturze 200°C przez 1 godzinę. Atmosferę par izopropanolu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z izopropanolem.

Badaniu sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech pólkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumny nastąpiło po 20 min i 45 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,6642 mg SO2 co daje w sumie adsorpcję na poziomie 11,07 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

P r z y k ł a d 10

Modyfikowany anatazowy ditlenek tytanu otrzymuje się w następujący sposób: utrzymuje się TiO2 w piecu rurowym w atmosferze par etanolu i amoniaku w temperaturze 200°C przez 1 godzinę. Atmosferę par etanolu i amoniaku uzyskuje się przepuszczając gazowy amoniak przez płuczkę z etanolem.

Badania sorpcji SO2 na fotokatalizatorze przeprowadza się w szklanym reaktorze, w którym umieszcza się 60 mg fotokatalizatora na trzech półkach z filcu obojętnym w stosunku do SO2. Przez reaktor przepuszcza się powietrze z prędkością 100 cm³/min, stężenie SO2 wynosiło 60,33 ppm. Przebicie kolumnę nastąpiło po 26 min i 30 sekundach. Fotokatalizator do czasu przebicia kolumny zaadsorbował 0,842 mg SO2, co daje w sumie adsorpcję na poziomie 14,03 mg SO2 na gram fotokatalizatora.

Claims

1. Sposób modyfikacji ditlenku tytanu do sorpcji SO2 z gazów, polecający na wygrzewaniu, znamienny tym, że anatazowy ditlenek tytanu wygrzewa się w mieszaninie par amoniaku i n-heksanu w temperaturze od 100 do 600 °C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku przepuszczania par gazowego amoniaku przez ciekły n-heksan.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku przepuszczania gazowego n-heksanu przez roztwór wody amoniakalnej.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku wprowadzania gazowego amoniaku i przepuszczania azotu przez ciekły n-heksan.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę par amoniaku i n-heksanu uzyskuje się w wyniku przepuszczania azotu przez ciekły n-heksan i wodę amoniakalną.