Anwendung gekoppelter Temperatur- und Konzentrationspulse für die effiziente adsorptiv-katalytische Entfernung von Schadstoffen aus kontaminierten Abluftströmen

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Markus Kraus

Verfahrensschritte, die eine Abtrennung von flüchtigen Verbindungen aus gasförmigen Medien (z.B. Abluft aus industriellen Anlagen, Raumluft, Abgase) bewirken, sind Bestandteile vieler technischer Prozesse in den Bereichen der chemischen Industrie und des Umweltschutzes. Vor allem Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), die bei vielfältigen Produktionsverfahren, der Abfallbehandlung, der Tierhaltung bis hin zur Boden- und Grundwasserreinigung auftreten, können dabei zumeist nicht wirtschaftlich zurück gewonnen und müssen daher eliminiert werden. In den Bereichen sehr niedriger bzw. hoher Schadstoffkonzentrationen existieren bereits technisch ausgereifte Abluftreinigungsmethoden, die auf der Adsorption bzw. auf der katalytischen Nachverbrennung (KNV) beruhen. Im Bereich mittlerer Schadstoffkonzentrationen (typischerweise zwischen 0,1 bis ca. 2 gC/m3) sowie für stark schwankende VOC-Gehalte, wie sie besonders im Zusammenhang mit Sanierungsmaßnahmen auftreten, ist dies jedoch nicht der Fall. Diese Defizite sollen im Rahmen der Promotionsarbeit durch ein neuartiges, effizient und flexibel einsetzbares adsorptiv-katalytisches Kombinationsverfahren überwunden werden, mit dem die Verfahrensschritte Adsorption, Desorption, direkter Energieeintrag und KNV in nur einem Festbett im kontinuierlichen Betrieb realisiert werden sollen. Grundelement ist ein bei Bedarf das Festbett durchlaufender thermo-chromatographischer Puls, der als eine heiße das Festbett "durchlaufende" Zone aufgefasst werden kann. In ihm werden die adsorbierten Schadstoffe auf Grund der hohen Temperaturen desorbiert und unmittelbar durch die katalytische Komponente des Festbetts zu Kohlendioxid oxidiert. Die Initiierung des Pulses erfolgt nach der Injektion eines Übertragungsmediums, im einfachsten Fall Wasser, durch dielektrische Radiowellenerwärmung (Frequenz 13,56 MHz). Durch die lokale Erwärmung werden sowohl die Arbeitstemperatur des Oxidationskatalysators als auch die Desorption des adsorbierten Schadstoffs sehr energieeffizient erreicht.Im Verlaufe der Promotionsarbeit erfolgte bereits eine Maßstabsvergrößerung des Abluftreinigungssystems von anfänglich 0,5 g auf über 1 kg Adsorbermasse. Die physikalischen Mechanismen wurden näher charakterisiert und Bedingungen eingegrenzt, unter denen eine quasikontinuierliche Betriebsweise zur Abluftreinigung mit nur einem Festbettreaktor möglich ist. Die aktuellen Untersuchungen sind darauf gerichtet, die katalytische Umsetzung von organischen Schadstoffen nach dem Verfahrensprinzip zu optimieren.Ausgewählte Veröffentlichungen:- Proc. 11th Int. Conf. on Microwave and High Frequency Heating, S. 170-173, Oradea, 2008. - Journal of Microwave Power & Electromagnetic Energy 42,3 (2008) 9-16.- Journal of Microwave Power & Electromagnetic Energy 42,4 (2008) 45-54.

Förderzeitraum:
01.01.2007 - 31.12.2009

Institut:
Universität Leipzig
Institut für Experimentelle Physik 1
Abteilung Grenzflächenphysik

Betreuer:
Prof. Dr. Jörg Kärger

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: www.ufz.de

Publikationen:

  • Water dissociation in a radio-frequency electromagnetic field with ex situ electrodes-process characterization
    PLASMA SOURCES SCIENCE & TECHNOLOGY Volume: 22 Issue: 1 Article Number: 015010 Published: FEB 2013
  • Selective dielectric heating for efficient adsorptive-catalytic cleaning of contaminated gas streams
    APPLIED CATALYSIS A-GENERAL Volume: 474 Special Issue: SI Pages: 244-249 Published: MAR 22 2014
  • Modeling of a Thermo-chromatographic Pulse (TCP) as Radio-frequency (RF)-induced Selective Heating Effect
    JOURNAL OF MICROWAVE POWER AND ELECTROMAGNETIC ENERGY Volume: 47 Issue: 1 Pages: 24-45 Published: 2013
  • Migrating Temperature "Thermo-Chromatographic" Pulses (TCP) Initiated by Radio-Frequency (RF) Heating
    JOURNAL OF MICROWAVE POWER AND ELECTROMAGNETIC ENERGY Volume: 46 Issue: 4 Pages: 241-252 Published: 2012
  • Influence of moisture content and temperature on the dielectric permittivity of zeolite NaY
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS Volume: 13 Issue: 9 Pages: 4119-4125 Published: 2011
  • Exhaust Gas Purification at Small-Scale Biomass Combustion and Experimental Investigation of a Combination of Catalytic and Electrostatic Exhaust Aftertreatment
    CHEMIE INGENIEUR TECHNIK Volume: 83 Issue: 12 Pages: 2105-2120 Published: DEC 2011
  • Electrode Design for Soil Decontamination with Radio-Frequency Heating
    CHEMICAL ENGINEERING & TECHNOLOGY Volume: 34 Issue: 10 Pages: 1652-1659 Published: OCT 2011
  • Dielectric Radio-Frequency Heating of Zeolites - Selectivity, Thermo-Chromatographic Pulse and Drying by Water
    CHEMIE INGENIEUR TECHNIK Volume: 83 Issue: 12 Pages: 2260-2269 Published: DEC 2011
Effiziente Abluftreinigung durch Anwendung thermo-chromatographischer Prinzipien
Effiziente Abluftreinigung durch Anwendung thermo-chromatographischer Prinzipien