Photokatalytisches Verfahren zur Reinigung NH_3- und NO-haltiger Abgase

Eine Voraussetzung fuer die Entwicklung eines photokatalytischen Verfahrens zur Reinigung NH_3- und NO-haltiger Abgase ist die Kenntnis der Reaktionskinetik. Daher wird die Reaktionsgeschwindigkeit sowie die Produktselektivitaet der photokatalytischen NH_3-Oxidation in einem Plattenreaktor als Funktion der Einflussgroessen Eduktkonzentration, Lichtintensitaet und Temperatur ermittelt. Als Oxidationsmittel zur Umsetzung von Ammoniak an mit UV-Lichtbestrahltem TiO_2 der Anatas-Modifikation zu den Produkten Stickstoff und Wasser dienen Luftsauerstoff bzw. Stickstoffmonoxid. Zudem wird der Einfluss der in realen Abgasstroemen haeufig vorkommenden Gase Wasser, Schwefeldioxid und Kohlenwasserstoffe auf den Reaktionsablauf ermittelt. Mit Hilfe der experimentellen Daten und einer Modellvorstellung ueber den Reaktionsmechanismus wird eine Geschwindigkeitsgleichung aufgestellt, die den photokatalytischen Prozess hinreichend genau beschreibt. Nach Abschluss der reaktionskinetischen Messungen mit dem Platten-Photoreaktor wird die Einsatzmoeglichkeit einer zirkulierenden Wirbelschicht sowie eines Stroemungsrohr-Reaktors fuer die technische Anwendung der photokatalytischen Abgasreinigung untersucht und die Bestimmung der massgebenden Einflussgroessen fuer beide Systeme durchgefuehrt. Dabei zeigt sich, dass in der zirkulierenden Wirbelschicht bereits bei sehr geringen Feststoffanteilen, d.h. bei Einsatz von wenig Katalysatormasse, der maximale Umsatz erreicht wird. Daher sind Wirbelschichten fuer eine technische Anwendung von photokatalytischen Reaktionen nicht geeignet. Dagegen koennen im Stroemungsrohr-Reaktor, bei dem sich im Reaktionskanal mit Katalysatormaterial beschichtete Netze und entsprechende Lampen befinden, grosse Katalysatormassen aktiviert und somit hohe Umsaetze erreicht werden. Abschliessend wird der Stroemungsrohr-Reaktor an einer Restabfallbehandlungsanlage zur Entfernung des Ammoniaks aus der Abluft einer Kompostierungshalle eingesetzt, um das photokatalytische Verfahren im Hinblick auf eine praktische Nutzung bewerten zu koennen.One of the basic elements for developing a process for cleaning NH_3- and NO-containing exhaust gases is the knowledge of the reaction kinetics. Therefore the rate of reaction as well as the selectivity of the photocatalytic NH_3-oxidation in a plate reactor is measured as a function of educt concentration, light intensity and temperature. Atmospheric O_2 and NO are used to oxidize NH_3 to N_2 and H_2O on anatase, which is irradiated by UV-light. Additionally the influences of water, sulfur dioxide and hydrocarbons on the reaction rate are examined, as these components are normally existing in technical exhaust gases. The combination of experimental data with a model for reaction mechanisms leads to a useful expression for the description of the photocatalytic process. Having obtained an useful rate equation for the oxidation of ammonia, the question arises which type of reactor can be used to perform this photocatalyzed reaction in practice. Therefore the photocatalytic reaction is examined in a fluidized-bed reactor. It is shown that the maximum conversion rate is already reached at relatively low solids content. As a consequence, the amount of TiO_2 which can be used in such a system is too low for practical use. In order to find a more suitable reaction system a plug flow reactor is tested. The duct of such a reactor is equipped with TiO_2-coated nets and UV-lights. The advantage of this system is that a huge amount of catalyst can be activated. Due to this a high conversion rate can be reached. Finally the plug flow reactor needs to be tested under practical conditions. Therefore the reactor is installed into a waste treatment system to oxidize ammonia in the exhaust gas of a composting plant.SIGLEAvailable from: http://edok01.tib.uni-hannover.de/edoks/e01dh01/332490122.pdf / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman