Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Oxidation of volatile organic contaminants

Karol Jurczak

Abstract

The purpose of this work was to investigate the process of catalytic oxidation of volatile organic contaminants by the use of ozone in the gaseous phase. Toluene was used as a sample contaminant and cobalt and manganium ions supported on silica gel were used as the catalyst. Within the framework of this thesis, the influence of such parameters as inlet concentration of reactants and total volumetric flow rate of reactants and presence of the catalyst was examined. As a result of the performed experiments, following parameters were measured: degree of conversion of toluene, degree of mineralization of organic carbon, average reaction rate of toluene oxidation, average reaction rate of carbon dioxide synthesis. Ozone requirement in conducted experiments was determined as well. In the first part of this work the methods of volatile organic contaminants removal, such as: absorption, adsorption, combustion, membrane separation, catalytic oxidation and biological methods were presented, based on literature review. The properties of substances used in conducted experiments were described as well. In the experimental part of this work, the description of experimental setup and methodology of conducted tests were presented first. Subsequently, the results of performed oxidation experiments with the application of catalyst-impregnated and pure silica gel beds were presented. On the basis of analysis of experimental results, it was shown that the degree of conversion of toluene reached almost 100% regardless of the type of bed applied. This result is associated with low inlet concentration of toluene applied in the experiments in order to obtain high degree of mineralization of organic carbon. The degree of mineralization of organic carbon reached much higher values for the catalyst-impregnated bed (to 40%) compared to pure silica gel (to 17%) in the experiments conducted under similar conditions. With the increase of inlet concentration of toluene, the degree of mineralization decreased both for catalyst-impregnated bed and non-impregnated bed. In experiments performed, the average reaction rate of toluene oxidation increased with the increase of inlet concentration of toluene, which was mainly attributed to almost total conversion of toluene and limiting the process by reagents supply rate into the reactor. This effect was observed for both types of bed applied. The value of average reaction rate of carbon dioxide synthesis increased with the increase of both the volumetric flow rate and inlet concentration of toluene. Depending on the type of bed applied different values of the carbon dioxide formation rate was observed. In the case of catalyst impregnated silica gel the rate of carbon dioxide formation was 2,5-fold greater than that observed in
Record ID
WUT13eb2c79723144d7b16d5f1477e74960
Diploma type
Master of Science
Author
Karol Jurczak (FCPE) Karol Jurczak,, Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Title in Polish
Utlenianie lotnych zanieczyszczeń organicznych
Supervisor
Piotr M. Machniewski (FCPE/DPKT) Piotr M. Machniewski,, Department of Process Kinetics and Thermodynamics (FCPE/DPKT)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Certifying unit
Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Affiliation unit
Department of Process Kinetics and Thermodynamics (FCPE/DPKT)
Study subject / specialization
, Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
27-06-2012
Issue date (year)
2012
Pages
84
Internal identifier
DICHP-2128
Reviewers
Tomasz Ciach (FCPE/DBBE) Tomasz Ciach,, Department of Biotechnology and Bioprocess Engineering (FCPE/DBBE)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE) Piotr M. Machniewski (FCPE/DPKT) Piotr M. Machniewski,, Department of Process Kinetics and Thermodynamics (FCPE/DPKT)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Keywords in Polish
-
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy było zbadanie procesu katalitycznego utleniania lotnych zanieczyszczeń organicznych przy wykorzystaniu ozonu w fazie gazowej. Rolę zanieczyszczenia testowego pełnił toluen, natomiast rolę nośnika katalizatorów pełnił żel krzemionkowy. W ramach pracy został zbadany wpływ obecności katalizatora na nośniku, masy złoża, stężenia wlotowego reagentów oraz sumarycznego natężenie objętościowego przepływu reagentów przez układ. Na podstawie przeprowadzonych badań doświadczalnych zostały wyznaczone następujące parametry: stopień konwersji toluenu, stopień mineralizacji węgla organicznego, średnia szybkość reakcji utleniania toluenu, średnia szybkość reakcji powstawania ditlenku węgla. Określono również zapotrzebowanie ozonu w przeprowadzonych badaniach. W pierwszej, teoretycznej części niniejszej pracy został przedstawiony przegląd publikacji dotyczących metod usuwania lotnych zanieczyszczeń organicznych takich jak: absorpcja, adsorpcja, spalanie, separacja membranowa, utlenianie katalityczne czy metody biologiczne. Opisano również właściwości substancji użytych w przeprowadzonych badaniach. W części doświadczalnej niniejszej pracy przedstawiono opis stanowiska pomiarowego oraz metodykę przeprowadzonych badań. Następnie przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań z zastosowaniem złoża impregnowanego katalizatorami oraz z zastosowaniem złoża, które stanowił czysty żel krzemionkowy. Na podstawie analizy badań wykazano, że stopień konwersji toluenu osiągał blisko stuprocentową wartość niezależnie od rodzaju zastosowanego złoża. Efekt taki związany jest z niskimi wartościami stężenia wlotowego toluenu oraz zamierzoną znaczną mineralizacją węgla organicznego. Stopień mineralizacji węgla organicznego wyznaczony na podstawie wyników zebranych podczas doświadczeń osiągał dużo wyższe wartości (do 40%) dla złoża impregnowanego katalizatorami w porównaniu z czystym żelem krzemionkowym (do 17%), gdy doświadczenia przeprowadzone były w zbliżonych warunkach. Ze wzrostem stężenia wlotowego toluenu wartość stopnia mineralizacji zmniejszała się zarówno dla złoża impregnowanego katalizatorami jak i dla złoża nieimpregnowanego. W przeprowadzonych badaniach średnia szybkość reakcji utleniania toluenu wzrastała wraz ze wzrostem stężenia wlotowego toluenu, co jednak związane jest z jego niemal całkowitą konwersją i limitowaniem tej reakcji szybkością dostarczania substratu do reaktora. Efekt taki zaobserwowano dla obu rodzajów stosowanego złoża. Wartość średniej szybkości reakcji powstawania ditlenku węgla ulegała wzrostowi wraz ze wzrostem zarówno natężenia objętościowego przepływu, jak i stężenia wlotowego toluenu. Widoczne było zróżnicowanie wartości średniej szybkości tworzenia ditlenku węgla w zależności od zastosowanego w badaniu złoża. W przypadku stosowanych katalizatorów szybkość ta była dwu i pół krotnie wyższa niż w przypadku czystego żelu krzemionkowego.
File
  • File: 1
    Karol Jurczak - praca magisterska.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 2848

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT13eb2c79723144d7b16d5f1477e74960/
URN
urn:pw-repo:WUT13eb2c79723144d7b16d5f1477e74960

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page