Bronkhorst

Katalytischer Abbau flüchtiger organischer Verbindungen (VOC)

17. September 2019 Jean-François LAMONIER
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Jean-François Lamonier forscht und lehrt an der Universität Lille. Er beschäftigt sich insbesondere mit Katalysatoren für die Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC) aus Abgasen. Jean-François Lamonier leitet die Forschungsgruppe zum Thema Sanierung und katalytische Materialien („Remédiation et Matériaux Catalytiques“, REMCAT) der Abteilung für Katalyse und Festkörperchemie („Unité de Catalyse et Chimie du Solide, UCCS). Die Arbeitsgruppe konzentriert sich auf die katalytische Entfernung von Luftschadstoffen aus Abgasen, die von festen Quellen (Industrie) und mobilen Quellen (Fahrzeugen) ausgestoßen werden. Im vorliegenden Blogbeitrag stellt er seine Forschungstätigkeit vor und erklärt die Funktion der von ihm verwendeten Instrumente für Durchflussmessung und -regelung.
 

Forschung bei REMCAT

Die Forschungsgruppe REMCAT („Remédiation et Matériaux Catalytiques“) der Abteilung Katalyse und Festkörperchemie („Unité de Catalyse et Chimie du Solide, UCCS)
Die Forschungsgruppe REMCAT besteht aus sechs in Forschung und Lehre tätigen Mitgliedern. Ihre Arbeit konzentriert sich auf die katalytische Nachbehandlung von Luftschadstoffen, insbesondere von Stickoxiden (NOx und N2O) sowie von flüchtigen organischen Verbindungen (FOV). Unsere Gruppe verfügt über vielfältige Kompetenzen im Bereich der heterogenen Katalyse: Katalysatorsynthese, Beschreibung neuer katalytischer Rezepturen, Leistungsbewertung in gründlichen katalytischen Tests, präzise Beschreibung der Katalysatoren mithilfe von Operando-Infrarotspektroskopie, Reaktionskinetik und Reaktorsimulation.

Wirksame Abluftreinigung durch die Kombination von nichtthermischem Plasma mit Katalyse

Auf Grundlage dieses umfassenden Portfolios an Kompetenzen im Bereich Umweltkatalyse entwickeln wir innovative Verfahren, die verschiedene Technologien umfassen und somit eine wirksamere, kostengünstigere und umweltfreundlichere Entfernung von Luftschadstoffen ermöglichen. Wir arbeiten mit verschiedenen nationalen und internationalen Forschungsgruppen zusammen, insbesondere mit der „Research Group Plasma Technology“ der Universität Gent, die auf die Entwicklung von Plasmareaktoren spezialisiert ist. Wir wiederum bringen unsere Kompetenzen im Bereich der heterogenen Katalyse ein, sodass wir gemeinsam Verfahren entwickeln können, die nichtthermisches Plasma mit Katalyse kombinieren. Diese Forschungsarbeit erfolgt im Rahmen des kürzlich von uns gegründeten internationalen gemeinsamen Laboratoriums „Plasma-Catalyse“ und des europäischen Interreg-V-Projekts „DepollutAir“, das unsere Forschung derzeit finanziert .
 

Einsatz der Adsorptionsfunktion im Transformationsverfahren der Plasmakatalyse

Die klassischen Verfahren der Plasmakatalyse zur Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus industriellen Abgasen erfordern eine ständige Energiezufuhr. Unser Ansatz integriert nun eine Funktion, die den Schadstoff im Transformationsverfahren durch Plasmakatalyse schon vorher adsorbiert. Dies ermöglicht eine sequenzielle Anwendung des Plasmas zur Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen sowie die Rückgewinnung des Adsorbens und damit deutliche Energieeinsparungen. Unsere Forschungsgruppe bringt ihre Kompetenzen in die Entwicklung neuer Adsorptions- und Katalysematerialien und in deren präzise Beschreibung ein.
 

Durchflussmesser und -regler in Anwendungen zur katalytischen Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen (VOC)

Im Rahmen unserer Forschung müssen wir VOC-Mischungen herstellen, um industrielle Abgase zu simulieren. Diese Abgase sind je nach Art der industriellen Anlagen unterschiedlich, und wir müssen sie möglichst realistisch nachbilden. Daher müssen wir in der Lage sein, Abgase mit sehr unterschiedlichem VOC-Gehalt und mit ganz verschiedenen VOC – beispielsweise Formaldehyd, Toluol, Chlorbenzol, Trichlorethen und Butanal – zu produzieren.

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Verdünnungssysteme mit Coriolis-Durchflussmesser

Zu diesem Zweck verwenden wir ein Verdünnungssystem von Bronkhorst, das einen Coriolis-Durchflussmesser, einen Druckregler (Überströmventil) und mehrere Massedruckregler umfasst. Wir brauchten eine Ausstattung, mit der sich geringe VOC-Konzentrationen erzielen lassen, denn die immer strengeren Vorschriften führen dazu, dass der VOC-Gehalt in den freigesetzten Abgasen abnimmt. Außerdem sollte das System möglichst flexibel sein und sich an die verschiedenen ins System eingespeisten und in Gas umgewandelten Flüssigkeiten sowie an den VOC-Gehalt der Abgase, der zwischen 10 und 1000 ppmv betragen kann, anpassen.

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Katalytische Formulierungen

Die relative Feuchte der Abgase ist ein wichtiger Parameter, der bei der Entwicklung katalytischer Rezepturen zu berücksichtigen ist. Wenn Wasserdampf vorhanden ist, kann sich dies nämlich positiv oder negativ auf die Leistung des Katalyseverfahrens auswirken. Daher muss das System zur Abgasherstellung auch in der Lage sein, eine veränderliche relative Feuchte der Gasmischung zu generieren.

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Damit wir dem jeweiligen Industriebetrieb eine passende Katalysatorrezeptur anbieten können, muss außerdem nicht nur sichergestellt sein, dass der Katalysator aktiv und selektiv ist (d. h. dass er das gewünschte Ergebnis erzielt), sondern auch, dass er im Zeitverlauf stabil bleibt. Denn natürlich wäre es praktisch unzumutbar, wenn ein Katalysator nur einen Tag funktionierte und danach ersetzt werden müsste. Deshalb müssen wir die nachgestellten industriellen Abgase konstant über mehrere Tage generieren. Wenn ein Katalysetest nur einen Tag dauert, können wir notfalls einen Ausströmer verwenden. Wenn wir jedoch die zeitliche Stabilität eines Katalysators prüfen müssen, führen wir lang andauernde Tests durch. Nur so erfahren wir, ob der Katalysator seine Aktivität über mehrere Tage beibehält. Mit einem klassischen System wäre es komplizierter, solche langen Tests durchzuführen, während wir mit dem System von Bronkhorst einen gleichmäßigen, dauerhaften Gasfluss ohne plötzliche VOC-Spitzen generieren können. Das ist definitiv ein großer Vorteil für die Validierung unserer Verfahren.

  • Weitere Informationen zu den innovativen Lösungen von Bronkhorst: Hier erhalten Sie weitere Informationen zur Forschungstätigkeit von Jean-François Lamonier und der Forschungsgruppe REMCAT aus der Abteilung Katalyse und Chemie von Feststoffen (UCCS).

Lösungen von Bronkhorst
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