Serwicka [tryb zgodności] [Naprawione]

Serwicka [tryb zgodności] [Naprawione]

Opracowanie technologii otrzymywania nanostrukturalnych
katalizatorów tlenkowych do oczyszczania powietrza
z toksycznych lotnych związków organicznych
(2010-2013)
Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka
2007-2013
Instytucja zarządzająca: Ministerstwo Rozwoju Regionalnego
Instytucja pośrednicząca: do 31 sierpnia 2011 r. Ministerstwo Nauki
i Szkolnictwa Wyższego, potem Narodowe Centrum Badań i Rozwoju
Oś priorytetowa 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii
Cel: zwiększenie znaczenia sektora nauki w gospodarce poprzez realizację
prac B+R w kierunkach uznanych za priorytetowe dla rozwoju społecznogospodarczego kraju.
1.1 Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy
1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych
Lotne związki organiczne (LZO)
temperatura wrzenia w zakresie: 50-250 °C
np. alkohole, ketony, węglowodory alifatyczne i aromatyczne,
masowo używane jako rozpuszczalniki
• bezpośrednio szkodliwe dla zdrowia i życia ludzi jako
substancje toksyczne, często o charakterze kanceroi mutagennym.
• uczestniczą w przemianach fotochemicznych w przyziemnej
warstwie atmosfery przyczyniając się do powstania tzw.
smogu fotochemicznego
Źródła LZO
• przemysł chemiczny: farby i lakiery, kleje, zmywacze,
herbicydy, pestycydy, tworzywa sztuczne,
• przemysł samochodowy, lotniczy, morski, elektroniczny:
odtłuszczanie powierzchni metalicznych,
• procesy wydobywania i spalania paliw: przeróbka ropy
naftowej, ciężka synteza organiczna, transport drogowy,
powietrzny i morski.
• przemysł kosmetyczny i farmaceutyczny
• poligrafia
• przemysł spożywczy
• rolnictwo
• utylizacja odpadów stałych
Regulacje prawne dotyczące LZO
na świecie i w Polsce
• US 1990 Clean Air Act,
• Dyrektywa Rady Europy 1999/13/WE
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/42/WE
• Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie standardów
emisyjnych z instalacji (2003)
• Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie wymagań
w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji (2004)
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy w sprawie
szczegółowych wymagań dotyczących ograniczenia emisji
LZO powstających w wyniku wykorzystania rozpuszczalników
organicznych w niektórych farbach, lakierach, preparatach
do odnawiania pojazdów (2007)
W kwestii emisji LZO do atmosfery od dnia 1 stycznia 2007 r.
obowiązuje w Polsce prawo unijne.
Usuwanie LZO
wysokie koszty
eksploatacyjne
spalanie
wysokotemperaturowe
~ 1000oC
spalanie
katalityczne
< 400oC
wtórna emisja
toksycznych zanieczyszczeń
(tlenki azotu, dioksyny)
niższa energoi kosztochłonność
Katalizatory spalania LZO
bardzo aktywne
metale szlachetne
(np. Pd, Pt)
podatne na zatrucie
bardzo drogie
tlenki metali
przejściowych
(np. Cr, Mn, Cu, Co, Ni)
mniej aktywne
znacznie tańsze
POMYSŁ:
Zaprojektowanie formuły katalizatora
tlenkowego z wykorzystaniem
prekursorów typu hydrotalkitu
szansa na zwiększenie aktywności
Podstawowe wiadomości
o hydrotalkitach
Nomenklatura
• HT = Hydrotalcite = hydrotalkit
• HTlc = Hydrotalcite-like compounds =
związki hydrotalkitopodobne
• LDHs = Layered Double Hydroxides =
podwójne wodorotlenki warstwowe
• Anionic Clays = anionowe minerały
ilaste
Naturalny hydrotalkit
Mg6Al2(CO3)(OH)16· 4(H2O)
Mg0.75Al0.25(OH)2(CO3)0.125∙0.5 H2O
perlistobiałe
bryłki hydrotalkitu
na serpentynicie
Snarum, Vikersund,
Buskerud, Norwegia
Struktura
Mg(OH)2
brucyt
[M2+1-xM3+x(OH)2](An-x/n)·mH2O
związek typu hydrotalkitu
warstwa oktaedrów
(Mg w otoczeniu 6 grup OH)
podstawienie M2+ przez M3+
w warstwie brucytowej
warstwa
brucytopodobna
przestrzeń
międzywarstwowa
z anionami i wodą
Stopień podstawienia kationu
M2+ kationem M3+
w naturalnym HT x = 0.25
w syntetycznych HT 0.2 < x < 0.33
Kombinacje jonów w związkach
typu HT
• Kationy M2+ : Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ca,
Pb ...
• Kationy M3+ : Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, La, V, Te,
+ REE: Y, Dy, Sm ...
• Można też wprowadzać kationy M+ (Li) lub
M4+ (Zr, Sn)
•Aniony :
nieorganiczne : Cl-, F-, Br-, I-, ClO4-, ClO3-, NO3-, IO3-, OH-,
CO32-, SO42-, CrO42-, [Fe(CN)6]4- , V10O286- , heteropolianiony
organiczne : cytryniany, octany, bursztyniany, szczawiany...
Proszkowa dyfrakcja rentgenowska
- podstawowa metoda identyfikacji faz hydrotalkitowych
Mg0.75Al0.25(OH)2(CO3)0.125
MgAl(3:1)
Refleksy służące
identyfikacji struktury HT
synteza hydrotalkitów
(współstrącanie)
hydrotalkit
rozkład termiczny
hydrotalkitów 400-500oC
tlenki mieszane i fazy spinelowe
Unikatowe właściwości tlenków
otrzymanych przez rozkład termiczny HT
•
•
•
•
•
Rozmaitość składów chemicznych
Duża powierzchnia właściwa
Bardzo małe rozmiary krystalitów
Homogeniczna dyspersja metali
„Efekt pamięci”
szansa na uzyskanie
aktywnych katalizatorów
Doświadczenie zespołów realizujących
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PUBLIKACJE
K. Bahranowski, E. Bielańska, R. Janik, T. Machej, E.M. Serwicka, „LDH-derived catalysts for
complete oxidation of volatile organic compounds” 34 (1999) 67-77.
K. Bahranowski, J. Haber, J. Janas, R. Janik, T. Machej, L. Matachowski, A. Michalik, H.
Sadowska, E.M. Serwicka, „Hydrotalcite-derived catalysts for removal of nitrogen-containing
volatile organic compounds”, Stud. Surf. Sci. Catal. 130 (2000) 599.
J. Janas, R. Janik, T. Machej, E.M. Serwicka, E. Bielanska, E. Bastardo-Gonzalez, W. Jones,
„Cr-doped Zr, Si-mesoporous molecular sieves as catalysts of CH2Cl2 oxidation”, Catal. Today 59
(2000) 241.
K. Bahranowski, A. Gawel, R. Janik, J. Komorek, T. Machej, A. Michalik, E.M. Serwicka, W.
Włodarczyk, „Catalytic combustion of trichloroethylene over Pd-doped Ti-pillared
montmorillonites”, Pol. J. Chem. 77 (2003) 675.
E.M. Serwicka, K. Bahranowski, „Environmental catalysis by tailored materials derived from
layered minerals”, Catal. Today, 90 (2004) 85.
R. Dula, R. Janik, T. Machej, J. Stoch, R. Grabowski, E.M. Serwicka, “Mn-containing catalytic
materials for the total combustion of toluene: The role of Mn localisation in the structure of LDH
precursor” Catal. Today 119 (2007) 327.
M. Zimowska, A. Michalik-Zym, R. Janik, T. Machej, J. Gurgul, R.P. Socha, J. Podobiński, E.M.
Serwicka, “Catalytic combustion of toluene over mixed Cu-Mn oxides”, Catal. Today 119 (2007)
321.
PATENTY
PL 199571, K. Bahranowski, E.M Serwicka, T. Machej, A. Michalik, R. Janik, H. PiekarskaSadowska, J. Janas „Sposób wytwarzania katalizatora do pełnego utleniania zanieczyszczeń
organicznych zawierajacych chlor” (2003).
PL 362182, K. Bahranowski, E.M Serwicka, T. Machej, A. Michalik, R. Janik, H. PiekarskaSadowska, J. Janas „Sposób suszenia modyfikowanego montmorilonitu, służącego jako nośnik
katalizatora palladowego do utleniania zanieczyszczeń organicznych zawierających chlor” (2003).
Dziękuję za uwagę