הקדמה: הגידול צריך עבור קידום אוויר מתקדם באזורים תעשייתיים

אזורי תעשייה הם מקורות משמעותיים של זיהום אוויר, שחרור גזים מזיקים וחומר חלקיקים המשפיעים על בריאות סביבתית ואנושית.כפי שלחצים רגולטוריים מתדקים ומודעות ציבורית עולה, תעשיות מחפשים פתרונות יעילים יותר ובר קיימא.ההתפתחויות האחרונות ב- nanoטכנולוגיה פתחו דרכים חדשות לשיפור תהליכי הטיהור האוויר, מה שהופך אותם יעילים יותר ובר קיימא.

הבנה של ננוטכנולוגיה ב- Air Purification

ננוטכנולוגיה כוללת חומרים מניפולציה בקנה מידה אטומי או מולקולרי, בדרך כלל מתחת 100 ננומטרים. בגודל זה, חומרים מציגים מאפיינים שונים באופן דרמטי - באופן פולשני גדל פני השטח - יחסים חד-שטחיים לנפח, אפקטים קוונטיים, ותגובה משופרת. תכונות אלה הם קריטיים עבור יישומי טיהור אוויר כי הם מאפשרים ננו-חומרים אינטראקציה עם חומרים יעילים הרבה יותר מאשר חומרים מרובים, לדוגמה, אינספור אתרים יכולים לספק מענה שטח כימי או אינספור.

כיצד ננו-חומרים תופסים ופורצים במורד הזיהום

חלקיקים יכולים לתפקד באמצעות מספר מנגנונים: מודעות של אבקות גזיים על פני השטח שלהם, חמצון קטליטי של תרכובות מזיקות לתוך מזיקים, והשפלה פוטו-קטליטית באמצעות אנרגיה קלה. תהליכים אלה משולבים לעתים קרובות במערכות טיהור מתקדמות, המאפשר הסרת תערובת מורכבות של תרכובות אורגניות מורכבות של תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs), חנקן (NOx), חמצני ועניין עדין (SO2).

תהליכים כימיים של ננוטכנולוגיה-Enhanced

שיטות טיהור אוויר מסורתיות, כגון מסננים פחמן מופעלים או סכסנים רטובים, לעתים קרובות סובלים מקיבולת מוגבלת, ביקוש באנרגיה גבוהה, או הדור של פסולת משנית.ננוטכנולוגיה מציגה חומרים קטליטיים מתקדמים המאפשרים תגובות כימיות כדי לנטרל אתמזהמים ביעילות רבה יותר.

Oxidation

ננוקטאליסטס - כגון ננו-חלקיקי מתכת של קבוצת פלטינה הנתמכות על תחמוצות מתכת - מבטל את חמצון של VOCs ו- CO בטמפרטורות נמוכות בהרבה מאשר זרזים קונבנציונליים.לדוגמה, תחמוצת צוואר הרחם (CeO2) חלקיקים doped עם מעבר יכולים לשבור את ה-dehyde ו- toluene לחלוטין לתוך CO2 וחום בטמפרטורה זו.

פרסומות ממובנות

חומרים כמו מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs), צינורות פחמן (CNTs), ו גרפן תחמוצת תחמוצת תחמוצת הפחמן מספקים אזורי משטח גבוהים במיוחד עבור לכידת אבקות גזיים וחומר חלקיקים. מודעות אלה יכולים להיות regenerated על-ידי אתר עם אובדן אנרגיה מינימלי, מה שהופך אותם לחסכוניים עבור פעילות תעשייתית מתמשכת.

צילום: Nanomaterials

חלקיקים כמו טיטניום דו-חמצני (TiO2) ו תחמוצת אבץ (ZnO) פועלים כ photocatalysts. כאשר נחשפים אולטרה סגולה או אור גלוי, הם מייצרים מינים חמצן תגובתיים אשר חמצון חמצון חמצון חמצון חמצון אורגני, חיידקים, ואפילו גזים אורגניים מסוימים inorganic. התפתחויות האחרונות ב doping עם חנקן או פחמן מרחיבים את פעילות photocatalytic לתוך הספקטרום, שיפור יעילות טבעית תחת אור השמש מתחת לנמוך או נורות נמוכה.

שיתוק עם ננו-חומרים

גישה חדשה יותר משלבת פלזמה לא-thermal עם זרזים nanostructured.הפלסמה מייצרת אלקטרונים עתירי אנרגיה גבוהה וקיצוניים תגובתיים אשר באופן חלקי לשבור את המזונאים, בעוד ננו-חומרינזה מלאה חמצון.זה סינרגיה זו, המכונה פלזמה-קטאליזה, הוכיחה הבטחה יוצאת דופן לטיפול בזרימה גבוהה, ירידה נמוכה בזרם תעשייתי.

יישומים באזורים תעשייתיים אמיתיים

צמחים לייצור כימי

מתקנים המייצרים פותרים, ריבונים, או דבקים פולטים VOCs כמו benzene, styrene, ו acetone. ננוטכנולוגיה-enhanced סקרברברים המשלבים TiO2 photocatalysts וננו בנונו zeolites ממובנות השיגו > 95% יעילות ההסרה בניסויים בשטח, עם טיפות לחץ נמוך יותר ופחות פסולת מסוכנת מזרימה.

פלדה ו- Cement הפקה

תעשיות אלה משחררות גזי פלורנטיות עתיריות המכילים NOx, SOx, וחומר חלקיקים. Ceramic membrane מסננים ממטופל עם חלקיקים ננוקטליטיים יכולים ללכוד את ראש הממשלה ולצמצם את NOx באמצעות הפחתת קטליטיתסלקטיבית (SCR) בטמפרטורות בינוניות, תוך חיסול הצורך ביחידות הזרקת אמוניה נפרדות.

מקררים ורכיבים פטרוכימיים

מקררים מתמודדים עם אתגרים עם מימן sulfide (H2S) ו mercaptans. nanostructured ברזל oxide sorbents יכול להסיר תרכובות sulfur אלה לרמות תת-פם, בעוד ננוקטיסטים מתכת יקר להמיר אותם לתוך sulfur אלמנטרי, תוצר לוואי יקר ערך.

היתרונות של ננוטכנולוגיה בטיהור אוויר

יישום תהליכים nanoטכנולוגיה-enhanced מציע מספר יתרונות על שיטות קונבנציונליות:

  • (ב) ,0) , גבוה יותר: FLT:1 מהר יותר והסרת מוחלט שלמזהמים, לעתים קרובות להשיג מטרות פליטות אפס.
  • (FLT:0) צריכת האנרגיה של לואוור: FLT:1 טמפרטורת חדר שיתוק ו photocatalysis לחתוך באופן דרסטי חימום או עלויות חשמל.
  • (FLT:0)Compact Systems: 1) שיעורי התגובה הגבוהים יותר מאפשרים נפח כור קטן יותר, מתאים לאזורים תעשייתיים צפופים בהם שטח מוגבל.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מרביפולוטנטי קפיטביליות: אנדרל 1 (A One nanomaterial or Complex) יכול לכוון סוגים רבים של חומרים במקביל (למשל, VOCs ו- PM).
  • (FLT:0) ,הוציאה פסולת משנית: FLT:1 בניגוד לנביחות רטובות שיוצרות פענוח, תהליכים ננו-קטליטיים מייצרים לעתים קרובות רק גזים מזיקים או בקלות התאוששו מוצקים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות הפוטנציאל המבטיח שלה, ננוטכנולוגיה בטיהור אוויר ניצבת בפני כמה מכשולים שיש לטפל בהם לאימוץ תעשייתי נרחב.

עלויות גבוהות של ייצור ננו-חומרי

הסינתזה של ננו-חומרים איכותיים - במיוחד אלה המכילים מתכות יקרות - נשארים יקרים.עם זאת, התקדמות מהירה בשיטות סינתזה קלאבטרליות, כגון pyrolysis Flamesis וכורים זורמים רצופים, הם עלויות נהיגה למטה.העלות הכוללת של בעלות לעתים קרובות הופכת חיובית כאשר שוקל חיסכון ארוך טווח באנרגיה ותחזוקה.

סיכון סביבתי ובריאות

שחרור חלקיקים לסביבה במהלך הייצור, התפעול או ה-cookies מציב סיכונים בלתי ידועים.מחקרי אקוטוקניות הם מתמשכים, וגופים רגולטוריים כמו FFLT:0U.S. Environmental Protection Agency EvolutionFLT:1 ו-FLT:2 European Chemicals AgencyFLT 3: הם מפתחים מסגרות עבור טיפול בטוח וחיות הערכה.

סקלאלה ואינטגרציה

תרגומים של הצלחות מעבדה ליכורים בקנה מידה תעשייתי דורש הנדסה זהירה של העברת המונים, ירידה בלחץ, וחלוקה זרז אחידה.מספר פרויקטים של טייס - כגון אלה תחת FLT:0EU Horizon 2020 פרויקט NanoregationFLT:1 - הם מפגינים מודולים מדרגים עבור פלדה ותעשיות כימיות.

תקנים והסמכת

כיום, אין סטנדרטים מקובלים אוניברסליים הקיימים עבור מערכות טיהור אוויר מבוסס ננו-חומרי.קוטוריה תעשייתית כמו FLT:0 ISO ISO הוועדה הטכנית 229phigFLT:1 פועלים על תקני ננולוגים, אך אימוץ על ידי הרגולטורים הלאומיים לנגס. Clear הנחיות יזרזו השקעות ופריסה.

תחזית: The Road Ahead

המחקר מתגבר על מספר חזיתות: ננו-חומרים בר-קיימא שמקורם ביומסה או פסולת ממוחזרת, משטחים מנקה-עצמית ששומרים על פעילות קטליטית, ומערכות בקרה המונעות על ידי בינה מלאכותית שמייעלות את הפיזור חלקיקים ואת מחזורי ההתחדשות.ההתכנסות של ננוטכנולוגיה עם שדות מתקדמים אחרים – כמו חומרים ביו-שטופים ופלסמה – פתרונות חזקים אף יותר, חזקים יותר.

בעשור הבא, אנו יכולים לצפות לראות טיהור אוויר ננוטכנולוגיה-החדש הופך לסטנדרט בבניינים תעשייתיים חדשים באזורים עם נורמות פליטות קפדניות, כגון האיחוד האירופי וחלקים של אסיה.עבור מתקנים קיימים, החל מנסיגה עם צינורות קטליטיים מובנים מציעה דרך יעילה עלות לציית.

מסקנה

תהליכים כימיים ננוטכנולוגיה-enhanced מייצגים שינוי פרדיגמטי בטיהור אוויר תעשייתי.על ידי מינוף המאפיינים יוצאי דופן של חומרים ב nanoscale, טכנולוגיות אלה להשיג יעילות גבוהה יותר, עלויות נמוכות יותר, וגמישות גדולה יותר מאשר שיטות קונבנציונליות. בעוד אתגרים סביב עלות, בטיחות, וסקאלות נשאר, מחקר מתמשך והתקדמות רגולטורית הם בהתמדה לנקות את הדרך.