BUDAPESTI MÜSZAKI és GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM. Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar OLÁH GYÖRGY DOKTORI ISKOLA. Tézisfüzet.

Hasonló dokumentumok
Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Vízben oldott antibiotikumok (Fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

Vízben oldott antibiotikumok (fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

Vízben oldott antibiotikumok (fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

2009. február 27. Takács Erzsébet

SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

NFÜ monitorozás 2011 MTA IKI

A ferrát-technológia klórozással szembeni előnyei a kommunális szennyvizek utókezelésekor

MTA Izotópkutató Intézet

Nagyhatékonyságú oxidációs eljárások a szennyvíztisztításban

Vízben oldott antibiotikumok (fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Környezetbarát és katalitikus folyamatok. MSc kurzus, Vági Erika, Székely Edit, Mika László Tamás

Úszó fedlapok hatásának vizsgálata nem levegőztetett eleveniszapos medencék működésére nagyüzemi helyszíni mérésekkel és matematikai szimulációval

Ferrát-technológia alkalmazása biológiailag tisztított szennyvizek kezelésére

A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA

Badari Andrea Cecília

MEMBRÁNKONTAKTOR ALKALMAZÁSA AMMÓNIA IPARI SZENNYVÍZBŐL VALÓ KINYERÉSÉRE

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Tárgyszavak: Diclofenac; gyógyszermineralizáció; szennyvíz; fotobomlás; oxidatív gyökök.

A tisztítandó szennyvíz jellemző paraméterei

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Platina alapú kétfémes katalizátorok jellemzése

Nagyhatékonyságú oxidációs eljárás alkalmazása a szennyvízkezelésben

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Ipari szennyvizek tisztítása fotokatalitikus eljárással. Dr. Zsigmond Ágnes Izoforon Kft. DAOP

Készítette: NÁDOR JUDIT. Témavezető: Dr. HOMONNAY ZOLTÁN. ELTE TTK, Analitikai Kémia Tanszék 2010

Általános Kémia, BMEVESAA101

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

NEHÉZFÉMEK ELTÁVOLÍTÁSA IPARI SZENNYVIZEKBŐL Modell kísérletek Cr(VI) alkalmazásával növényi hulladékokból nyert aktív szénen

Anaerob fermentált szennyvíziszap jellemzése enzimaktivitás-mérésekkel

Segédanyag a nedves levegős oxidációs gyakorlathoz

ETÁN ÉS PROPÁN ÁTALAKÍTÁSA HORDOZÓS PLATINAFÉM- ÉS RÉNIUM- KATALIZÁTOROKON

XXXVIII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

A feladatok megoldásához csak a kiadott periódusos rendszer és számológép használható!

Energiagazdálkodás és környezetvédelem 4. Előadás

LABORATÓRIUMI PIROLÍZIS ÉS A PIROLÍZIS-TERMÉKEK NÉHÁNY JELLEMZŐJÉNEK VIZSGÁLATA

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

K+F infrastruktúra fejlesztés a

Modern fizika laboratórium

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Technológiai szennyvizek kezelése

Szervesanyag-tartalmú hulladékvizek nedves oxidációja

A budapesti aeroszol PM10 frakciójának kémiai jellemzése

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2014 nyilvántartási számú (2) akkreditált státuszhoz

Adszorbeálható szerves halogén vegyületek koncentráció változásának vizsgálata kommunális szennyvizek eltérő módszerekkel történő fertőtlenítése során

Hulladékfogadás, együttes rothasztás, biogáz hasznosítás hatékonyságának növelése a DÉL-PESTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEN

Nitrogén- és szénvegyületek átalakulásának követése egy többlépcsős biológiai szennyvízkezelő rendszerben

A GEOSAN Kft. célkitűzése a fenntartható fejlődés alapjainak elősegítése

Mikrobiológiai üzemanyagcella alapvető folyamatainak vázlata. Két cellás H-típusú MFC

Izotópkutató Intézet, MTA

Radioaktív nyomjelzés

Klórozott szénhidrogénekkel szennyezett talajok és talajvizek kezelésére alkalmazható módszerek

Vegyipari és Biomérnöki Műveletek. Szennyvíztisztítási biotechnológia

Kommunális szennyvizek kezelése ferrát-technológiával Gombos Erzsébet Környezettudományi Doktori Iskola III. éves hallgató

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

Klórbenzol lebontásának vizsgálata termikus rádiófrekvenciás plazmában

Mélységi víz tisztítására alkalmas komplex technológia kidolgozása biológiai ammónium- mentesítés alkalmazásával

A Kémiai Laboratórium feladata

a környezetv MTA, február r 27.

Redoxi reakciók Elektrokémiai alapok Műszaki kémia, Anyagtan I előadás

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

PiAndTECH FluidKAT katalitikus izzóterek

TÉMAVEZETŐ Dr. TAKÁCS ERZSÉBET BEZSENYI A GYÓGYSZERMARADVÁNYOK ELTÁVOLÍTÁSNAK LEHETŐSÉGEI A DÉL-PESTI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEN

Zöld Kémiai Laboratóriumi Gyakorlatok. Mikrohullámú szintézis: 5,10,15,20 tetrafenilporfirin előállítása

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Talajvizek szerves mikroszennyezőinek eltávolítása oxidációs technikákkal

XL. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A komponensek jellemzőinek és a gyártási műveletek paramétereinek szerepe papírból készült különböző termékek visszaforgathatóságában

Ciklodextrines kezeléssel kombinált technológiák a környezeti kockázat csökkentésére

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

a NAT /2013 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSOK ALKALMAZÁSA PESZTICIDTARTALMÚ VIZEK UTÓKEZELÉSÉRE

A tételsor a 12/2013. (III. 28.) NGM rendeletben foglalt szakképesítés szakmai és vizsgakövetelménye alapján készült. 2/43

Automata titrátor H 2 O 2 & NaOCl mérésre klórmentesítő technológiában. On-line H 2 O 2 & NaOCl Elemző. Méréstartomány: 0 10% H 2 O % NaOCl

Röntgen-gamma spektrometria

Környzetbarát eljárások BSc kurzus, Integrated Pollution Prevention and Control Industrial Emissions Directive. Székely Edit

1. feladat Összesen: 26 pont. 2. feladat Összesen: 20 pont

5. Laboratóriumi gyakorlat

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Makroelem-eloszlás vizsgálata vizes élőhely ökotópjaiban

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

Szennyvíziszap dezintegrálási és anaerob lebontási kísérlete. II Ökoenergetika és X. Biomassza Konferencia Lipták Miklós PhD hallgató

Információtartalom vázlata: Mezőgazdasági hulladékok definíciója. Folyékony, szilárd, iszapszerű mezőgazdasági hulladékok ismertetése

Eljárás kidolgozása az eleveniszapos denitrifikáció műveletének kinetikai

7. gyak. Szilárd minta S tartalmának meghatározása égetést követően jodometriásan

Mikrobiológiai üzemanyagcellák szervesanyag-eliminációs hatékonyságának vizsgálata

Létesített vizes élőhelyek szerepe a mezőgazdasági eredetű elfolyóvizek kezelésében

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

TÉMAVEZETŐ Dr. TAKÁCS ERZSÉBET

Átírás:

BUDAPESTI MÜSZAKI és GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar OLÁH GYÖRGY DOKTORI ISKOLA Tézisfüzet Készítette: Arezoo M. Hosseini Témavezető: Tungler Antal emeritus kutató professzor 2014

Bevezetés, célkitűzések A gyógyszeripar az egyik legjelentősebb iparág, termelése állandóan növekszik, ezzel együtt növekszik az általa kibocsájtott melléktermékek és hulladékok mennyisége is. Ezeknek jelentős részét teszik ki a nagy szerves anyag tartalmú folyékony hulladékok, ezek veszélyes hulladéknak minősülnek, leginkább égetéssel ártalmatlanítják őket. A biológiai kezelés az elsődleges módszer a szerves szennyezők eltávolítására, ez viszont sok esetben alkalmatlan az anyalúgok kezelésére, mivel ezek mérgezőek, nem biodegradálhatóak és veszélyesek lehetnek. A mikróbák érzékenyek a (kémiai) behatásokra, ezért vegyipari alkalmazásuk korlátozott. Ez különösen igaz a finomkémiai iparra, ahol viszonylag kis, szakaszos készülékekben sokféle anyagot állítanak elő, szintén sokféle, eltérő összetételű hulladékot képezve. Jellemző toxikus anyagok az aromás vegyületek, valamint a halogén, például klór tartalmú vegyületek. Egy gyakori szennyező, a fenol példa erre, biológiailag bontható 50-200 mg/dm3 koncentrációban, a gyakorlatban ennél általában nagyobb töménységben fordul elő a technológiai szennyvizekben. A biológiai lebontás szennyvíziszapot termel, amit ártalmatlanítani kell, ez szintén környezeti probléma. Manapság leginkább biogáz termelésére használják, ami lényegesen csökkenti az ártalmatlanítandó anyag mennyiségét és ezzel a probléma mértékét is. 1. ábra Szennyvíz kezelési diagram a módszerek alkalmazásáról, a kémiai oxigén igény és a szennyvíz időegység alatti mennyiségének függvényében A gyógyszeripari hulladékok részletes kémiai analízise bonyolult a sok összetevő miatt, ezért nem gazdaságos ipari körülmények között. Ilyen módon a biodegradálhatóság megállapítása nehézkes. Disszertációm célja a következőkben foglalható össze: a technológiai szennyvizek nem engedhetők be a közcsatornába nagy szerves anyag tartalmuk és veszélyességük miatt, ártalmatlanításuk korlátja többek között az, hogy nem hígíthatók. Megoldást kerestünk arra, hogy toxikus hatásukat megszüntessük, adott esetben kombináljuk ezt illékony tartalmuk eltávolításával, a kidesztillált oldószerek hasznosításával. A toxikus

szerves vegyületek lebontása után biológiai tisztításra kerülhet sor. A folyékony hulladékok többsége felhasználható szénforrásként a biológiai N-eltávolításban a denitrifikációban a kommunális szennyvíz kezelésben, vagy az anaerob biogáz termelésben. A nem biodegradálható ipari anyalúgokat kémiai oxidációval kezelhetjük toxicitásuk megszüntetésére, a módszer lehet nedves oxidáció vagy un. AOP, korszerű oxidációs eljárás. A nedves oxidáció intenzifikálása lehetséges katalizátorok használatával, vagy gyökkeltő nagy energiájú sugárzással (γ-sugárzás, electron besugárzás) kombinált nedves oxidációval. A nedves oxidáció hátránya a nagy hőmérséklet és nyomás, valamint a korrozív reakcióelegyek a szokásos körülmények között, még lúgos ph.nál is. Ezek a különleges körülmények indokolják azt a hajtóerőt, amit az alkalmas katalizátorok kutatásában látunk, a katalitikus megoldás előnyei a kisebb nyomás, hőmérséklet és a kisebb tartózkodási idő, ezzel pedig a kisebb költségek. Hasonló hatású lehet a nedves oxidáció és a besugárzás kombinálása, mint intenzifikálási módszer. Irodalmi rész Nedves levegős oxidáció Nedves oxidáció vagy ismert rövidítéssel WAO olyan oxidációs eljárást jelent, ahol a folyadék fázisban (víz) az oldott vagy szuszpendált anyagot reagáltatjuk a beoldódott oxigénnel. Ez olyan hulladék áramok kezelésére használatos, amelyek nem elég tömények az égetésre, vagy túl tömények a biológiai tisztításra, azaz jó lehetőséget adnak a nagy szerves anyag tartalmú technológiai szennyvizek kezelésére. A nedves oxidáció kémiája a szerves vegyületekből szabad gyökök képződésén alapul. Ebben a hidrotermális folyamatban a szennyezők átalakulnak biológiailag könnyen lebontható molekulákká vagy teljesen mineralizálhatóak. A nedves oxidáció jellemző paraméter tartománya 180 o C - 315 o C és 2-15 Mpa. Zimpro nedves levegős oxidáció A WAO története 60 éves, akkor alkalmazta Zimmermann először papírgyártási anyalúg ártalmatlanítására, nagy nyomású levegővel reagáltatva azt, ami a szerves vegyületek oxidációjával járt, amelyek oldott vagy szuszpendált állapotban voltak a vízben (1). Később az eljárást főleg szennyvíziszap kezelésére használták (Zimpro), de a 70-es évektől a szennyvíztisztításban használt aktívszén regenerálására is alkalmazták. A 80- as évektől használata elterjedt a folyékony ipari hulladék ártalmatlanításban. 1985-ben már több száz WAO üzem működött különböző szennyvizek kezelésére (2). A tipikus nedves oxidációs rendszer folyamatos üzemű, kompresszorral adagolják a levegőt (oxigént) és a kezelendő folyadékot. Hőcserélőt alkalmaznak, hogy a buborékoszlopos reaktorból kijövő forró reakció eleggyel a betáplált folyadékot

előmelegítsék. Külső energia, általában gőz szükséges a reaktor indításánál és a hőszabályozáshoz. A tartózkodási idő a reaktorban megfelelő hőmérsékleten (>200 o C) órás nagyságrendű a kívánatos átalakulás eléréséhez. Mivel a reakció exoterm, ha a kezelendő szennyvíz KOI értéke 10000 mg/dm 3 -nél nagyobb, akkor a rendszer termikusan önfenntartó. Katalitikus nedves levegős oxidáció Az utóbbi évtizedekben jelentős igény mutatkozott a vegyipari, gyógyszeripari koncentrált szennyvizek és a szennyvíziszap kezelésére (3,4). WAO mellett a CWAO azaz a katalitikus nedves oxidációt is alkalmazzák, a kutatásokban főleg modell szennyvizeket vizsgáltak, kevés munka foglalkozott a valódi, komplex ipari hulladékvizekkel (5-10). A nedves oxidáció hőmérsékletének és nyomásának csökkentésére alkalmas lehet a katalitikus nedves oxidáció. Oldható fémsók, mint a réz és a vas sói jelentősen növelhetik a reakciósebességet, de a reakcióelegyből az eltávolításuk és a visszaforgatás megoldandó. A heterogén katalizátorok előnye a könnyű elválasztás és a folytonos üzemmód lehetősége. Cu, Zn, Co, Mn, és Bi oxidjai aktív katalizátorok, de kioldódásuk jelentős (11-15). Korszerű és kombinált oxidációs módszerek Az utóbbi évtizedekben a korszerű oxidációs módszerek (AOP) ígéretes megoldásokat kínáltak a szennyvízkezelésre, mert lehetőséget adnak az ellenálló szennyezők lebontására, akár teljes mineralizációra, akár kevésbé ártalmas anyagokká vagy biológiailag bonthatókká való átalakításra, amik például kisebb molekulatömegűek. Az AOP-k nagy reakcióképességű szabad gyökök keltésével működnek, olyannal mint az OH* gyök, ami erősebb oxidálószer a szokásosaknál, mint a molekuláris oxigén vagy az ózon, párosítatlan elektronja miatt. A koncentrált finomkémiai vagy gyógyszeripari eredetű szennyvizek kezelésének újabb eljárásai az AOP és a nedves oxidáció kombinációját jelentik, ezen a területen eddig viszonylag kevés publikáció jelent meg. A szennyvizek nagy energiájú elektronokkal, gamma sugárzással vagy röntgen sugárzással való kezelése lehetséges. Az elektron sugárzást elektrongyorsítóval lehet létrehozni, amelyek az elektronok energiája és teljesítményük révén ipari alkalmazásban is vannak. Irodalom 1) Zimmerman FJ, Diddams DG The Zimmermann process and its application in the pulp and paper industry(1960) TAPPI 43(8), 710-75 2) Mishra V.S., Mahajani V:V, Joshi J.B, Wet air oxidation, Industrial and engineering chemistry research, 34(1995) 2-17 3) Devlin, H.R., Harris, I.J., Mechanism of the oxidation of aqueous phenol with dissolved oxygen, Ind. Eng. Chem. Fundam., 1984, 23 (4); 387-392

4) Pintar A., Gorazol B., Besson M., Gallezot P., Catalytic wet-air oxidation of industrial effluents: total mineralization of organics and lumped kinetic modeling, Applied Cat., B Env. 47(3), (2004) 143-152. 5).Suarez-Ojeda M. Eugenia, Guisalsola A., Baeza J.A., Fabregat A., Stube F., Fortuny A., Carrera J., Wet air oxidation (WAO) as a precursor to biological treatment of substituted phenols: Refractory nature of the WAO intermediates, Chemosphere 66 (2007) 2096-2105. 6).Mishra V S, Mahajani V V, Joshi J B, Wet air oxidation, Industrial and Engineering Chemistry Research 34 (1995), 2-17 7) Barbier J.Jr., Delanoë F., Jabouille F., Duprez D., Blanchard G., Isnard P., Total oxidation of acetic acid in aqueous solutions over noble metal catalysts, Journal of Catalysis 177 (1998) 378-385. 8). Imamura S., Wet-Oxidation of a Model Domestic Wastewater on a Ru/Mn/Ce Composite Catalyst, Industrial and Engineering Chemistry Research. 38 (1999) 1743-1753. 9) Luck F., Wet air oxidation: past, present and future, Catalysis Today, 53 (1999) 81-91. 10) Matatov-Meytal Y.I., Sheintuch M., Catalytic Abatement Of Water. Pollutants, Industrial and Engineering Chemistry Research. 37 (1998) 309-326 11) Fortuny A, Font J, Fabregat A (1998) Wet air oxidation of phenol using active carbon as catalyst. Appl Catal B 19:165 173 12) Pintar A, Batista J, Tisler T (2008) Catalytic wet-air oxidation of aqueous solutions of formic acid, acetic acid and phenol in a continuous-flow trickle-bed reactor over Ru/TiO2 catalysts. Appl Catal B 84:30 41 13) Barbier J Jr, Delanoe F, Jabouille F, Duprez D, Blanchard G, Isnard P (1998) Total oxidation of acetic acid in aqueous solutions, over noble metal catalysts. J Catal 177:378 385 14) Mantzavinos D, Hellenbrand R, Livingston AG, Metcalfe IS,Catalytic wet air oxidation of polyethylene glycol. Appl Catal 7 (1996) 379 396 15) Mikulova J, Rossignol S, Barbier J Jr, Mesnard D, Kappenstein C, Duprez D Ruthenium and platinum catalysts supported on Ce, Zr, Pr O mixed oxides prepared by soft chemistry for acetic acid wet air oxidation. Appl Catal B 72 (2007) 1 10 Kísérleti rész A katalitikus reakciókat 200, 230 és 250 C-on, 50 bar össznyomáson oxigénnel végeztük. Titándioxid por és fém titán hálóra, mint hordozókra felvitt nemesfémoxid katalizátorokat használtunk, jellemzésükre XPS, ICP-MS, SEM, XRD és TPR módszereket alkalmaztunk. A katalizátorok aktivitását modell és valódi szennyvizek oxidációjában is teszteltük. Az oxidáció sebességét a szokásos módon mértük, a kísérletek során mintákat vettünk és analizáltuk TOC (teljes szerves széntartalom) és KOI (kémiai oxigén igény) tartalmukat, egyes minták BOI (biológiai oxigén igény) értékét is meghatároztuk.

Autokláv reaktor a WAO és CWAO kísérletekhez A kísérletekhez saválló acélból készült autoklávokat használtunk, ezeket mágneses keverővel, fűthető lappal és fűtőszalaggal láttuk el. Hőmérsékletüket szabályoztuk, úgy, hogy a hőmérőt az autoklávba benyúló hőmérőtokba helyeztük. Az autokláv levegővel, nitrogénnel és oxigénnel volt feltölthető és a kívánt nyomás beállítható. A mintavevő cső lenyúlt az edény aljáig, külső végén szeleppel volt zárható, így lehetet folyadék mintát venni a reakcióelegyből. Szennyvizek és jellemzésük A technológiai szennyvíz mintákat a Fővárosi Csatornázási Művek gyűjtötte össze a budapesti gyógyszergyáraktól, ezek mind érdekeltek folyékony hulladékaik fenntartható ártalmatlanításában. Mindegyik minta egy adott hatóanyag vagy intermedier gyártásából ered. Fekete dobozként kezeltük őket, nem volt részletes kémiai elemzés, illékony szerves oldószer tartalmukat, fizikai és kémiai jellemzőiket, KOI, TOC, BOI mértük, meghatároztuk anaerob rothasztási tulajdonságukat és oxidálhatóságukat. A modell szennyvizek (fenol, dimetilformamid, diclofenak tartalmúak) a laboratóriumban készültek, TOC és KOI értékeiket mértük, oxidációs tulajdonságaikat meghatároztuk. Heterogén katalizátorok A titándioxid hordozós nemesfém oxidokat, Pt oxid/tio 2, Ru oxid/tio 2, Rh oxid/tio 2, Pd oxid/tio 2 a laboratóriumban készítettük. Az alapanyagokat a Sigma Aldrich Company szolgáltatta. AEROXIDE TiO 2 P 25 (Evonik [Degussa]) nagy diszperzitású titándioxid, az AEROSIL eljárással készül. A Ti-háló hordozós, különböző aktív bevonatokkal ellátott katalizátorok a kooperáló laboratóriumokban készültek: Ru oxid/ti háló (TM1), Pd oxid/ti háló (TM2), Ir-Ta oxid/ti háló (TM3), Ru-Ir oxid/ti háló (TM4), Ru-Ir oxid/ti háló (TM5). A TM0 jelű katalizátor titán háló(0.5 100 500 mm méretű) ruténium irídium vegyes oxid bevonattal a Magneto BV (The Netherlands) gyártmánya, hipoklorit előállítására és tengervíz elektrolízisére ajánlják. A háló katalizátorokat feltekertük és így tettük az autoklávba, a belső falhoz támasztva. Eredmények Katalizátorok jellemzése Az ecetsav tartalmú minta (12) oxidációjában kiderült, hogy a Pt és Rh oxid/titándioxid katalizátorok elhanyagolható aktivitásúak, ezért a további vizsgálatokban a Pd és Ru oxid tartalmúakat vizsgáltuk és jellemeztük részletesen. Az XPS, ICP-MS és TPR eredmények jó egyezést adtak a fémtartalmakat illetően.

1. táblázat A 12, 13 és 14 számú minták oxidációs eredményei 50 bar nyomáson és 250 C-on titándioxid hordozós nemesfémoxid katalizátorokkal Katalizátort KOI mg/l TOC mg/l TOC csökkenés (%) KOI csökkenés (%) Minta 12 (373) 1218000 344000 - - oxidációhoz hígítva 53000 15000 - - - 28670 14600 2.7 46 0.6 g Pt oxid/tio 2 22920 12970 13.5 57 0.6 g Ru oxid /TiO 2 20280 11565 23 62 0.6 g Rh oxid /TiO 2 38940 13485 10 26.5 0.6 g Pd oxid /TiO 2 23465 9430 37 56 Minta 13 (FCSM2) 113600 34000 - - - 41 700 15 940 53 63 0.3 g Pd oxid/tio 2 29 600 11 640 65 74 0.3 g Ru oxid/tio 2 36 300 13 920 59 68 0.3 g TiO 2 36 100 14 940 56 68 16 mg CuSO 4 36 000 11 760 65 68 Minta 14 (584) 53000-4880 - - 91 0.3 g Pd oxid/tio 2 6130 - - 88.4 16 mg CuSO 4 6430 - - 87.9 A monolit katalizátorok közül a két oxidot (Ru, Ir) tartalmazók voltak a legaktívabbak. Ennek oka az lehet, hogy a Ru és az Ir szinte ugyanolyan koncentrációban voltak a vizsgált területen, mivel ugyanolyan ablációs időnél jelentek meg, hasonló koncentrációra utalva a réteg mélységétől függetlenül is. (2, 3, 4 ábra). A kereskedelmi háló a legstabilabb, bár hosszabb használat után aktivitásának és nemesfém tartalmának csökkenése volt megfigyelhető (Fig. 5). A laboratóriumban készült Ru/Ir monolit katalizátorok kezdő aktivitása hasonló volt, de kevésbé voltak stabilak, a kioldódás, illetve a felületi nemesfém oxid réteg abráziója gyorsabb volt, függetlenül attól, hogy a felületi réteg szerkezete folytonos vagy tagolt volt (3. ábra). Az XPS mérések adtak felvilágosítást a katalitikusan aktív anyag vegyértékállapotáról, ezek a Ru és az Ir oxidjal voltak. A katalizátorok az előállítás után teljesen oxidált állapotúak.

2. ábra LA-ICPMS spektrum a TM0/1 katalizátorról, a felületi koncentrációkat mutatja a nemesfémoxidokra a mélység függvényében 3. ábra. SEM kép a TM0/1 jelű hálóról

O 1s 140000 120000 Cr 2p (sample holder) Intensity (counts) 100000 80000 60000 40000 Ti 2p C 1s Ru 3d Ir 4f 20000 Al K reduced in H 2 Mg K 0 600 500 400 300 200 100 0 Binding energy (ev) reduced in H 2 Al K as prepared 4. ábra. XPS spektrum a TM0/1 hálóról, az alsó görbe Al Kα gerjesztéssel, a középső görbe hidrogénes redukció után Mg Kα gerjesztéssel,felső görbe redukció után Al Kα gerjesztéssel 2. táblázat KOI csökkenés háló katalizátorokkal valódi szennyvíz (15) oxidációjában (230 o C, 50 bar) Reakcióidő min KOI csökkenés % Katalizátor nélkül TM0/1 TM0/ használt TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 60 55 29 48 43 32 59 62 180 85 39 56 68 47 89 87 300 38 95 41 62 80 48 97 95

TOC (mg/l) 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 5, 15, 50,100, 170h 0 60 120 180 240 300 time (min) 5. ábra TOC-idő görbék (230 o C, 50 bar) valódi szennyvíz oxidációjában TM0 kereskedelmi katalizátorral, növekvő használati idővel, ami az öregedést jellemzi. Szennyvizek jellemzése A technológiai vizek fémtartalmát XRF spektroszkópiával vizsgáltuk. Azt találtuk, hogy különböző mennyiségben fémionok vannak bennük, leginkább Fe és Cu, ezek homogén katalizátorként működhetnek. 3. táblázat Oxidáció sebességek a 3 szennyvíz kategóriára KOI csökkenéssel jellemezve Szennyvíz Minta kategória száma Reakció hőmérséklet ( o C) Első szakasz %/óra 1 r hom 1 r het Második szakasz %/óra 2 r hom 2 r het Átlagos reakciósebesség az egész reakcióidőre %/óra av r hom I 2 230 40 30 4 8 7 7 9 230 15 16 10res 230 16 11res 230 16 II 4 250 3 16 5 250 15 20 3 9 7 14 7 250 32 33 2 9 6 12 8 250 5 6 2 4 3 4.5 III 1 230 35 10 1.5 2 5 5 6 250 7 8 av r het

TOC, COD decrease (%) 80 Sample 5 (100g+395 ml water+5ml 20%NaOH) 60 40 20 0 TOC COD TOC/cat. COD/cat. 0 1 2 3 4 5 6 7 time (h) 6. ábra. Az 5. minta oxidációja 250 C-on katalizátorral és anélkül, TOC és KOI csökkenés A nedves oxidációban különbséget lehetett tenni a modell szennyvizek és valós szennyvizek között. Általában 3 kategóriába voltak oszthatók: (i) könnyen oxidálható ( 1 r hom, 2 r hom > 7%/óra) (ii) katalizátorral jobban oxidálható ( 1 r het, 2 r het > 1 r hom, 2 r hom ) (6. ábra) (iii) nincs lényeges különbség a katalitikus és termikus reakció között, a reakciósebesség közbenső tartományban van ( 1 r hom, 2 r hom ~ 1 r het, 2 r het ). Besugárzásos kísérletek Fenolát oldat nedves oxidációjában, amelyben ezt a gamma besugárzással kombináltuk, a KOI a dózissal közel lineárisan csökkent. A linearitástól eltérés mutatkozott 50%-nál nagyobb KOI konverziónál. A pulzáló elektronsugárral végzett kísérletben a KOI és a TOC értékek szintén jelentősen csökkentek már szobahőmérsékleten.(7. ábra)

800 A TOC, mg dm -3 600 400 200 1 x 10-2 mol dm -3 2 x 10-3 mol dm -3 0 0 10 20 30 40 Dose, kgy 2300 2200 2100 B 900 800 700 2000 600 COD, mg dm -3 1900 1800 1700 1 x 10-2 mol dm -3 500 400 300 COD, mg dm -3 1600 200 1500 1400 2 x 10-3 mol dm -3 0 10 20 30 40 50 Dose, kgy 100 0 7. ábra. TOC(A) és KOI(B) 1x10-2 and 2x10-3 mol dm -3 koncentrációjú oldatokban mérve. Négyzet: besugárzás 1bar O 2 atmoszférában, piros kör: N 2 O/O 2 5/1 keverék, háromszög: O 2 20 bar nyomáson.

Tézisek 1. A vizsgált folyékony technológiai hulladékvizek többsége katalitikusan aktív fémionokat tartalmaz, mint a Fe és a Cu. Ezek adott esetben feleslegessé teszik a heterogén katalizátorok hozzáadását, amiket kísérleteinkben használtunk. A Fe és a Cu ionok kedvező katalitikus hatásuk mellett lecsökkenthetik a heterogén katalizátorok aktivitását, mivel katalizátor méregként hatnak, adszorbeálódva a nemesfém oxidok felületén. 2. A titándioxid hordozós nemesfémoxid heterogén katalizátorokra a következő aktivitási sorrendet állapítottuk meg nagy ecetsav tartalmú hulladékvíz oxidációjában: Ru oxid/tio 2 > Pd oxid/tio 2 > Pt oxid/tio 2 > Rh oxid/tio 2 3. A biztonságos kezelési módszer megállapításához a fizikai, kémiai és biológiai kezelési technikák megfelelő kombinációja szükséges. A kezelés előtt a technológiai hulladékvíz részletes jellemzésére van szükség, beleértve a biodegradálhatóság számszerű jellemzését, amikor azt kommunális szennyvízzel hígítva mérjük. A nedves oxidációra csak toxikus vizeknél van szükség. 4. A Ru/Ir oxid borítású Ti monolit katalizátor jelentős aktivitású a valódi gyógyszeripari szennyvizek és a modell szennyvizek nedves oxidációjában egyaránt. A jó aktivitás egyik oka a két oxid egyenletes eloszlása a felületen és a réteg mélységében is. 5. A toxikus szennyvizeket nedves oxidációval kell kezelni, amit azonban nem szükséges a teljes mineralizációig végezni. Elegendő, ha a toxikus komponenseket elbontjuk, tipikusan a reakció első fázisában. Az oxidált szennyvizekben jelentős mennyiségű karbonsav halmozódhat fel, például ecetsav, ami szénforrásként szolgál a denitrifikációs folyamatban. 8. ábra A nedves oxidáció sebessége és lépései a reakció két szakaszában

6. Vizes fenolát oldat kezelésénél, amiben a nedves oxidációt besugárzással kombináltuk, a KOI csökkenés a dózissal közel lineárisan változott. Nagyobb fenolát koncentrációnál a KOI csökkenés sebessége is növekedett. Az egy OH* gyök támadásával a termékekbe beépülő oxigén molekulák száma növekedett a beoldódott oxigén koncentrációjával. Gyakorlati alkalmazás A nedves oxidáció, mint kezelés, előkezelés vagy kombinált kezelési módszer alkalmazható azoknak a technológiai vizeknek anyalúgoknak a kezelésére, amelyek a vegyiparból, különösen a gyógyszeriparból származnak és nem biodegradálhatók, toxikus szerves anyagokat tartalmaznak. Itt olyan hulladékvizekről van szó, amelyek közvetlenül az iparból származnak, szennyezőik többsége ismeretlen. Pétfürdőn félüzemi berendezés létesült, ami 70 bar nyomásig és 250 o C hőmérsékletig használható mérgező ipari szennyvizek kezelésére. A berendezés a Jedlik project keretében létesült, a svájci-magyar együttműködési projektben is használtuk, ezek a Geosan kft, az FCSM, a BME és az MTA EK kooperációjában valósultak meg. 9. ábra Félüzemi oxidációs reaktor GEOSAN kft telepén, Pétfürdő

Közlemények Folyóirat cikkek: 1.Arezoo Mohammad Hosseini, Vince Bakos, Andrea Jobbágy, Gabor Tardy, Peter Mizsey, Magdolna Makó, Antal Tungler, Co-treatment and utilisation of liquid pharmaceutical wastes, Periodica Polytechnica, Chemical Engineering, 55:(1) pp. 3-10. (2011) IF 0.262 2.A.M.Hosseini, A.Tungler, V. Bakos, Wet oxidation properties of process wastewaters of fine chemical and pharmaceutical origin, Reac. Kinetics, Mechanism and Catalysis, DOI: 10.1007/s11144-011-0315-2, 103:(2) pp. 251-260. (2011) IF 1.104 3.Arezoo M. Hosseini, Antal Tungler, Zoltán Schay, Sándor Szabó, János Kristóf, Éva Széles, Laszlo Szentmiklosi. Comparison of precious metal oxide/titanium monolith catalysts in wet oxidation of wastewaters. Applied Catalysis B: Environmnetal 127(2012) 99-104. IF 5.825 4.Arezoo M.Hosseini, Antal Tungler, Zsolt E. Horváth, Zoltán Schay, Éva Széles, Catalytic wet oxidation of real process wastewaters, Periodica Polytechnica, Chemical Engineering, Per. Pol. Chem. Eng.,55/2 (2011), 49-57. IF 0.262 5. Mounir Chamam, Csilla M. Foldvary, ArezooM. Hosseini, Antal Tungler, Erzsebet Takacs. Mineralization of aqueous phenolate solutions: A combination of Irradiation treatment and wet oxidation. Radiation Physics and Chemistry 81(2012) 1484-1488. IF 1.375 Előadásoks: 1- Arezoo Mohammad Hosseini, Catalytic wet air oxidation, BME VBK Doktoráns Konferencia, 2007 február. 2- Arezoo Mohammad Hosseini, Antal Tungler, Catalytic wet air oxidation, MTA Kémiai Technológia munkabizottsági ülés, 2007 december 3- Arezoo Mohammad Hosseini, Antal Tungler, Catalytic wet air oxidation, Inteligens Anyagok KKK, BME VBK, éves beszámoló, Balatonfüred, 2008 4-Chamam Mounir, Földváry Csilla Magdolna, Mohamed Hosseini Arezoo, Tungler Antal, Takács Erzsébet és Wojnárovits László, A vízkezelésben használatos új nagy hatékonyságú oxidációs eljárások, IX. Környezetvédelmi analitikai és technológiai konferencia, Sopron, 2009 október. 5- Arezoo Mohammad Hosseini, Pharmaceutical process wastewater treatment, MTA IKI Tudományos Tanács űlés, 2010 december 6- Antal Tungler, Arezoo M. Hosseini, Zoltán Schay, Sándor Szabó, János Kristóf, Comparison of noble metal oxide/titanium monolith catalysts in wet oxidation of process wastewaters, EuropaCat X, Glasgow, Scotland. Aug. 28- Sept. 2, 2011, poster presentation.