Absorptionsausrüstung
Bei der Absorptionsmethode werden schwerflüchtige oder nicht{1}flüchtige Lösungsmittel verwendet, um VOCs zu absorbieren und sie anschließend basierend auf den Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften der VOCs und des Absorptionsmittels zu trennen.
VOC-beladenes Gas tritt von unten in den Absorptionsturm ein; Beim Aufsteigen gelangt es in Gegenstromkontakt mit dem Absorptionsmittel, das von der Turmspitze her einströmt. Das gereinigte Gas wird dann von der Turmspitze abgeführt. Das nun mit VOCs beladene Absorptionsmittel durchläuft einen Wärmetauscher, bevor es oben in einen Strippturm gelangt, wo die Desorption unter Bedingungen erhöhter Temperatur (höher als die Absorptionstemperatur) oder reduziertem Druck (niedriger als der Absorptionsdruck) erfolgt. Das desorbierte Absorptionsmittel wird über einen Lösungsmittelkondensator kondensiert und in den Absorptionsturm zurückgeführt. Das desorbierte VOC-Gas durchläuft einen Kondensator und einen Gas-/Flüssigkeitsabscheider und verlässt den Strippturm als relativ reiner VOC-Strom, der zur Rückgewinnung und Wiederverwendung bereitsteht. Dieses Verfahren eignet sich gut-für die Reinigung von Gasströmen, die durch hohe VOC-Konzentrationen und niedrige Temperaturen gekennzeichnet sind; unter anderen Umständen sind entsprechende Prozessanpassungen erforderlich.
Adsorptionsausrüstung
Wenn eine Flüssigkeitsmischung mit porösen Feststoffmaterialien behandelt wird, können eine oder mehrere Komponenten in der Flüssigkeit von-der festen Oberfläche eingefangen und auf-konzentriert werden; Dieses Phänomen wird als Adsorption bezeichnet. Bei der Abgasbehandlung mittels Adsorption handelt es sich bei den Zielstoffen um gasförmige Schadstoffe, es handelt sich um einen Gas-{3}}Feststoffadsorptionsprozess. Die zu adsorbierenden gasförmigen Bestandteile werden als *Adsorbate* bezeichnet, während das poröse Feststoffmaterial als *Adsorbens* bezeichnet wird.
Sobald die feste Oberfläche das Adsorbat adsorbiert hat, kann sich ein Teil des adsorbierten Materials anschließend von der adsorbierenden Oberfläche lösen; Dieses Phänomen wird als Desorption bezeichnet. Nachdem der Adsorptionsprozess jedoch eine Zeit lang andauert, führt die Ansammlung von Adsorbaten auf der Oberfläche dazu, dass die Kapazität des Adsorptionsmittels erheblich abnimmt und somit die Anforderungen für eine wirksame Reinigung nicht mehr erfüllt werden. Zu diesem Zeitpunkt müssen spezielle Maßnahmen ergriffen werden, um das angesammelte Material vom Adsorbens zu desorbieren und so dessen Adsorptionskapazität wiederherzustellen. Dieser Vorgang wird als *Adsorbens-Regeneration* bezeichnet. Folglich wird in praktischen Anwendungen der Adsorptionstechnik ein zyklischer Prozess -bestehend aus Adsorption, Regeneration und anschließender Adsorption- genutzt, um Schadstoffe effektiv aus dem Abgas zu entfernen und gleichzeitig die im Gasstrom enthaltenen wertvollen Komponenten zurückzugewinnen.
Reinigungsausrüstung
Verbrennungsmethoden-sind äußerst effektiv für die Behandlung von Abgasströmen, die hohe Konzentrationen an VOCs und übelriechenden Verbindungen enthalten. Das zugrunde liegende Prinzip besteht darin, einen Luftüberschuss zur Verbrennung dieser Verunreinigungen zu nutzen; Der Großteil dieser Stoffe wird dabei in Kohlendioxid und Wasserdampf umgewandelt, die dann gefahrlos in die Atmosphäre abgegeben werden können. Bei der Verarbeitung organischer Verbindungen, die Chlor oder Schwefel enthalten, entstehen jedoch HCl oder SO2 als Verbrennungsprodukte; Folglich müssen die nach der Verbrennung entstehenden Gase weiter behandelt werden.
Ausrüstung zur Kontrolle der Umweltverschmutzung
Ein Plasma ist ein Gas in ionisiertem Zustand. Der Begriff „Plasma“ wurde 1927 vom amerikanischen Wissenschaftler Irving Langmuir geprägt, als er Entladungsphänomene in Quecksilberdampf unter Niederdruckbedingungen untersuchte. Ein Plasma besteht aus einer großen Anzahl von Elektronen, neutralen Atomen, Atomen im angeregten Zustand, Photonen und freien Radikalen; Allerdings müssen sich die gesamte negative Ladung der Elektronen und die gesamte positive Ladung der Ionen ausgleichen, was zu einer allgemeinen elektrischen Neutralität führt.-Dies ist das definierende Merkmal eines „Plasmas“. Plasmen weisen leitende Eigenschaften auf und reagieren auf elektromagnetische Felder auf eine Art und Weise, die sich deutlich von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen unterscheidet; Aus diesem Grund werden sie oft als „vierter Zustand der Materie“ bezeichnet. Basierend auf ihrem Zustand, ihrer Temperatur und ihrer Ionendichte werden Plasmen typischerweise in zwei Kategorien eingeteilt: Hochtemperaturplasmen und Niedertemperaturplasmen (einschließlich thermischer Plasmen und kalter Plasmen). Hochtemperaturplasmen besitzen einen Ionisierungsgrad von nahezu eins, und die Temperaturen aller Partikelbestandteile sind nahezu identisch, wodurch sich das System in einem thermodynamischen Gleichgewichtszustand befindet. Diese werden hauptsächlich in der Forschung eingesetzt, die kontrollierte thermonukleare Fusionsreaktionen umfasst. Niedertemperaturplasmen hingegen befinden sich in einem Zustand des thermodynamischen Nicht-Gleichgewichts, in dem die Temperaturen der verschiedenen Partikelbestandteile unterschiedlich sind. Insbesondere ist die Elektronentemperatur (Te) deutlich höher als die Ionentemperatur (Ti)-oftmals über 10^4 K-, während die Temperaturen der Ionen und Neutralteilchen relativ niedrig bleiben können und zwischen 300 und 500 K liegen. Plasmen, die durch allgemeine Gasentladungsprozesse erzeugt werden, fallen in die Kategorie der Niedertemperaturplasmen.
Seit 2013 deuten Untersuchungen zu den zugrunde liegenden Mechanismen von Niedertemperaturplasmen darauf hin, dass ihre Auswirkungen hauptsächlich auf inelastische Kollisionen zwischen Partikeln zurückzuführen sind. Niedertemperaturplasmen sind reich an Elektronen, Ionen, freien Radikalen und Molekülen im angeregten Zustand. Hoch-energetische Elektronen kollidieren mit Gasmolekülen (oder Atomen) und übertragen ihre kinetische Energie in die innere Energie von Grundzustandsmolekülen (oder Atomen); Dieser Prozess löst eine Kaskade von Reaktionen aus-einschließlich Anregung, Dissoziation und Ionisierung-und versetzt die Moleküle dadurch in einen aktivierten Zustand. Einerseits spaltet dieser Prozess molekulare Bindungen im Gas und erzeugt so einfachere Moleküle und feste Partikel. Andererseits produziert es freie Radikale-wie •OH und H2O2-sowie Ozon (O3), ein hochwirksames Oxidationsmittel. In diesem gesamten Prozess spielen hochenergetische Elektronen die entscheidende Rolle, während die thermische Bewegung der Ionen nur einen Neben- oder Hilfseffekt beisteuert. Unter atmosphärischem Druck weist das durch die Gasentladung erzeugte, stark ungleichgewichtige Plasma eine Elektronentemperatur auf, die typischerweise im Bereich von mehreren tausend Grad Celsius liegt und weit über der Gastemperatur liegt (die nahe der Raumtemperatur oder etwa 100 Grad bleibt). Innerhalb dieses Ungleichgewichtsplasmas können verschiedene Arten chemischer Reaktionen ablaufen; Diese Reaktionen werden hauptsächlich durch Faktoren wie die durchschnittliche Elektronenenergie, die Elektronendichte, die Gastemperatur, die Konzentration gefährlicher Gasmoleküle und die Gesamtgaszusammensetzung bestimmt. Diese Fähigkeit bietet eine praktikable Alternative zur Erleichterung von Reaktionen, die hohe Aktivierungsenergien erfordern-wie die Entfernung persistenter Schadstoffe in der Atmosphäre-und ermöglicht auch die Behandlung von Gasströmen, die durch niedrige Schadstoffkonzentrationen, hohe Strömungsgeschwindigkeiten und große Volumenströme gekennzeichnet sind (z. B. Ströme, die flüchtige organische Verbindungen oder schwefelhaltige Schadstoffe enthalten).
Die gebräuchlichste Methode zur Plasmaerzeugung ist die Gasentladung. Gasentladung bezieht sich auf einen Prozess, bei dem ein bestimmter Mechanismus dazu führt, dass ein Elektron von einem Gasatom oder -molekül ionisiert -abgelöst- wird. Das resultierende gasförmige Medium wird als „ionisiertes Gas“ bezeichnet; Wenn dieses ionisierte Gas durch ein externes elektrisches Feld erzeugt wird und einen leitenden Strom aufrechterhält, wird das Phänomen speziell als „Gasentladung“ bezeichnet. Basierend auf dem zugrunde liegenden Entladungsmechanismus, der Art des Gasmediums und der Stromquelle sowie der Geometrie der Elektroden werden Gasentladungsplasmen grob in die folgenden Kategorien eingeteilt: ① Glimmentladung; ② Dielektrische Barrierenentladung (DBD); ③ Radio-Frequenz (RF)-Entladung; und ④ Mikrowellenentladung. Unabhängig von der spezifischen Form der Plasmaerzeugung ist immer eine Hochspannungsentladung erforderlich. Diese Anforderung birgt ein potenzielles Risiko von Lichtbögen oder Funkenbildung, was gefährlich sein kann-ein erhebliches Problem darstellt, da die Beseitigung gasförmiger Schadstoffe normalerweise einen Betrieb unter atmosphärischem Druck erfordert.
Photokatalyse- und Bioreinigungsgeräte
Die Photokatalyse ist eine fortschrittliche Reaktionstechnologie, die für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen konzipiert ist. Die photokatalytische Oxidation ermöglicht die vollständige Umwandlung organischer Schadstoffe in Wasser, Luft und Boden bei Raumtemperatur in ungiftige und harmlose Produkte. Im Gegensatz dazu erfordern herkömmliche Hochtemperatur-Verbrennungstechnologien extrem hohe Temperaturen, um Schadstoffe effektiv zu zerstören. Selbst herkömmliche katalytische Oxidationsverfahren erfordern typischerweise Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius.
Vorausgesetzt, dass die von einem Halbleiter absorbierte Lichtenergie gleich oder größer als seine Bandlückenenergie ist, verfügt er theoretisch über ausreichend Energie, um Elektron-{0}}Loch-Paare anzuregen und zu erzeugen; Folglich kann ein solcher Halbleiter möglicherweise als Photokatalysator dienen. Gängige Beispiele für Einzelverbindungs-Photokatalysatoren sind verschiedene Metalloxide und Sulfide-wie TiO₂, ZnO, ZnS, CdS und PbS. Jeder dieser Katalysatoren bietet spezifische Vorteile für spezifische Reaktionen und kann je nach Bedarf in der praktischen Forschung ausgewählt werden. Beispielsweise besitzt der Halbleiter CdS eine relativ schmale Bandlückenenergie, die gut mit dem nahen -ultravioletten Bereich des Sonnenspektrums übereinstimmt und dadurch eine effiziente Nutzung natürlicher Lichtenergie ermöglicht; Allerdings ist es anfällig für Photokorrosion, was zu einer begrenzten Lebensdauer führt. Im Gegensatz dazu weist TiO2 eine überlegene Gesamtleistung auf und ist der am weitesten verbreitete und am ausführlichsten untersuchte Einzelverbindungs-Photokatalysator.
