יישום עקרונות כימיה ירוקה בתהליכי עוץ

כימיה ירוקה שואפת לעצב מוצרים ותהליכים כימיים המפחיתים או לחסל את השימוש והדור של חומרים מסוכנים.עקרונותיה מספקים מסגרת לתעשיות למזער את ההשפעה הסביבתית תוך שמירה על יכולת כלכלית. Ozonation – היישום של אוזון (OFLT:03Felove 1:03FLT:1) כחמצן מזיק - משמש נרחב בטיפול במים, טיהור אוויר, וסינתזה כימית על ידי שילוב עקרונות כימיים אלה, כדי לשפר את יעילות אוזון יעיל.

הבנה של Ozonation וכימיה ירוקה

Ozonation הוא תהליך חמצון רב עוצמה שבו האוזון מגיב ישירות עם תרכובות אורגניות ויכול גם לייצר רדיקלים הידרוקסיל באמצעות decomposition.It כבר אבן הפינה של טיפול במים מתקדמים במשך עשרות שנים, ביעילות הסרת פתוגנים, טעם ותרכובות ריח, ומזהמים מתעוררים.עם זאת, אוזון קונבנציונלי יכול לייצר תוצרים לא רצויים - כגון broated in bromiing יכול להיות מגנרטור אנרגיה.

כימיה ירוקה, שהוגדרה ב-12 העקרונות של פול אנטאס וג'ון וורנר, מציעה גישה שיטתית לעיצוב מחדש של תהליכים.עקרונות רלוונטיים לאסון כוללים מניעת פסולת, כלכלת אטום, פחות סינכרון כימי מסוכן, פותרים בטוחים יותר וסייעות, יעילות אנרגיה, הזנות מתחדשות, שיתוק, תכנון להידרדרות, ניתוח בזמן אמת לזיהום, מניעת וכימיה בטוחה יותר על ידי יישום עקרונות אלה יכול להפוך לאסון יותר.

עקרונות הכימיה הירוקים ב Ozonation

מניעת מניעת מניעת מניעת

העיקרון הכימי הירוק הראשון מדגיש את מניעת פסולת במקום לטפל בה לאחר היווצרות. in ozonation, זה אומר עיצוב תנאים הממזערים את היווצרות של רעילים על ידי מוצרים כגון bro, nitrosamines, וחיטוי אחר על ידי מוצרים.שליטה קפדנית של מינון האוזון, pH, וזמן מגע יכול להפחית את תרכובות לא רצויות אלה.

כלכלה אטום

כלכלת אטום קוראת למקסום את שילוב כל קלטות החומריות במוצר הסופי.באיזון, מסלול ההשפלה האידיאלי צריך להמיר אתמזהמים למוצרים בלתי מזיקים - מים, פחמן דו חמצני וחומצות מינרלים - מבלי ליצור ביניים מתמשך.כאשר האוזון הוא רק reagent, הפירוק שלו מניב רק חמצן, המציע כמעט מושלם בכלכלה עבור חמצון עצמו, עם בחירה בודדת, כמו גם חומרים כימיים, כמו גם יכול להיות מסוגלות, כמו זרז, כמו גם עם זרז, עם זרז, כמו זרז, עם זרז, עם זרז זה, כמו גם זרז, עם זרז זה יכול להשפיע באופן כללי, כמו זרז, כמו זרז, כמו זרז, כמו זרז, כמו זרז, כמו זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז, עם זרז באופן חזק, עם זרז, עם זרז באופן מלא, עם זרז, עם זרז, עם זרז באופן מלא, עם זרז, עם זרז באופן חזק, עם זרז זה.

כימיקלים בטוחים יותר ומוצרים

אוזון מתכווץ במהירות לתוך חמצן, ללא שאריות כימיות מתמשך - יתרון בטיחותי טבועה על רבים חמצון מסורתיים כמו chlorine או permanganate.קידום מינרליזציה מלאה של contaminants עוד מבטיח כי מוצרי תגובה אינם רעילים. לדוגמה, אוזון קטליטי באמצעות זרזים המבוססים על ברזל יכול לשבור מזהמים מחודשיים לתוך תרכובות ללא ייצור כלור על ידי חומרים מסוכנים.

אנרגיה יעילה

דור האוזון צורך אנרגיה חשמלית משמעותית (בדרך כלל 8-15 קילוואטה לכל ק"ג של אוזון המיוצר) כימיה ירוקה מפצירה בצמצום צריכת האנרגיה על ידי אופטימיזציה של תנאי התגובה.הפעלה בטמפרטורה ובלחץ קרוב-אוויר מפחיתה את הביקוש לאנרגיה. עיצובי כור מתקדם - כגון ערבוב גז גבוה, ערבוב אנרגיה סטטי, ועמודות עם בועות עם פיזור עדין של אוזון - הן להעברה המונית וניצול אונים, ירידה של אנרגיה מופחתת שומן.

שימוש ב-Renewable Feedstocks

מקור החמצן לדור האוזון הוא בדרך כלל אוויר או חמצן המסופק מפרסומות מבעוטות או לחץ (PSA) יחידות. כאשר החשמל המשמש לייצור אוזון והעשרה חמצן מגיע ממקורות מתחדשים – סולר, רוח, הידרואלקטרי – התהליך כולו הופך להיות יותר בר-קיימא.מערכות שיוצרות חמצן באמצעות פיצול אלקטרו-כימי של מים באמצעות שימוש בכוח מתחדש מייצגים מטרה ארוכת טווח עבור שרשרת מזון מתחדשת.

שיתוק

קטליזה היא אסטרטגיה לכימיה ירוקה הליבה להגדיל את שיעורי התגובה ואתסלקטיביות תוך צמצום דרישות האנרגיה. in ozonation, זרז כגון תחמוצת מתכת (למשל, TiO2, MnO2, Fe2O3), מתכות נתמך, או חומרים מבוססי פחמן יכול לשפר את הפחתת זיהום האוזון כדי הידרוקסל רדיקלים, שיפור הפחתות המזוות במינונים נמוכים יותר של האוזון.

עיצוב ל Degradation

עיקרון זה מעודד תכנון כימיקלים המפרקים לחומרים שפירים לאחר השימוש.בעוד שכימיקלים תעשייתיים רבים אינם מתוכננים עם השפלה בראש, אוזון יכול להיות חלק מרכבת טיפול כדי להבטיח כימזהמים מינרלים הם מינרליים.כאשר יישום אוזון, בחירת תנאים המעדיפים להשלים ולא פער חלקי תואמים עם עיקרון זה.בנוסף, שימוש ניטור מודרך ביוסאזה יכול לאשר כי לא מכיל מוצרים של טרנספורמציה.

ניתוח זמן אמיתי למניעת זיהום

חיישנים מודרניים וטכנולוגיה אנליטית תהליך מאפשרים ניטור רציף של ריכוז האוזון, מתמוסס אורגנים (למשל, סופגת UV ב 254 nm), וחמצן חיוור.על ידי האכלה נתונים אלה לתוך לולאות בקרה משוב, מפעילי יכולים לשמור על dos האוזון אופטימלי, צמצום עודף ומניעת היווצרות של המוצר. גישה זו מפחיתה פסולת ומשפרת את הגמישות של תהליך.

אסטרטגיות ליישום עקרונות ירוקים

אופטימיזציה של Reactor Design and Hydrodynamics

טור בועות אמנותיות טורים לעתים קרובות סובלים ממשלוח המוני של האוזון המסכן, המוביל לשיעורי ניצול נמוכים וצריכה גבוהה של אנרגיה. עיצובים מתקדמים כגון כורכורים עם מערבול סטטי, או גנרטורים micro-bubble ליצור בועות קטנות עם אזורי משטח גדולים יותר, הגדלת פיזור האוזון. Computational נוזל (CFD) יכול להנחות את העיצוב של מערכות זרימה כי למקסם את הזמן תוך צמצום של אנרגיה יעילה.

קטליטית Ozonation

היכרות עם זרז heterogeneous יכול להוריד את אנרגיית ההפעלה עבור ozone decomposition, המאפשר טיפול יעיל ב pH ליד-neutral וטמפרטורות נמוכות יותר. alumina, דו חמצני מגני, ו דו תחמוצת טיטניום הם זרזים נפוצים.ב כור מחקר מתמשך מעורר טטנק (CSTR) או מיטה נוזלית, חלקיקים נשארים מושעה, לספק שטח גבוה.

שילוב עם אנרגיה מתחדשת

על-ידי דור מתחדש באתר - לוחות סולאר, טורבינות רוח או מערכות מונעות על ידי ביוגז - גנרטורים של אוזון כוח וציוד צמחי אחר.התת אוזון עם אחסון אנרגיה (אופניים או מימן) יכול לזרז אספקה חלקה ולאפשר הפעלה במהלך תקופות מחוץ ל-peak כאשר חשמל רשת הוא נקי יותר.

מערכות היברידיות ומערכת היברידית

שילוב של אוזון עם תהליכים מתקדמים אחרים של חמצון (AOPs) כגון מימן peroxide (O3 / H2O2), אור UV (O3 / UV), או photocatalysis (TiO2 תחת UV) יכול לשפר את הדור הרדיקלי תוך צמצום צריכת אוזון.תהליכים היברידיים אלה פועלים לעתים קרובות במינון אוזון יעיל נמוך יותר ולהשיג השפלה מהירה יותר של recitalrant.

בקרה אוטומטית וחיפוש בזמן אמת

צמחים לטיפול במים מודרניים מאמצים יותר ויותר מערכות בקרה פיקוח ורכישת נתונים (SCADA) המקבלות מדידות מקוונות של אוזון שאריות, מתמוססות פחמן אורגני (DOC) פונדקאית (למשל, UV254), ו- pH. נתונים אלה מזינים לאלגוריתמים שליטה מודליים אשר מתואמים את ייצור האוזון ואת שיעורי ההזרקה.על ידי מניעת מינון יתר, מערכות כאלה להפחית פסולת כימית וצריכת אנרגיה תוך הבטחת עמידה במגבלות על ידי מנגנונים מהירים יותר.

היתרונות של עוץ ירוק

אימוץ עקרונות כימיה ירוקה בהצתה מספק הטבות סביבתיות, כלכליות וחברתיות:

• (FLT:0) חינוך טביעת רגל סביבתית: 1) פליטת גזי חממה נמוכה יותר באמצעות יעילות אנרגיה ושילוב אנרגיה מתחדשת, בתוספת צמצום הפריסה של מוצרים רעילים.
• חיסכון:0 (FLT) הפחתה של צריכת האוזון, חשבונות אנרגיה נמוכים יותר, ודרישות טיפול בפסולת מופחתות יכולות להוביל לירידה של 15-30% בעלויות התפעוליות במהלך חיי הצמח.
• (ב) ציות לרישום:0) , ציות למילוי: 1FLT:1 , הגבלות פריקה עבור bromate, nitrosamines, ומוצרים אחרים על ידי שימוש קלים יותר לפגוש עם שליטה בזמן אמת וגישות קטליטיות.
• (FLT:0) בריאות הציבור: FLT:1 בטוח יותר שתייה מים ואוויר - במיוחד חשוב עבור קהילות המסתמכות על מקורות מים על פני השטח אשר עשויים להכיל הבגרות או מבשרי אור אורגניים.
• (FLT:0) שיפור של יציבות התהליך: FIRLT:1 , מערכות קטליטיות והיברידיות פחות רגישים לתנודות באיכות המים, ומספקות ביצועים עקביים יותר.

לדוגמה, צמח טיפול במים עירוניים בקליפורניה עבר מארגון קונבנציונלי למערכת אוזון קטליטית באמצעות זרזי תחמוצת ברזל רבים.הם דיווחו על ירידה של 25% בצריכת אנרגיה וירידה של 40% בהיווצרות תוך שמירה על אותן רמות הפחתת פתוגן.החיסכון בעלויות כימיות וסילוק הפסולת שילם בחזרה את ההשקעה בתוך שלוש שנים.

אתגרים ופתרונות

באמצעות הפקה

אחד האתגרים המתמשכים ביותר בהצתה הוא היווצרות של ברודן (BrO3-) כאשר Bromide הוא נוכח - קרצינוגן אנושי פוטנציאלי מוסדר עד 10 מיקרוגרם / L במדינות רבות. פתרונות כימיה ירוקה כוללים הורדת pH מדויקת במהלך אוזון (אשר מדכא היווצרות של broid), הוספת אמוניה כדי למקם את המסלול הרדיקלי, או באמצעות קטליטיזציה כי הוא מאפשר ניטור מדויק של הדבקה, תוך כדי חיטוי אורגני, ללא חיטוי, 000 ליטר, 000.

אנרגיה

דור האוזון הוא אנרגיה אינטנסיבית, לתרום עלויות תפעוליות וטביעת הפחמן.בעוד גנרטורים האוזון המודרניים יעילים יותר (9-11 קילוואטh / ק"ג O3), רווחים נוספים דורשים טיפול באפקטים של תהליך במורד הזרם.טכנולוגיית מיקרו-בול, אשר יכולה להגדיל את העברת המסה על ידי 2-3 פעמים, מפחיתה את ריכוז האוזון הנדרש ובכך לטעון גנרטור.

Catalyst Deactivation and Lifetime

זרזים heterogeneous עלול לאבד פעילות בשל עבירה על ידי חומר אורגני, משקעים של מתכת, או הרעלה משטח.אסטרטגיות להאריך את חיי זרז כוללים שטיפת גב תקופתית, חידוש כימי (למשל, כביסה חומצית עבור זרזים המבוססים על ברזל), ועיצוב זרזים עם מבני תמיכה חזקים.מחקר לתוך זרזים שיוצרים את עצמם, כגון אלה עם נטיות פני חמצן שניתן לחדש על ידי בכיוון מבטיח, כי הוא מציע לעצמו.

היקף ושוויון כלכלי

חידושים ירוקים רבים בהצתה מוכחים בקנה מידה מעבדה או פיילוט, אך עומדים בפני מחסומים בקנה מידה מלא: עלויות הון עבור כורים מתקדמים ומערכות ניטור, אי ודאות בביצועים לטווח ארוך, וחוסר תמריצים רגולטוריים.מחקרי מקרה המדגימים תקופות של תגמול מתחת לחמש שנים עוזרות לבנות מקרים ממשלתיים כגון מענקים כימיים ירוקים, זיכויי מס ליעילות אנרגיה, ותקני שחרור קפדניים יותר יכולים להאיץ את האימוץ.

כיוונים עתידיים

טכנולוגיות מתפתחות עומדות על תהליכי אוזון ירוקים נוספים:

• (FLT:0) ⁇ photocatalytic: FLT:1 משלב פוטו-קטאליסיסטים (TiO2) עם אוזון מייצר ריכוזים גבוהים להפליא של רדיקלים הידרוקסיל, המאפשרים מינרליזציה כמעט מלאה של תרכובות אפילו ריבוניות גבוהה מאוד בקלט אנרגיה נמוך.
• (FLT:0) אכיפה מאולתרת: FLT ( 1:1 ⁇ ) קרינת אולטרה סגול משפרת את העברת המסה של האוזון ומקדם היווצרות רדיקלית באמצעות משיכה.הסינרגיה יכולה להפחית את המינון האוזון הנדרש עד 30–50%.
• (FLT:0)Nanostructured זרז:FLT:1 חומרים Meso ⁇ וננו-חומרים מבוססי פחמן (כלי מטריה, צינורות פחמן) מציעים אזורי משטח גבוהים מאוד ואתרי קטליטיים עבור ההפעלה של האוזון, עם פוטנציאל להסרת אבקה סלקטיבית.
• (FLT:0) תוצאות דיגיטציה: 1FLT:1 A בינה מלאכותית ומודלים למידת מכונה החיזוי מינון האוזון אופטימלי המבוסס על נתוני איכות מים בזמן אמת יכול למזער פסולת ואנרגיה. תאומים דיגיטליים של יחידות אוזון מאפשרים סימולציה ואופטימיזציה ללא הפרעה של פעולות.
• (FLT:0) ייצור האוזון האלקטרו-אטומי: FLT:1 אלקטרוליזה של מים באמצעות חשמל מתחדשים יכולה לייצר אוזון ישירות במים מטופלים, הימנעות מהפסדי אנרגיה דחוסים והצורך בהזנת חמצן נפרדת. גישה זו תואמת לטיפול מבוזר, על פי דרישה.

מחקר בינתחומי מתמשך - חיבור לכימיה ירוקה, הנדסה כימית, מדע סביבתי ומדעי החומר - יסיע את החדשנות הללו ממעבדה ליישום בקנה מידה מלא.

מסקנה

עקרונות כימיה ירוקה מציעים מסלול שיטתי לשיפור הקיימות של תהליכי אוזון.על ידי התמקדות במניעה, יעילות אנרגיה, קטליזה, ובקרה בזמן אמת, מפעילי יכולים להפחית את ההשפעה הסביבתית תוך שמירה - או שיפור ביצועים - טיפוליות.המעבר דורש השקעה בכורים מתקדמים, זרזים, ומערכות ניטור, אבל היתרונות ארוכי טווח בחיסכון בעלויות, עמידה רגולטורית, ובריאות הציבור הם מים משמעותיים איכות האוויר והפחתת תהליכי ייצור גרעיניים, אפילו לטווח הארוך, כמו גם כן, ואפקטים של תהליכי אופטימיזציה לטכנולוגיות הכימיות, ובטיחות, ובטיחות חיוניות של אנרגיה, ובטיחות, כמו גם כן, ובטיחות ירוקה, ובטיחות, יהיו צמיחה, כמו גם בתהליכים חיוניים של תהליכי אופטימיזציה תעשייתיות, אך בטווח הארוך, עם מטרות סביבתית, צמיחה של טכנולוגיות ירוקה, עם מטרות סביבתית, ובטיחות, צמיחה של אנרגיה, עם תהליכי ייצור חשמל, אך בטווח הארוך של אנרגיה, ובטיחות ירוקה, עם מטרות סביבתית, עם תהליכי ייצור חשמל תעשייתיות, וחדשנות ירוקה, עם מטרות סביבתית, צמיחה של אנרגיה ירוקה, צמיחה גבוהה יותר, עם מטרות סביבתית, עם מטרות סביבתית, אך בטווח הארוך, עם מטרות סביבתית, ובטיחות ירוקה, ובטיחות ירוקה, אך בטווח הארוך, אך

(ב) לקריאה נוספת, תוכנית הכימיה הירוקה של EPA מספקת משאבים בסיסיים (FLAC:0) EPA Green Chemistry Chemistry Chemistry Chemistry DietFLT:1), בעוד ביקורות האחרונות ב-FLT:2Environmental Science & TechnologyFLT 3: 3 מסמך התקדמות אכלת קטליטית (FLT:4Catalytication Research OzcioF:5).