Klórbenzol lebontásának vizsgálata termikus rádiófrekvenciás plazmában Fazekas Péter Témavezető: Dr. Szépvölgyi János Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet ELTE Környezettudományi Doktori Iskola
Bevezetés Nagy mennyiségű felhalmozott szerves toxikus vagy karcinogén vegyület vár megsemmisítésre A hagyományos - magas hőmérsékletű - lebontás után, rekombináció eredményeként stabil toxikus melléktermékek képződhetnek Termikus plazmában történő kezelés környezetbarát alternatívát jelenthet
Plazmák a természetben Sarki fény Napkorona Termikus plazma
A kutatás menete Faktoriális kísérleti terv elkészítése Modellvegyületek lebontása termikus RF plazmában Plazma vizsgálata emissziós spektroszkópiával Gerjesztési hőmérsékletek meghatározása Plazmában történő folyamatok azonosítása Keletkező vegyületek azonosítása Plazmaparaméterek hatásainak felderítése
Mérési módszerek Optikai emissziós spektroszkópia Jobin Yvon Triax 550 55 cm-es fókusztávolság 1200 vonal/mm-es rács Gázkromatográfia-tömegspektroszkópia Agilent Technologies Int. 6890 GC / 5973 MSD DB1701 kapilláris oszlop Hőmérsékletprogram: 50 C + 10 C/perc 250 C-ig (10 perc) 50 mg korom extrakciója 5,00 cm 3 toluolban 1,0 μl mintaoldat splitless injektálással
A plazmareaktor 120 cm hosszú, 20 cm belső átmérőjű, 2 cm falvastagságú rozsdamentes acél reaktor 4-5 MHz-es rádiófrekvenciás (RF) generátor
Vizsgált modellvegyület Klórbenzol: Peszticidek, herbicidek (pl.: DDT) előállításakor használt intermedier Oldószerként, szigetelőként és hőcserélőként használták Hozzájárul az asztma kialakulásához Természetes vizekben felezési ideje 150 nap Káros hatással van a vizek élővilágára Agyagásványokon adszorbeálódik Lipcsében 1-3,5 μg/m 3, USA-ban 72,2 μg/m 3 es beltéri koncentrációt mértek (Sigma-Aldrich ReagentPlus 99%< tisztaság)
Kísérlettervezés Kísérlet neve Teljesítmény (kw) Adagolási sebesség (g/h) Oxigénarány (V/V%) CLB1 15 150 0 CLB2 15 250 10 CLB3 15 350 5 CLB4 20 150 10 CLB5 20 250 5 CLB6 20 350 0 CLB7 25 150 5 CLB8 25 250 0 CLB9 25 350 10
ArII 656,7nm ArI 687,1nm ArI 703,0nm ArI 714,6nm ArI 737,9nm Relativ intenzitas ArI 750,4nm ArI 826,5nm ArI 794,15nm ArII 870nm ArI 696,4nm Plazma gerjesztési hőmérsékletének meghatározása 70000 65000 60000 55000 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0-5000 650 700 750 800 850 900 Hullamhossz (nm) ArI 840,8nm ArI 842,5nm
Log(Iλ 3 /gf) Plazma gerjesztési hőmérsékletének meghatározása 12,8 12,6 12,4 12,2 12 11,8 11,6 T= 7800 K R² = 0,9764 I=intenzitás λ=átmenet hullámhossza g=átmenet statisztikai súlya f=oszcillátor erősség Boltzmann-egyenlet: 11,4 11,2 104000,0 108000,0 112000,0 116000,0 120000,0 log(iλ 3 /gf)~ei/kt Ei (cm -1 ) Plazmagázok Hőmérséklet (K) Illesztés pontossága (R 2 ) Ar 7800 0,85-0,98 Ar, O 2 10400 0,74
Relativ intenzitas Plazmafolyamatok felderítése C 2 molekulasávok 14000 T= 7000 Elméleti spketrum Kisérelti spektrum PAH molekulák építőköve 0 400 500 600 700 Hullamhossz (nm)
GC-MS eredmények
GC-MS eredmények
Statisztikai értékelés Korrelációs mátrix alapján: Az oxigén koncentrációja fordítottan arányos a képződő PAH vegyületek mennyiségével Az oxigén mennyisége egyenesen arányos a képződő klórozott benzolszármazékok mennyiségével
2 Statisztikai értékelés Naftalin Pentaklórbenzol 800 10 700 8 600 6 500 Pentaklórbenzol 4 Naftalin 400 300 200 10 100 0 2 4 6 8 1 0 O x ig é n a r á n y ( % ) 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 Teljesítmény (kw) > 700 < 660 < 560 < 460 < 360 < 260 < 160 < 60 < -40 8 Oxigénarány (%) 6 4 2 0 16 18 20 22 24 Teljesítmény (kw) > 5 < 5 < 4 < 3 < 2 < 1 < 0
Összefoglalás Vizsgáltuk a klórbenzol termikus plazmában történő bomlását Emissziós spektrometriával vizsgáltuk a plazmalángot, meghatároztuk a gerjesztési hőmérsékletet és azonosítottuk a közti termékeket GC-MS-el vizsgáltuk a képződött kormok extraktumainak összetételét A vizsgált modellvegyület számára az ideális lebontási körülményeket az alacsony betáplálási sebesség és 8 V/V% oxigéngáz jelenléte jelentette
Köszönetnyilvánítás Bódis Eszter Dr. Czégény Zsuzsanna Dr. Keszler Anna Dr. Klébert Szilvia Dr. Károly Zoltán Dr. Szépvölgyi János
Köszönöm a figyelmet!