اثر تلفيقي پلاسماي غيرحرارتي و نانوكمپوزيت كربن فعال - اكسيد روي بر حذف هيدروكربن هاي آلي فرار هوا

The hybrid effect of non-thermal plasma and activated carbon-zinc oxide nanocomposite on the removal of volatile organic compounds in air

زمينه و هدف: با توجه به انتشار فراوان هيدروكربن هاي آلي فرار در اتمسفر توسط منابع مختلف صنعتي و حمل و نقل و اثرات زيان آور آنها روي سلامت انسان و محيط زيست، لزوم حذف اين تركيبات از جريان هاي گازي با استفاده از فناوري هاي نوين با مصرف انرژي پايين و كارايي بالا بيش از پيش آشكار شده است. در اين مطالعه، اثر كاتاليستي AC-ZnO روي حذف اين تركيبات (تولوئن) و توزيع محصولات آنها در يك سيستم تلفيقي پلاسما-كاتاليست بررسي گرديد. روش بررسي: كاتاليست AC-ZnO با استفاده از روش سل-ژل تهيه شد. پلاسماي غير حرارتي با استفاده از يك منبع برق ولتاژ بالا و يك راكتور تخليه مانع دي الكتريك توليد شد. سپس پلاسما و كاتاليست به صورت دو مرحله اي با هم تلفيق شدند. تجزيه نمونه هاي هواي ورودي و خروجي راكتورها با استفاده از GC-MS و دستگاه هاي آنلاين پايش گاز انجام گرديد. يافته ها: يافته ها نشان داد كه اثر سينرژيستي بالايي بين پلاسما و كاتاليست برقرار مي گردد به نحوي كه در انرژي ورودي ويژه برابر با 1000 ژول بر ليتر، تقريبا كل تولوئن حذف گرديد، درحالي كه با استفاده از پلاسماي تنها درصد حذف با به كار بردن همين مقدار انرژي برابر 88 درصد بود. در حضور كاتاليست همچنين انتخاب پذيري به CO2 نيز افزايش پيدا كرد و بعضي از محصولات فرعي همچون NO و NO2 به طور كامل حذف گرديدند و مقدار O3 خروجي بسيار ناچيز بود. نتيجه گيري: مي توان نتيجه گيري كرد كه روش هيبريدي پلاسما-كاتاليست يك روش نوين و اميدبخش در راستاي حذف تركيبات آلي فرار مي باشد كه باعث افزايش كارائي حذف، كاهش محصولات خطرناك و كاهش انرژي مصرفي مي گردد.

Background and aims: Regarding high emission rates of volatile organic compounds in the atmosphere by different industrial and transportation sources and their adverse effects on human health and the environment, the need to remove these chemicals from gas streams using new technologies with low energy consumption and high efficiency has been more evident. In this study, the catalytic effect of AC-ZnO was investigated on the removal of these compounds (toluene) and their product distribution in a hybrid catalytic plasma system. Methods: AC-ZnO catalyst was prepared using sol-gel method. Non-thermal plasma was generated utilizing a high voltage power supply and a dielectric barrier discharge reactor. Plasma and catalyst techniques were then combined in a two-stage configuration. Reactor influent and effluent air sample analysis was carried out using GC-MS and on-line gas monitoring devices. Results: The results showed that there was a high synergistic effect between plasma and catalyst so that the total removal of toluene was obtained at specific input energy of 1000 J L-1, while the removal percent was around 88% at the same energy delivery with plasmaalone system. The selectivity towards CO2 was also increased over catalyst bed and some of the by-products such as NO, and NO2 were totally removed and the effluent amount of O3 was negligible. Conclusion: It can be concluded that the plasma-catalyst hybrid technique is a new and promising method for the removal of volatile organic compounds causing the increase of removal efficiency, and the hazardous products and energy consumption reduction.