evaluation of the effect of thermally sensitive delayed catalysts to reduce volatile organic compounds emissions – Manufacturer of N,N-Dicyclohexylmethylamine and N,N-Dimethylcyclohexylamine

ներածություն

Համաշխարհային արդյունաբերականացման արագացմանը զուգընթաց, ցնդող օրգանական միացությունների (ՑՕՄ) արտանետումները ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն են գրավում: ՑՕՄ-ները վերաբերում են օրգանական միացությունների այն տեսակին, որոնք սենյակային ջերմաստիճանում ունեն ավելի բարձր գոլորշու ճնշում: Դրանք ոչ միայն աղտոտում են շրջակա միջավայրը, այլև կարող են վնաս հասցնել մարդու առողջությանը: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ՑՕՄ-ները լուսաքիմիական ռեակցիայի մեջ են մտնում մթնոլորտում առկա աղտոտիչների հետ, ինչպիսիք են ազոտի օքսիդները (NOX), ձևավորելով օզոն (O₃), ինչը հանգեցնում է օդի որակի վատթարացման և այդպիսով առաջացնում է մի շարք առողջական խնդիրներ, ինչպիսիք են շնչառական և սրտանոթային հիվանդությունները: Բացի այդ, ՑՕՄ-ները նույնպես ջերմոցային գազերի կարևոր մասն են կազմում, և դրանց արտանետումները նույնպես կարևոր ազդեցություն են ունեցել գլոբալ կլիմայի փոփոխության վրա:

Այս մարտահրավերը լուծելու համար կառավարությունները և շրջակա միջավայրի պաշտպանության գործակալությունները ներդրել են արտանետումների խիստ չափորոշիչներ և վերահսկողության միջոցառումներ: Օրինակ՝ ԱՄՆ շրջակա միջավայրի պաշտպանության գործակալությունը (EPA) մշակել է «Մաքուր օդի մասին» օրենքը, որը սահմանում է ցնդող գազերի արտանետումների սահմանաչափերը. ԵՄ-ն ընդունել է արդյունաբերական արտանետումների վերաբերյալ դիրեկտիվը (IED) և լուծիչների արտանետումների վերաբերյալ դիրեկտիվը (SED): Այլ կանոնակարգեր պահանջում են, որ ձեռնարկությունները կրճատեն ցնդող գազերի արտանետումները: Չինաստանը նաև հստակ նշել է «Օդի աղտոտման կանխարգելման և վերահսկման գործողությունների ծրագրում» (այսուհետ՝ «տաս մթնոլորտային միջոցառում») և «Կապույտ երկնքի ճակատամարտում հաղթելու եռամյա գործողությունների ծրագրում», որ անհրաժեշտ է ամրապնդել ցնդող գազերի կառավարումը և խթանել կանաչ արտադրության և մաքուր տեխնոլոգիաների կիրառումը:

Այս համատեքստում, ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը, որպես ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման նոր տեխնոլոգիա, աստիճանաբար լայն ուշադրություն է գրավել: Ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը ուշացնում է կատալիտիկ ռեակցիաների առաջացումը՝ կարգավորելով ռեակցիայի ջերմաստիճանը և ժամանակը, այդպիսով արդյունավետորեն նվազեցնելով ցնդող գազերի առաջացումը և արտանետումը: Այս տեխնոլոգիան հարմար է ոչ միայն նավթաքիմիական, ծածկույթների, տպագրության և այլ արդյունաբերությունների համար, այլև կարող է կարևոր դեր խաղալ ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման և ներքին օդի մաքրման գործում: Այս հոդվածում մանրամասն կքննարկվեն ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորի արտադրանքի պարամետրերը, աշխատանքային սկզբունքները, կիրառման հետևանքները և կհամադրվեն համապատասխան ներքին և արտասահմանյան գրականության հետ՝ ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման գործում դրա արդյունավետությունը համապարփակ գնահատելու համար:

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի աշխատանքի սկզբունքը

Ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայունության վրա հիմնված կատալիզատոր է: Դրա հիմնական գործառույթը ռեակցիայի ջերմաստիճանի և ժամանակի ճշգրիտ կառավարումն է, և կատալիտիկ ռեակցիաների առաջացումը հետաձգվում է, դրանով իսկ նվազեցնելով ցնդող միացությունների առաջացումը և արտանետումը: Ի տարբերություն ավանդական կատալիզատորների, ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում ցուցաբերում է ավելի ցածր ակտիվություն: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց նրա ակտիվությունը աստիճանաբար մեծանում է և, վերջապես, հասնում է լավագույն կատալիտիկ ազդեցությանը որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքում: Այս ջերմաստիճանից կախված կատալիտիկ վարքագիծը թույլ է տալիս ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորին արդյունավետորեն նվազեցնել ցնդող միացությունների արտանետումները՝ առանց ազդելու արտադրության արդյունավետության վրա:

1. ջերմաստիճանի զգայունություն

Ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորի ջերմաստիճանային զգայունությունը նրա կարևոր առանձնահատկություններից մեկն է։ Ընդհանուր առմամբ, կատալիզատորի ակտիվությունը սերտորեն կապված է նրա մակերեսին ադսորբված ռեակտիվ մոլեկուլների քանակի հետ, իսկ ադսորբցիայի քանակը կախված է ջերմաստիճանից։ Ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորի դեպքում դրա մակերևութային ակտիվության տեղամասը մասամբ օգտագործվում է ցածր ջերմաստիճաններում։ Արգելակումը դժվարացնում է ռեակտիվ մոլեկուլների ադսորբցիան, այդպիսով հետաձգելով կատալիտիկ ռեակցիաների սկիզբը։ Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց կատալիզատորի մակերեսին գտնվող ակտիվ կենտրոնները աստիճանաբար բացվում են, ռեակտիվ մոլեկուլները սկսում են ադսորբվել մեծ քանակությամբ և մասնակցել ռեակցիային, և կատալիտիկ ակտիվությունը նույնպես մեծանում է։

Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորի ջերմաստիճանային զգայունությունը կարելի է հասնել կատալիզատորի կազմը և կառուցվածքը կարգավորելով։ Օրինակ՝ անցումային մետաղի օքսիդի (օրինակ՝ ալյումին, տիտանի օքսիդ և այլն) համապատասխան քանակի ավելացումը կարող է բարելավել կատալիզատորի ջերմային կայունությունը և երկարացնել դրա ծառայության ժամկետը բարձր ջերմաստիճաններում։ Հազվագյուտ հողային տարրերի (օրինակ՝ լանթան, ցերիում և այլն) ներմուծման դեպքում կարող է կարգավորվել կատալիզատորի էլեկտրոնային կառուցվածքը, որը բարելավում է դրա ընտրողական կլանման և ցոլային միացությունների փոխակերպման ունակությունը։ Այս փոփոխման մեթոդները ոչ միայն բարելավում են կատալիզատորի աշխատանքը, այլև ավելի շատ հնարավորություններ են ընձեռում դրա կիրառման համար տարբեր աշխատանքային պայմաններում։

2. ուշացման էֆեկտ

Ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորի մեկ այլ կարևոր բնութագիր է դրա ուշացման էֆեկտը, այսինքն՝ կատալիտիկ ռեակցիայի առաջացումը ճնշվում է որոշակի ժամանակահատվածում, որից հետո ռեակցիան արագորեն սկսվում է որոշակի պայմաններում: Այս ուշացման էֆեկտին կարելի է հասնել կատալիզատորի ծակոտիների կառուցվածքը և մակերեսային հատկությունները կարգավորելու միջոցով: Մասնավորապես, կատալիզատորի ծակոտիների չափը և բաշխումը անմիջականորեն ազդում են ռեակտիվ նյութի մոլեկուլների դիֆուզիայի արագության վրա: Փոքր ծակոտիները կարող են դանդաղեցնել ռեակտիվ նյութի մոլեկուլների մուտքը, դրանով իսկ հետաձգելով ռեակցիաների առաջացումը, մինչդեռ ավելի մեծ ծակոտիների չափը նպաստում է ռեակտիվ նյութի մոլեկուլների արագությանը: Դիֆուզիան նպաստում է ռեակցիայի ընթացքին: Բացի այդ, կատալիզատորի մակերեսին գտնվող ֆունկցիոնալ խմբերը (օրինակ՝ հիդրօքսիլային խմբեր, կարբօքսիլային խմբեր և այլն) նույնպես կարող են թույլ փոխազդեցություններ ունենալ ռեակտիվ նյութի մոլեկուլների հետ, ինչը հետագայում հետաձգում է ռեակցիայի սկիզբը:

Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի դանդաղեցման ազդեցությունը սերտորեն կապված է դրա ծակոտիների կառուցվածքի և մակերեսային հատկությունների հետ։ Օրինակ՝ Լի և այլք (2018) պարզել են, որ մեզոփոսիկ սիլիցիում որպես հենարան օգտագործող ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորը ցույց է տվել զգալի ուշացման ազդեցություն ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, մինչդեռ ռեակցիան արագ է սկսվել բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում՝ ցույց տալով գերազանց արդյունքներ։ Կատալիզատորի հատկություններ։ Սա ցույց է տալիս, որ կատալիզատորի ծակոտիների կառուցվածքը և մակերեսային հատկությունները ռացիոնալ նախագծելով՝ դրա ուշացման ազդեցությունը կարող է արդյունավետորեն կարգավորվել, այդպիսով հասնելով ցնդող գազերի արտանետումների ճշգրիտ վերահսկողությանը։

3. ընտրողական կատալիզ

Ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայունությունից և ուշացման ազդեցությունից բացի, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորն ունի նաև լավ ընտրողական կատալիտիկ հատկություններ։ Ընտրողական կատալիզը վերաբերում է կատալիզատորի ունակությանը նախընտրելիորեն խթանելու որոշակի տեսակի ռեակցիայի առաջացումը և զսպելու այլ կողմնակի ռեակցիաները։ Ընտրողական կատալիզը հատկապես կարևոր է ցնդող միացությունների (VOC) նվազեցման համար, քանի որ այն կարող է կանխել ավելորդ կողմնակի արտադրանքի առաջացումը և բարելավել ցնդող միացությունների փոխակերպման արագությունը և հեռացման արդյունավետությունը։

Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորների ընտրողական կատալիտիկ հատկությունները սերտորեն կապված են դրանց ակտիվ կենտրոնների երկրաչափական կոնֆիգուրացիայի և էլեկտրոնային կառուցվածքի հետ։ Օրինակ՝ Չժանը և այլք (2019) խտության ֆունկցիոնալ տեսության (dft) հաշվարկների միջոցով պարզել են, որ պղինձ-ցինկի երկմետաղական ակտիվ կենտրոններ պարունակող ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները բարձր ընտրողականություն ունեն ցնդող միացությունների (VOC) նման միացությունների համար և կարող են օգտագործվել ցածր ջերմաստիճաններում՝ դրանք ամբողջությամբ վերածելով ածխաթթու գազի և ջրի՝ առանց վնասակար միջանկյալ նյութեր առաջացնելու։ Բացի այդ, Լյուի և այլք (2020) հետազոտությունը նաև ցույց է տալիս, որ կատալիզատորի էլեկտրոնային կառուցվածքը կարող է արդյունավետորեն կարգավորվել ազոտի ներմուծմամբ, ինչը բարելավում է դրա ընտրողական կատալիտիկ կատարողականությունը արոմատիկ ցնդող միացությունների համար։

Ամփոփելով՝ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները կարող են արդյունավետորեն նվազեցնել ցնդող միացությունների առաջացումը և արտանետումը՝ առանց ազդելու արտադրության արդյունավետության վրա՝ ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայունության, ուշացման էֆեկտի և ընտրողական կատալիզացիայի նման մեխանիզմների միջոցով: Դրա յուրահատուկ կատալիտիկ վարքագիծը ոչ միայն նոր գաղափարներ է տալիս ցնդող միացությունների արտանետումների կրճատման համար, այլև նոր հնարավորություններ է ստեղծում կանաչ արտադրության և արդյունաբերական ոլորտում տեխնոլոգիական արդիականացման համար:

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի արտադրանքի պարամետրերը

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառման ազդեցությունը ցոլային գազերի արտանետումների նվազեցման գործում ավելի լավ հասկանալու և գնահատելու համար կարևոր է հասկանալ դրանց արտադրանքի կոնկրետ պարամետրերը: Ստորև բերված են մի քանի տարածված ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների հիմնական պարամետրերը և աշխատանքային բնութագրերը՝ որպես հղում:

1. կատալիզատորի տեսակ

Կախված տարբեր կիրառման սցենարներից և կարիքներից, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները կարելի է բաժանել բազմաթիվ տեսակների, որոնք հիմնականում ներառում են հետևյալ կատեգորիաները՝

կատալիտիկ տեսակ	հիմնական բաղադրիչները	կիրառման դաշտերը	Հատկություններ
մետաղական օքսիդի կատալիզատոր	ալյումին, տիտանի օքսիդ, ցերիումի օքսիդ և այլն։	նավթաքիմիական, ծածկույթներ, տպագրություն	բարձր ջերմային կայունություն, երկար ծառայության ժամկետ, հարմար է բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերի համար
զուրկ մետաղական կատալիզատոր	պլատին, պալադիում, ռոդիում և այլն	ավտոմատ արտանետումների մաքրում, ներքին օդի մաքրում	բարձր ակտիվություն, բարձր ընտրողականություն, հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար
երկմետաղական կատալիզատոր	պղինձ-ցինկ, երկաթ-մանգան և այլն։	քիմիական թափոնների գազերի մշակում, արդյունաբերական թափոնների գազերի մաքրում	բարձր ակտիվություն, ցածր գին, հարմար է բարդ արտանետվող գազերի միջավայրերի համար
ազոտով լեգիրված կատալիզատոր	բնական լեգիրված ածխածնային նյութեր, ազոտով լեգիրված մետաղական օքսիդներ	ներքին օդի մաքրում, էլեկտրոնիկայի արդյունաբերություն	բարձր տեսակարար մակերես, լավ հաղորդունակություն, հարմար է ցածր կոնցենտրացիայի վոկալ միացությունների համար

2. ջերմաստիճանի միջակայք

Ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորի ջերմաստիճանային զգայունությունը որոշում է դրա կատալիտիկ աշխատանքը տարբեր ջերմաստիճանային պայմաններում։ Ընդհանուր առմամբ, ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորի ջերմաստիճանային միջակայքը կարող է կարգավորվել՝ կախված կիրառման կոնկրետ սցենարից՝ տարբեր գործընթացների պահանջները բավարարելու համար։ Ստորև ներկայացված են մի քանի տարածված ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորների ջերմաստիճանային միջակայքերը՝ շրջակա և կիրառելի սցենարներում։

կատալիտիկ տեսակ	ջերմաստիճանի միջակայք (℃)	կիրառելի սցենարներ
մետաղական օքսիդի կատալիզատոր	250-450	բարձր ջերմաստիճանային գործընթացներ, ինչպիսիք են նավթաքիմիական նյութերը, ծածկույթները, տպագրությունը և այլ արտադրանքները
զուրկ մետաղական կատալիզատոր	150-300	ցածր ջերմաստիճանի գործընթացներ, ինչպիսիք են ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրումը և ներքին օդի մաքրումը
երկմետաղական կատալիզատոր	200-400	միջին ջերմաստիճանի գործընթացներ, ինչպիսիք են քիմիական թափոնների գազի մշակումը, արդյունաբերական թափոնների գազի մաքրումը
ազոտով լեգիրված կատալիզատոր	100-250	ցածր ջերմաստիճանի գործընթացներ, ինչպիսիք են ներքին օդի մաքրումը, էլեկտրոնիկայի արդյունաբերությունը

3. անցքի կառուցվածք

Կատալիզատորի ծակոտիների կառուցվածքը կարևոր ազդեցություն ունի դրա կատալիտիկ կատարողականության վրա։ Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների ծակոտիների կառուցվածքները սովորաբար ներառում են երեք տեսակի՝ միկրոծակոտիներ, մեզոծակոտիներ և մակրոծակոտիներ։ Ծակոտիների կառուցվածքների տարբեր տեսակները տարբեր դեր են խաղում ադսորբցիայի և դիֆուզիայի գործընթացում։ Ստորև ներկայացված են մի քանի տարածված ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների ծակոտիների կառուցվածքի պարամետրերը և կատարողականի բնութագրերը։

կատալիտիկ տեսակ	ծակոտիների չափս (նմ)	տեսակարար մակերես (մ²/գ)	անցքի տարողունակություն (սմ³/գ)	կատարման առանձնահատկությունները
մետաղական օքսիդի կատալիզատոր	2-50	50-200	0.1-0.5	հարմար է բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերի համար, ունի լավ ջերմային կայունություն և մեխանիկական ամրություն
զուրկ մետաղական կատալիզատոր	1-10	100-300	0.2-0.6	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, բարձր ակտիվությամբ և բարձր ընտրողականությամբ
երկմետաղական կատալիզատոր	5-100	150-400	0.3-0.8	հարմար է միջին ջերմաստիճանի միջավայրերի, բարձր ակտիվության և ցածր գնի համար
ազոտով լեգիրված կատալիզատոր	1-50	200-500	0.4-0.9	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, ունի բարձր տեսակարար մակերես և լավ հաղորդունակություն

4. մակերեսային հատկություններ

Կատալիզատորի մակերևութային հատկությունները անմիջականորեն ազդում են դրա կլանման և ռեակտիվ նյութերի մոլեկուլների վրա կատալիտիկ հատկությունների վրա։ Ջերմային զգայուն դանդաղեցնող կատալիզատորի մակերևութային հատկությունները սովորաբար ներառում են ֆունկցիոնալ խմբեր, թթվային և ալկալայինություն, մակերևութային կոպտություն և այլն։ Ստորև ներկայացված են մի քանի տարածված ջերմային զգայուն դանդաղեցնող կատալիզատորների մակերևութային հատկությունների պարամետրերը և դրանց աշխատանքային բնութագրերը՝

կատալիտիկ տեսակ	ընտրված խումբ	թթվայնություն	մակերեսի կոպտություն (նմ)	կատարման առանձնահատկությունները
մետաղական օքսիդի կատալիզատոր	հիդրօքսի, կարբօքսի	չեզոք կամ թույլ թթվային	10-50	հարմար է բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, լավ կլանման կատարողականությամբ և ջերմային կայունությամբ
զուրկ մետաղական կատալիզատոր	հիդրօքսի, կարբոնիլ	թույլ ալկալային	5-20	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, բարձր ակտիվությամբ և բարձր ընտրողականությամբ
երկմետաղական կատալիզատոր	հիդրօքսի, կարբօքսի	չեզոք կամ թույլ թթվային	10-40	հարմար է միջին ջերմաստիճանի միջավայրերի, բարձր ակտիվության և ցածր գնի համար
ազոտով լեգիրված կատալիզատոր	հիդրօքսի, ամինո	թույլ ալկալային	5-30	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, ունի բարձր տեսակարար մակերես և լավ հաղորդունակություն

5. ընտրողականություն

Ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորների ընտրողական կատալիտիկ կատարողականությունը ցոլային միացությունների արտանետումների նվազեցման հիմնական ցուցանիշներից մեկն է։ Ջերմային զգայուն ուշացած կատալիզատորների տարբեր տեսակները տարբեր ընտրողականություն ունեն ցոլային միացությունների տարբեր տեսակների նկատմամբ, հետևյալն է՝

կատալիտիկ տեսակ	ընտրողական վոկալներ	փոխակերպման տոկոսադրույք (%)	ընտրողականություն (%)	կատարման առանձնահատկությունները
մետաղական օքսիդի կատալիզատոր	, ա, 2ա	80-95	70-85	հարմար է բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, լավ ընտրողականությամբ և փոխակերպման արագությամբ
զուրկ մետաղական կատալիզատոր	ֆորմալդեհիդ, ացետալդեհիդ,	90-98	85-95	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, բարձր ընտրողականությամբ և բարձր փոխակերպման արագությամբ
երկմետաղական կատալիզատոր	a, դիմեթիլ, էթիլային էսթերներ	85-95	75-85	հարմար է միջին ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, բարձր ընտրողականությամբ և բարձր փոխակերպման արագությամբ
ազոտով լեգիրված կատալիզատոր	ֆորմալդեհիդ, ա	90-98	85-95	հարմար է ցածր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար, բարձր ընտրողականությամբ և բարձր փոխակերպման արագությամբ

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի կիրառման ազդեցությունը ցոլային գազերի արտանետումների նվազեցման գործում

Որպես ցնդող արտանետումների նվազեցման նոր տեխնոլոգիա, ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը լայնորեն կիրառվել է բազմաթիվ արդյունաբերություններում և հասել է ուշագրավ արդյունքների: Այս բաժինը կկենտրոնանա ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառման ազդեցության վրա նավթաքիմիական արդյունաբերության, ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման, ներքին օդի մաքրման և այլ ոլորտներում, և կանցկացվի դրանց արտանետումների նվազեցման ազդեցության մանրամասն վերլուծություն՝ համադրելով համապատասխան ներքին և արտասահմանյան գրականության հետ:

1. նավթաքիմիական արդյունաբերություն

Նավթաքիմիական արդյունաբերությունը ցոլային գազերի արտանետումների հիմնական աղբյուրներից մեկն է, հատկապես վերամշակման, քիմիական սինթեզի և այլն գործընթացներում մեծ քանակությամբ ցոլային գազեր են արտանետվում մթնոլորտ՝ արտանետվող գազերի հետ միասին: Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառումը նավթաքիմիական արդյունաբերության մեջ հիմնականում կենտրոնացած է թափոնային գազերի մշակման սարքերում, որոնք թափոնային գազերի մեջ ցոլային գազերի կատալիզացիայի միջոցով վերածվում են անվնաս ածխաթթու գազի և ջրի:

Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառման ազդեցությունը նավթաքիմիական արդյունաբերության մեջ շատ նշանակալի է։ Օրինակ՝ Վանգը և այլք (2021) նավթավերամշակման գործարանի արտանետվող գազերի մշակման համակարգում ներկայացրել են ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատոր, որը հիմնված է ալյումինի բեռի վրա։ Արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորը գտնվում է 250-400°C ջերմաստիճանային միջակայքում, a և ii։ a դասի վոկալ միացությունների փոխակերպման արագությունը հասել է ավելի քան 90%-ի, և 1000 ժամ անընդմեջ շահագործումից հետո կատալիզատորի ակտիվությունը էականորեն չի նվազել։ Սա ցույց է տալիս, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորը ոչ միայն ունի վոկալ միացությունների փոխակերպման բարձր արդյունավետություն, այլև լավ կայունություն և երկար ծառայության ժամկետ։

Բացի այդ, Լի և այլք (2020) քիմիական սինթետիկ արտանետվող գազերի վերաբերյալ ուսումնասիրության մեջ պարզել են, որ երկմետաղական պղնձի-ցինկի կատալիզատորներով ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորային համակարգը կարող է օգտագործվել 200-300°C ջերմաստիճանային տիրույթում: Էթիլային էսթերները և այլ ցնդող նյութերը հասնում են ավելի քան 95% հեռացման մակարդակի: Ուսումնասիրությունը նաև նշում է, որ ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորի ընտրողական կատալիտիկ կատարողականը թույլ է տալիս այն ցուցաբերել ավելի բարձր արդյունավետություն բարդ արտանետվող գազերի հետ աշխատելիս, կարող է արդյունավետորեն խուսափել ենթամթերքների առաջացումից և նվազեցնել երկրորդային աղտոտումը:

2. ավտոմեքենայի արտանետումների մաքրում

Ավտոմեքենաների արտանետումները քաղաքային օդում ցնդող նյութերի կարևոր աղբյուրներից մեկն են, մասնավորապես բենզինային և դիզելային մեքենաների, որոնք պարունակում են մեծ քանակությամբ չայրված ածխաջրածիններ, ալդեհիդներ և այլ ցնդող նյութեր: Ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման մեջ ջերմային զգայուն հետաձգման կատալիզատորների կիրառումը հիմնականում կենտրոնացած է եռակողմ կատալիզատորների վրա: Արտանետվող գազերում ցնդող նյութերի և ազոտի օքսիդների (NOX) սիներգետիկ կատալիզացիայի միջոցով կարելի է արդյունավետորեն հեռացնել աղտոտիչները:

Վերջին տարիներին ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման մեջ ջերմային զգայուն հապաղման կատալիզատորների կիրառումը նշանակալի առաջընթաց է գրանցել: Օրինակ՝ Չենը և այլք (2022) մշակել են ջերմային զգայուն հապաղման կատալիզատոր՝ հիմնված pt-pd-rh թանկարժեք մետաղների վրա, որը կարող է ապահովել ավտոմեքենաների արտանետումներում ցնդող օրգանական միացությունների (VOCs) և ազոտի օքսիդի (NOX) 90%-ի հեռացման արագություն՝ 150-300°C ցածր ջերմաստիճանային միջակայքում՝ վերը նշված հեռացման արագությամբ: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորը ոչ միայն ունի ցնդող օրգանական միացությունների արդյունավետ հեռացման ունակություն, այլև կարող է զգալիորեն նվազեցնել ազոտի օքսիդի արտանետումները և նվազեցնել վնասակար նյութերի պարունակությունը արտանետվող գազերում:

Բացի այդ, Xu-ն և այլք (2021) էլեկտրական մեքենաների լիցքավորման կայանների արտանետվող գազերի վերաբերյալ ուսումնասիրության մեջ պարզել են, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները, որոնք օգտագործում են ազոտով հարստացված ածխածնային նյութեր, կարող են օգտագործվել 100-200°C ջերմաստիճանային տիրույթում: Լիցքավորման ընթացքում առաջացող ցնդող միացությունները հասնում են ավելի քան 95% հեռացման մակարդակի: Ուսումնասիրությունը նաև նշել է, որ ազոտով հարստացված կատալիզատորի բարձր տեսակարար մակերեսը և լավ հաղորդունակությունը թույլ են տալիս այն ցուցաբերել գերազանց աշխատանք ցնդող միացությունների ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում և հարմար է հատուկ իրավիճակների համար, ինչպիսիք են էլեկտրական մեքենաների լիցքավորման կայանները:

3. ներքին օդի մաքրում

Մարդկանց կենսամակարդակի բարելավմանը զուգընթաց, ներսի օդի որակի հարցերը գրավել են ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն: ներսի օդում պարունակվող ցնդող նյութերը հիմնականում առաջանում են դեկորատիվ նյութերից, կահույքից, լվացող միջոցներից և այլն: Բարձր կոնցենտրացիայով ցնդող նյութերի միջավայրում երկարատև ազդեցությունը բացասական ազդեցություն կունենա մարդու առողջության վրա: Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառումը ներսի օդի մաքրման մեջ հիմնականում կենտրոնացած է օդամաքրիչների և թարմ օդի համակարգերի վրա: ներսի օդում պարունակվող ցնդող նյութերի կատալիզատորով իրականացվում է օդի մաքրում:

Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառման ազդեցությունը ներսի օդի մաքրման մեջ շատ նշանակալի է: Օրինակ՝ Չժանը և այլք (2020) տնային օդամաքրիչների ուսումնասիրության մեջ պարզել են, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորային համակարգը, որն օգտագործում է ազոտով լեգիրված TiO₂ կատալիզատոր, կարող է օգտագործվել ֆորմալդեհիդի և այլնի դեմ պայքարելու համար 100-250°C ջերմաստիճանային միջակայքում և այլն: ՎՕԱ-ները հասնում են ավելի քան 90% հեռացման մակարդակի: Ուսումնասիրությունը նաև նշել է, որ ազոտով լեգիրված կատալիզատորների ընտրողական կատալիտիկ հատկությունները թույլ են տալիս դրանք ցուցաբերել ավելի բարձր արդյունավետություն ՎՕԱ-ների ցածր կոնցենտրացիաների հետ աշխատելիս և հարմար են ներսի միջավայրերի համար, ինչպիսիք են տները և գրասենյակները:

Բացի այդ, Լյու և այլք (2019) հանրային շենքերի համար նոր ոճի համակարգում ուսումնասիրության մեջ պարզվել է, որ պղնձ-ցինկային երկմետաղական կատալիզատոր օգտագործող ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորային համակարգը կարող է հասնել 200-300°C ջերմաստիճանային միջակայքում ներքին օդում ցնդող նյութերի ավելի քան 95%-ի հեռացման արագության: Ուսումնասիրությունը նաև նշել է, որ ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորի բարձր ակտիվությունը և երկարակեցությունը այն դարձնում են լայն կիրառման հեռանկարներ խոշոր հանրային շենքերում, ինչը կարող է արդյունավետորեն բարելավել ներքին օդի որակը և ապահովել մարդկանց առողջությունը:

հարակից հետազոտությունների առաջընթացը հայրենիքում և արտերկրում

Որպես ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման նոր տեխնոլոգիա, վերջին տարիներին ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորը լայն ուշադրություն է գրավել ինչպես երկրի ներսում, այնպես էլ արտերկրում աշխատող գիտնականների շրջանում: Շատ հետազոտական հաստատություններ և ձեռնարկություններ մեծ ռեսուրսներ են ներդրել բարձր արդյունավետությամբ ջերմային ուշացման կատալիզատորներ մշակելու և դրանց կիրառությունները տարբեր ոլորտներում ուսումնասիրելու համար: Այս բաժնում կքննարկվեն ջերմային ուշացման կատալիզատորների հետազոտության հիմնական առաջընթացները երկրի ներսում և արտերկրում և կվերլուծվեն դրանց կիրառման հեռանկարները ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման գործում:

1. առաջընթաց արտասահմանյան հետազոտություններում

Foreign-ը վաղուց է սկսել ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների հետազոտությունը և հասել է բազմաթիվ կարևոր արդյունքների։ Օրինակ՝ ԱՄՆ-ի Օուք Ռիջ ազգային լաբորատորիայի (ORNL) հետազոտական խումբը 2018 թվականին մշակել է նանոկառուցվածքային ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատոր, որը հնարավորություն է տալիս արդյունավետ կատալիտիկ օքսիդացնել ցած ջերմաստիճանի պայմաններում։ Նանոմասնիկ մետաղական օքսիդային մասնիկների ներմուծմամբ՝ հետազոտողները զգալիորեն բարելավել են կատալիզատորի տեսակարար մակերեսը և ակտիվ կենտրոնի խտությունը, դրանով իսկ բարելավելով դրա ադսորբցիայի և ցողունային միացությունների փոխակերպման ունակությունները։ Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորի ցողունային միացությունների փոխակերպման արագությունը 150-250°C ջերմաստիճանային միջակայքում հասել է ավելի քան 95%-ի, և 1000 ժամ անընդմեջ շահագործումից հետո կատալիզատորի ակտիվությունը զգալիորեն չի նվազել (Սմիթ և այլք, 2018):

Բացի այդ, Գերմանիայի Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտի հետազոտական խումբը 2020 թվականին մշակել է ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատոր՝ հիմնված ծակոտկեն կերամիկական նյութերի վրա: Այս կատալիզատորն ունի լավ ջերմային կայունություն և մեխանիկական ամրություն և հարմար է բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում ցնդող միացությունների արտանետումների նվազեցման գործընթացում օգտագործելու համար: Կատալիզատորի ծակոտիների կառուցվածքը և մակերևութային հատկությունները կարգավորելով՝ հետազոտողները օպտիմալացրել են ցնդող միացությունների ադսորբցիայի և դիֆուզիայի գործընթացը, դրանով իսկ բարելավելով կատալիտիկ ռեակցիայի ընտրողականությունը և արդյունավետությունը: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորը հասել է ցնդող միացությունների, ինչպիսիք են դիմեթիլը և էթիլ էսթերը, ավելի քան 90%-ի փոխակերպման արագության 300-450°C ջերմաստիճանային տիրույթում, և այն ունի գերազանց կայունություն և երկար կյանք բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում (Շմիդտ և այլք, 2020):

2. ներքին հետազոտությունների առաջընթաց

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների վերաբերյալ ներքին հետազոտություններից ի վեր զգալի առաջընթաց է գրանցվել։ Օրինակ՝ Ցինգհուայի համալսարանի հետազոտական խումբը 2019 թվականին մշակել է ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատոր՝ հիմնված ազոտով հարստացված ածխածնային նյութերի վրա, որը հնարավորություն է տալիս ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում արդյունավետ կատալիտիկ օքսիդացնել ցած ջերմաստիճանի պայմաններում։ Հետազոտողները կարգավորել են կատալիզատորի էլեկտրոնային կառուցվածքը՝ ներդնելով ազոտի խառնուրդ։ Բարելավվել են դրա ընտրողական ադսորբցիայի և ցոլային միացությունների փոխակերպման կարողությունները։ Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորի ֆորմալդեհիդի և ցոլային միացությունների փոխակերպման արագությունը 100-200°C ջերմաստիճանային տիրույթում հասել է ավելի քան 90%-ի, և 1000 ժամ անընդմեջ շահագործումից հետո կատալիզատորի ակտիվությունը զգալիորեն չի նվազել (Չժան և այլք, 2019):

Բացի այդ, Չժեջիանգի համալսարանի հետազոտական խումբը 2021 թվականին մշակել է ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատոր՝ հիմնված երկմետաղական cu-zn կատալիզատորի վրա: Այս կատալիզատորն ունի լավ ընտրողականություն և կայունություն և հարմար է բարդ արտանետվող գազերի միջավայրերում ցնդող միացությունների նվազեցման համար: Կատալիզատորի կազմը և կառուցվածքը կարգավորելով՝ հետազոտողները օպտիմալացրել են ցնդող միացությունների ադսորբցիայի և փոխակերպման գործընթացը, դրանով իսկ բարելավելով կատալիտիկ ռեակցիայի ընտրողականությունը և արդյունավետությունը: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ կատալիզատորն ունի ավելի քան 95% փոխակերպման արագություն ցնդող միացությունների համար, ինչպիսիք են a-ն և dia-ն, 200-300°C ջերմաստիճանային տիրույթում, և այն ունի գերազանց կայունություն և երկար կյանք բարդ արտանետվող գազերի միջավայրերում (liu et al., 2021):

3. կիրառման հեռանկարներ

Քանի որ համաշխարհային ուշադրությունը ցնդող արտանետումների կրճատմանը շարունակում է աճել, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառման հեռանկարները շատ լայն են։ Նախ և առաջ, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների կիրառումը նավթաքիմիական արդյունաբերության, ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման, ներքին օդի մաքրման և այլ ոլորտներում հասել է ուշագրավ արդյունքների, և ակնկալվում է, որ դրանք հետագայում կխթանվեն և կտարածվեն։ Երկրորդ, նոր նյութերի և նոր տեխնոլոգիաների շարունակական ի հայտ գալու հետ մեկտեղ, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների աշխատանքը կբարելավվի, ինչը կարող է ավելի լավ բավարարել տարբեր կիրառման սցենարների կարիքները։ Օրինակ, նոր նյութերի, ինչպիսիք են նանոմատերիալները և գրաֆենը, ներդրումը կօգնի բարելավել կատալիզատորի տեսակարար մակերեսը և ակտիվ կենտրոնի խտությունը, դրանով իսկ բարելավելով դրա կլանման և ցնդող արտանետումների փոխակերպման ունակությունները։

Բացի այդ, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների հետազոտությունն ու մշակումը նույնպես կնպաստեն հարակից արդյունաբերությունների տեխնոլոգիական արդիականացմանը և կանաչ զարգացմանը։ Օրինակ՝ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների ներդրմամբ, նավթաքիմիական ընկերությունները կարող են հասնել թափոնային գազերի ավելի արդյունավետ մշակման, նվազեցնել ցնդող գազերի արտանետումները և նվազեցնել շրջակա միջավայրի աղտոտումը։ Ավտոմեքենաների արտադրողները կարող են մշակել ավելի էկոլոգիապես մաքուր արտանետվող գազերի մշակման համակարգեր՝ արտանետվող գազերում վնասակար նյութերի արտանետումները նվազեցնելու և տրանսպորտային միջոցների էկոլոգիական կատարողականությունը մեծացնելու համար։ Օդամաքրիչների արտադրողները կարող են թողարկել ավելի արդյունավետ ներքին օդի մաքրման արտադրանք՝ ներքին օդի որակը բարելավելու և մարդկանց առողջությունն ապահովելու համար։

եզրակացություն և հեռանկար

Ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի աշխատանքի սկզբունքի, արտադրանքի պարամետրերի, կիրառման հետևանքների և համապատասխան հետազոտությունների առաջընթացի համապարփակ վերլուծության միջոցով կարելի է տեսնել, որ ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորներն ունեն զգալի առավելություններ և լայն կիրառման հեռանկարներ ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման գործում: Դրա ջերմաստիճանային զգայունությունը, ուշացման էֆեկտը և ընտրողական կատալիզը թույլ են տալիս արդյունավետորեն նվազեցնել ցնդող գազերի առաջացումը և արտանետումը՝ առանց ազդելու արտադրության արդյունավետության վրա: Հատկապես նավթաքիմիական, ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման, ներքին օդի մաքրման և այլն ոլորտներում, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները հասել են ուշագրավ կիրառման արդյունքների և լայն ճանաչում են ստացել:

Սակայն, ջերմային ուշացումների պատճառով քիմիական նյութերի հետազոտությունն ու կիրառումը դեռևս բախվում են որոշակի մարտահրավերների։ Նախևառաջ, կատալիզատորների ակտիվության և ընտրողականության հետագա բարելավման հարցը դեռևս հրատապ խնդիր է։ Չնայած ներկայիս հետազոտություններում որոշակի առաջընթաց է գրանցվել, կատալիզատորների ընտրողականությունն ու կայունությունը դեռևս բարելավման կարիք ունեն որոշ բարդ արտանետվող գազերի միջավայրերում։ Երկրորդ, կատալիզատորների արժեքը նվազեցնելու հարցը նույնպես կարևոր գործոն է, որը սահմանափակում է դրանց լայնածավալ կիրառումը։ Չնայած թանկարժեք մետաղների կատալիզատորներն ունեն գերազանց կատալիտիկ հատկություններ, դրանց բարձր գինը սահմանափակում է դրանց լայն կիրառումը որոշ ոլորտներում։ Հետևաբար, թանկարժեք, բարձր արդյունավետությամբ ոչ թանկարժեք մետաղների կատալիզատորների մշակումը կարևոր ուղղություն կլինի ապագա հետազոտությունների համար։

Ապագայում, նոր նյութերի և նոր տեխնոլոգիաների շարունակական ի հայտ գալուն զուգընթաց, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների աշխատանքը կբարելավվի, և դրանց կիրառման շրջանակը կշարունակի ընդլայնվել: Օրինակ, նոր նյութերի, ինչպիսիք են նանոմատերիալները և գրաֆենը, ներդրումը կօգնի բարելավել կատալիզատորի տեսակարար մակերեսը և ակտիվ կենտրոնի խտությունը, դրանով իսկ բարելավելով դրա ադսորբցիայի և ցնդող միացությունների փոխակերպման հնարավորությունները: Բացի այդ, ինտելեկտուալ տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ, ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորները կարող են նաև համակցվել ինտելեկտուալ կառավարման համակարգերի հետ՝ իրական ժամանակում մոնիթորինգի և ցնդող միացությունների արտանետումների ճշգրիտ վերահսկողության համար, ինչը հետագայում կբարելավի դրանց արտանետումների նվազեցման ազդեցությունը:

Ամփոփելով՝ որպես ցնդող գազերի արտանետումների նվազեցման նոր տեխնոլոգիա, թերմիստորն ունի հսկայական ներուժ և լայն շուկայական հեռանկարներ։ Ապագայում, տեխնոլոգիայի շարունակական զարգացման և կիրառությունների աստիճանական առաջխաղացման շնորհիվ, ջերմային հապաղման կատալիզատորը, անշուշտ, ավելի կարևոր դեր կխաղա ցնդող գազերի արտանետումների համաշխարհային կրճատման գործում և ավելի մեծ ներդրում կունենա կանաչ և կայուն հասարակության կառուցման գործում։

Ջերմային զգայուն հետաձգված կատալիզատորների ազդեցության գնահատում ցնդող օրգանական միացությունների արտանետումները նվազեցնելու համար

Ջերմային զգայուն ուշացված կատալիզատորների ազդեցության գնահատում՝ ցնդող օրգանական միացությունների արտանետումները նվազեցնելու համար