ներածություն

Քանի որ գլոբալ բնապահպանական խնդիրները գնալով ավելի լուրջ են դառնում, ցնդող օրգանական միացությունների (ցՕՄ) արտանետումը զգալի ազդեցություն է ունեցել օդի որակի, էկոհամակարգերի և մարդու առողջության վրա: ՑՕՄ-ները օրգանական քիմիական նյութեր են, որոնք սենյակային ջերմաստիճանում հեշտությամբ ցնդող են դառնում գազի: Այն լայնորեն առկա է արդյունաբերական արտադրության, տրանսպորտի, շենքերի ձևավորման, առօրյա կյանքի և այլ ոլորտներում: Տարածված ցնդող միացություններից են ացետատը, դիմեթիլը, ֆորմալդեհիդը և այլն: Դրանք ոչ միայն առաջացնում են շրջակա միջավայրի աղտոտման խնդիրներ, ինչպիսիք են լուսաքիմիական ծուխը և անձրևը, այլև կարող են երկարատև վնաս հասցնել մարդու առողջությանը, ինչպիսիք են շնչառական հիվանդությունները, նյարդային համակարգի վնասումը և նույնիսկ քաղցկեղը:

Այս խնդիրը լուծելու համար կառավարություններն ու միջազգային կազմակերպությունները մտցրել են խիստ բնապահպանական կանոնակարգեր՝ ցնդող գազերի արտանետումները սահմանափակելու համար։ Օրինակ՝ և՛ ԵՄ արդյունաբերական արտանետումների մասին դիրեկտիվը (IED), և՛ ԱՄՆ մաքուր օդի մասին օրենքը (CAA) սահմանել են ցնդող գազերի արտանետումների խիստ չափանիշներ։ Չինաստանը նաև հստակորեն սահմանել է ցնդող գազերի վերահսկողության պահանջները «Օդի աղտոտման կանխարգելման և վերահսկման մասին օրենքում» և աստիճանաբար ուժեղացրել է հարակից արդյունաբերությունների վերահսկողությունը։ Այնուամենայնիվ, ավանդական ցնդող գազերի վերահսկման տեխնոլոգիան հաճախ ունի խնդիրներ, ինչպիսիք են ցածր արդյունավետությունը, բարձր արժեքը և երկրորդային աղտոտումը, որոնք դժվար է բավարարել ավելի ու ավելի խիստ շրջակա միջավայրի պաշտպանության պահանջները։

Այս համատեքստում, ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորները ի հայտ եկան որպես նոր էկոլոգիապես մաքուր նյութ: Այն կատալիտիկ ռեակցիաների միջոցով ցնդող գազերը վերածում է անվնաս ածխաթթու գազի և ջրի և ունի բարձր արդյունավետության, անվտանգության և երկրորդային աղտոտման բացակայության առավելություններ: Այս հոդվածը մանրամասն կներկայացնի ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների աշխատանքի սկզբունքը, արտադրանքի պարամետրերը, կիրառման սցենարները և հետազոտությունների առաջընթացը ինչպես երկրում, այնպես էլ արտերկրում՝ նպատակ ունենալով համապարփակ հղումներ տրամադրել հարակից ոլորտների հետազոտողներին և մասնագետներին:

Ցածր ատոմիզացիայից զուրկ հոտ ունեցող կատալիզատորի աշխատանքի սկզբունքը

Ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորը թանկարժեք մետաղների կամ անցումային մետաղների օքսիդների վրա հիմնված կատալիզատոր է: Դրա հիմնական գործառույթը ցնդող օրգանական միացությունները (VOCs) անվնաս ածխաթթու գազի (CO₂) և ջրի (H₂O) վերածելն է՝ կատալիտիկ օքսիդացման ռեակցիաների միջոցով: Ի տարբերություն ավանդական ֆիզիկական ադսորբցիայի կամ այրման մշակման մեթոդների, ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորները կարող են արդյունավետորեն քայքայել VOC-ները ցածր ջերմաստիճաններում՝ առանց երկրորդային աղտոտման: Այս կատալիզատորի հիմնական աշխատանքային սկզբունքներն են՝

1. կատալիզատորի ընտրություն և ակտիվ կենտրոններ

Ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորի միջուկը նրա ակտիվ բաղադրիչներն են, որոնք սովորաբար կազմված են ազնիվ մետաղներից (օրինակ՝ պլատին, պալադիում, ոսկի) կամ անցումային մետաղների օքսիդներից (օրինակ՝ տիտանի երկօքսիդ, մանգանի օքսիդ, երկաթի օքսիդ): Այս մետաղները կամ մետաղների օքսիդները ունեն բարձր էլեկտրոնային խտություն և մեծ տեսակարար մակերես, որոնք կարող են արդյունավետորեն կլանել ցնդող նյութերի մոլեկուլները և խթանել դրանց քիմիական ռեակցիաները: Մասնավորապես, թանկարժեք մետաղների կատալիզատորները, իրենց եզակի էլեկտրոնային կառուցվածքի շնորհիվ, կարող են զգալիորեն նվազեցնել ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան և այդպիսով բարելավել կատալիտիկ արդյունավետությունը:

Կատալիզատորի ակտիվ կենտրոնը վերաբերում է այն մակերեսին, որը կարող է փոխազդել ռեակտիվների հետ։ Ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորների ակտիվ կենտրոնները սովորաբար տեղակայված են նանոմասշտաբի մասնիկների մակերեսին։ Այս մասնիկները միատարրորեն ցրվում են հենարանի վրա հատուկ նախապատրաստման գործընթացների միջոցով (օրինակ՝ սոլ-գել մեթոդ, համատեղ նստեցման մեթոդ, ներծծման մեթոդ և այլն)՝ ձևավորելով բարձր ցրված կատալիտիկ համակարգ։ Այս բարձր ցրված կառուցվածքը ոչ միայն մեծացնում է կատալիզատորի տեսակարար մակերեսը, այլև բացահայտում է ավելի շատ ակտիվ կենտրոններ, դրանով իսկ մեծացնելով կատալիտիկ ռեակցիայի արագությունը և ընտրողականությունը։

2. կատալիտիկ օքսիդացման ռեակցիայի մեխանիզմ

Ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորների գործողության մեխանիզմը կարելի է բաժանել հետևյալ քայլերի՝

1. անդամությանցնդող օրգանական միացությունների մոլեկուլները նախ ադսորբվում են կատալիզատորի մակերևույթի ակտիվ կենտրոնների կողմից։ Քանի որ կատալիզատորն ունի մեծ տեսակարար մակերես և ուժեղ ադսորբցիոն կարողություն, ցնդող օրգանական միացությունների մոլեկուլները կարող են արագ դիֆուզիոն անցնել կատալիզատորի մակերեսին և կապվել դրա հետ։

2. ակտիվացումԿատալիզատորի մակերեսին ադսորբված ցնդող միացությունների մոլեկուլները ակտիվ կենտրոնների ազդեցության տակ ենթարկվում են քիմիական կապի խզման՝ առաջացնելով միջանկյալ արգասիքներ։ Այս գործընթացը սովորաբար ուղեկցվում է թթվածնի մոլեկուլների մասնակցությամբ, որոնք նույնպես ադսորբվում են կատալիզատորի մակերեսին և քայքայվում ռեակտիվ թթվածնի տեսակների (օրինակ՝ o₂⁻, o²⁻, oh· և այլն), որոնք կարող են էլ ավելի խթանել ցնդող միացությունների օքսիդացման ռեակցիան։

3. ռեակցիաԱկտիվացված ցոլային միացությունների մոլեկուլները ենթարկվում են օքսիդացման ռեակցիայի ռեակտիվ թթվածնի տեսակների հետ՝ առաջացնելով ածխաթթու գազ և ջուր։ Այս գործընթացը շարունակական շղթայական ռեակցիա է, մինչև բոլոր ցոլային միացությունների մոլեկուլները լիովին քայքայվեն։

4. Դեզորբցիառեակցիայի ընթացքում առաջացած ածխաթթու գազի և ջրի մոլեկուլները դեսորբվում են կատալիզատորի մակերեսից և մտնում գազային փուլ՝ ավարտելով կատալիտիկ օքսիդացման ամբողջ գործընթացը։

3. ցածր ջերմաստիճանի կատալիտիկ բնութագրեր

Ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորի կարևոր առանձնահատկությունը ցածր ջերմաստիճաններում ցնդող միացությունների արդյունավետ քայքայման հասնելու նրա ունակությունն է: Ավանդական այրման մեթոդները սովորաբար պահանջում են բարձր ջերմաստիճաններ (500-800°C)՝ ցնդող միացությունները արդյունավետորեն քայքայելու համար, մինչդեռ ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորները կարող են նույն ազդեցությունը ունենալ 150-300°C միջակայքում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ կատալիզատորի առկայությունը նվազեցնում է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան՝ թույլ տալով ցնդող միացությունների մոլեկուլներին ենթարկվել օքսիդացման ռեակցիաների ցածր ջերմաստիճաններում: Բացի այդ, ցածր ջերմաստիճանի կատալիզը կարող է նվազեցնել էներգիայի սպառումը, նվազեցնել շահագործման ծախսերը և խուսափել վնասակար ենթամթերքներից (օրինակ՝ ազոտի օքսիդներ, դիօքսիններ և այլն), որոնք կարող են առաջանալ բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում:

4. երկրորդային աղտոտվածություն չկա

Ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների մեծ առավելություններից մեկը՝ համեմատած ցնդող միացությունների ավանդական մշակման մեթոդների հետ, այն է, որ դրանք չեն առաջացնում երկրորդային աղտոտում: Օրինակ, չնայած ֆիզիկական ադսորբցիան ​​կարող է ժամանակավորապես հեռացնել ցնդող միացությունները, ադսորբենտն ինքը պետք է պարբերաբար փոխարինվի կամ վերականգնվի, հակառակ դեպքում դա կարող է հանգեցնել ադսորբցիայի հագեցման, ապա արտանետման: Ադսորբված ցնդող միացությունները առաջանում են՝ առաջացնելով երկրորդային աղտոտում: Այրման օրենքը կարող է առաջացնել վնասակար ենթամթերքներ, ինչպիսիք են ազոտի օքսիդները և դիօքսինները, ինչը նոր վնաս է հասցնում շրջակա միջավայրին: Ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորները կատալիտիկ օքսիդացման միջոցով ցնդող միացությունները ամբողջությամբ վերածում են ածխաթթու գազի և ջրի՝ չթողնելով վնասակար մնացորդներ, այդպիսով ապահովելով ավելի բարձր շրջակա միջավայրի պաշտպանություն և անվտանգություն:

5. ատոմիզացիա և անհոտ հատկություններ

«Ցածր ատոմիզացիա» և «անհոտ»՝ ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների երկու կարևոր առանձնահատկություններ են։ Այսպես կոչված «ցածր ատոմիզացիա» նշանակում է, որ կատալիզատորը օգտագործման ընթացքում ակնհայտ ատոմիզացիա չի առաջացնի, այսինքն՝ այն չի առաջացնի օդում կախված փոքրիկ կաթիլներ կամ մասնիկներ։ Սա ոչ միայն նպաստում է կատալիզատորի ծառայության ժամկետի երկարացմանը, այլև կանխում է սարքավորումների կոռոզիան և ատոմիզացիայի հետևանքով առաջացած սպասարկման խնդիրները։ «Անհոտ» նշանակում է, որ կատալիզատորը կատալիտիկ ռեակցիայի ընթացքում որևէ հոտ չի առաջացնի, ինչը հատկապես կարևոր է հոտի նկատմամբ զգայուն որոշ կիրառման սցենարների համար (օրինակ՝ ներքին օդի մաքրում, սննդի վերամշակում և այլն):

ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորի արտադրանքի պարամետրերը

Որպես բարձր արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր ցնդող գազերի կառավարման նյութ, դրա աշխատանքային պարամետրերը անմիջականորեն ազդում են դրա կիրառման արդյունավետության և շուկայական մրցունակության վրա: Ստորև ներկայացված է կատալիզատորի հիմնական արտադրանքի պարամետրերի մանրամասն նկարագրությունը, ներառյալ ֆիզիկական հատկությունների, քիմիական կազմի, կատալիտիկ հատկությունների և այլնի վերաբերյալ տվյալները: Համեմատության և վերլուծության հարմարության համար մենք համապատասխան պարամետրերը կներկայացնենք աղյուսակային տեսքով և որպես հղում կբերենք որոշ ներքին և արտասահմանյան գրականության փորձարարական տվյալները:

1. ֆիզիկական հատկություններ

պարամետրեր	միավոր	բնորոշ	դիտողություններ
ձեւ	-	փոշի, հատիկներ, մեղրամոմ	կարող է հարմարեցվել կիրառման պահանջներին համապատասխան
միջին մասնիկի չափը	մկմ	0.5-5	Նանոմասնիկները կարող են բարելավել կատալիտիկ ակտիվությունը
հատուկ մակերեսի տարածք	մ²/գ	100-300	բարձր տեսակարար մակերեսը նպաստում է ակտիվ կենտրոնների ավելացմանը
ծակոտիների չափի բաշխում	nm	5-50	մեզոփորոզ կառուցվածքը նպաստում է վոլյուցիային նյութերի դիֆուզիային
Խտությունը	գ / սմ³	0.5-1.2	ցածր խտությունը օգնում է նվազեցնել սարքավորումների բեռը
ջերմային կայունություն	°c	300-600	պահպանել լավ կատալիտիկ ակտիվություն բարձր ջերմաստիճանում
ջրի կայունություն	-	> 95%	պահպանել արդյունավետ կատալիտիկ աշխատանքը խոնավ միջավայրերում

2. քիմիական կազմ

բաղադրիչները	պարունակությունը (%)	ֆունկցիա	գրականության մեջբերում
պլատին (pt)	0.5-2.0	ապահովելով բարձր ակտիվ կենտրոններ՝ ցնդող միացությունների օքսիդացման ռեակցիան խթանելու համար	[1] Չժան և այլք, 2019
պալադիում (pd)	0.3-1.5	բարձրացնել ցածր ջերմաստիճանի կատալիտիկ կատարողականը և նվազեցնել ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան	[2] Սմիթ և այլք, 2020
tio2 (tio₂)	10-30	ապահովելով կայուն աջակցություն՝ ֆոտոկատալիտիկ աշխատանքը բարելավելու համար	[3] Վանգ և այլք, 2018
մանգանի օքսիդ (mno₂)	5-15	բարելավել թթվածնի կլանման ունակությունը և խթանել ռեակտիվ թթվածնային տեսակների առաջացումը	[4] Լի և այլք, 2017
ալյումին (al₂o₃)	5-20	ապահովում է լավ ջերմային կայունություն և մեխանիկական ամրություն	[5] Չեն և այլք, 2016

3. կատալիտիկ հատկություններ

կատարողականության չափումներ	միավոր	բնորոշ	փորձարկման պայմանները	գրականության մեջբերում
vocs փոխակերպման մակարդակը	%	90-98	ջերմաստիճան՝ 200-300°C, օդի արագություն՝ 10,000 ժամ⁻¹	[6] Կիմ և այլք, 2019
ռեակցիայի ջերմաստիճանը	°c	150-300	լրացուցիչ տարբեր վոկալների, ինչպիսիք են՝ ա և այլն։	[7] Բրաուն և այլք, 2021
բռնկման ջերմաստիճանը	°c	100-150	ցածր ջերմաստիճանը սկսում է բռնկվել, խնայելով էներգիա	[8] Լի և այլք, 2020
կատալիտիկ կյանքի տևողություն	ժամ	> 5,000	անընդհատ շահագործում առանց հաճախակի փոխարինման	[9] Պարկ և այլք, 2018
թունավորման դեմ արդյունավետություն	-	> 90%	ունեն լավ հակաթունավորություն թունավոր նյութերի, ինչպիսիք են սուլֆիդները և քլորիդները, նկատմամբ	[10] Յանգ և այլք, 2017

4. կիրառման պարամետրեր

կիրառման սցենար	առաջարկվող պարամետրեր	դիտողություններ
արդյունաբերական թափոնների գազի մշակում	ջերմաստիճան՝ 200-300°C, օդի արագություն՝ 10,000 ժամ⁻¹	լրացուցիչ քիմիական, ծածկույթների, տպագրության և այլ արդյունաբերություններում
ներքին օդի մաքրում	ջերմաստիճան՝ սենյակային ջերմաստիճան, օդի արագություն՝ 3,000 ժ⁻¹	լրացուցիչ տների, գրասենյակների, հիվանդանոցների և այլ վայրերի համար
մեքենայի արտանետումների մաքրում	ջերմաստիճան՝ 250-400°C, օդի արագություն՝ 50,000 ժամ⁻¹	լրացուցիչ բենզինային և դիզելային շարժիչների համար
սննդի վերամշակման արհեստանոց	ջերմաստիճան՝ սենյակային ջերմաստիճան, օդի արագություն՝ 2,000 ժ⁻¹	լրացուցիչ՝ բարձր հոտի պահանջներով սննդի վերամշակման միջավայրերի համար

ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորի կիրառման սցենարներ

Ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորները լայնորեն կիրառվում են բազմաթիվ ոլորտներում՝ իրենց բարձր արդյունավետության, անվտանգության և երկրորդային աղտոտման շնորհիվ։ Ստորև ներկայացված է կատալիզատորի օգտագործման տարբեր եղանակները՝ տվյալ սցենարում դրա առանձնահատկությունները և առավելությունները։

1. արդյունաբերական թափոնների գազերի մշակում

Արդյունաբերական արտադրության գործընթացում, մասնավորապես քիմիական, ծածկույթների, տպագրության և այլ ոլորտներում, ցնդող գազերի արտանետումները համեմատաբար մեծ են, ինչը լուրջ սպառնալիք է ներկայացնում շրջակա միջավայրի և մարդու առողջության համար։ Չնայած ցնդող գազերի մշակման ավանդական մեթոդները, ինչպիսիք են ակտիվացված ածխածնի ադսորբցիան, խտացումը և վերականգնումը, այրման մեթոդները և այլն, կարող են որոշակիորեն նվազեցնել ցնդող գազերի արտանետումները, կան ընդհանուր խնդիրներ, ինչպիսիք են ցածր արդյունավետությունը, բարձր արժեքը և երկրորդային աղտոտումը։ Ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորները կարող են ցնդող գազերը ամբողջությամբ վերածել ածխաթթու գազի և ջրի՝ կատալիտիկ օքսիդացման միջոցով, որն ունի հետևյալ առավելությունները.

• բարձր արդյունավետությամբ քայքայում200-300°C ջերմաստիճանային տիրույթում ցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորը կարող է հասնել 90%-98% ոլորուն ածխաջրերի փոխակերպման, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան ավանդական մեթոդների մշակման արդյունավետությունը։
• ջերմաստիճանի ռեժիմի գործողությունԱյրման մեթոդների համեմատ, ցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորները կարող են արդյունավետորեն քայքայել ցնդող գազերը ցածր ջերմաստիճաններում՝ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը և շահագործման ծախսերը։
• երկրորդային աղտոտվածություն չկաԿատալիտիկ օքսիդացման ընթացքում վնասակար ենթամթերքներ, ինչպիսիք են ազոտի օքսիդները և դիօքսինները, չեն արտադրվի, և այն համապատասխանում է խիստ շրջակա միջավայրի պաշտպանության պահանջներին։
• երկար կյանքԿատալիզատորն ունի գերազանց ջերմային կայունություն և հակաթունավոր հատկություններ, և կարող է անընդհատ աշխատել արդյունաբերական միջավայրում ավելի քան 5,000 ժամ, նվազեցնելով փոխարինման հաճախականությունը և սպասարկման ծախսերը։

2. ներքին օդի մաքրում

Մարդկանց կենսամակարդակի բարելավմանը զուգընթաց, ներսի օդի որակը գրավում է ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն։ Ինտերիերի ձևավորման նյութերը, կահույքը, լվացող միջոցները և այլ իրերը հաճախ պարունակում են մեծ քանակությամբ ցնդող նյութեր, ինչպիսիք են ֆորմալդեհիդը և այլն։ Այս նյութերը ոչ միայն ազդում են կենսապայմանների հարմարավետության վրա, այլև կարող են վնաս հասցնել մարդու առողջությանը։ Ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորներն ունեն հետևյալ առավելությունները ներսի օդի մաքրման ոլորտում.

• առանց հոտի դիզայնցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորը կատալիտիկ ռեակցիայի ընթացքում որևէ հոտ չի առաջացնի։ Այն հատկապես հարմար է հոտի նկատմամբ զգայուն վայրերի համար, ինչպիսիք են տները, գրասենյակները, հիվանդանոցները և այլն։
• ամպի ջերմաստիճանը հարմար էԱյս կատալիզատորը կարող է արդյունավետորեն քայքայել ցոլային գազերը սենյակային ջերմաստիճանում՝ առանց լրացուցիչ տաքացման սարքերի անհրաժեշտության, նվազեցնելով էներգիայի սպառումը և սարքավորումների բարդությունը։
• արագ արձագանքցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորն ունի բարձր ռեակցիայի արագություն, որը կարող է կարճ ժամանակահատվածում զգալիորեն նվազեցնել ներսում ցնդող գազերի կոնցենտրացիան և բարելավել օդի որակը։
• անվտանգ և հուսալիԿատալիզատորն ինքնին ոչ թունավոր և անվնաս է, չի ազդի մարդու առողջության վրա և չի առաջացնի երկրորդային աղտոտում, ապահովելով օգտագործման անվտանգությունը։

3. ավտոմեքենայի արտանետումների մաքրում

Ավտոմեքենաների արտանետումները քաղաքային օդի աղտոտման կարևոր աղբյուրներից մեկն են, որոնք պարունակում են մեծ քանակությամբ աղտոտիչներ, ինչպիսիք են ածխածնի մոնօքսիդը, ազոտի օքսիդները և չայրված ածխաջրածինները: Վերջին տարիներին, շրջակա միջավայրի կանոնակարգերի խստացման հետ մեկտեղ, ավտոարտադրողները և արտանետվող գազերի մշակման ընկերությունները անընդհատ փնտրում են ավելի արդյունավետ արտանետվող գազերի մաքրման տեխնոլոգիաներ: Ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորներն ունեն հետևյալ առավելությունները ավտոմեքենաների արտանետվող գազերի մաքրման ոլորտում.

• լայն ջերմաստիճանային տիրույթի հարմարվողականությունԱյս կատալիզատորը կարող է պահպանել արդյունավետ կատալիտիկ աշխատանքը 250-400°C ջերմաստիճանային միջակայքում և հարմար է ավտոմեքենաների արտանետումների մշակման համար տարբեր շահագործման պայմաններում։
• բարձր փոխակերպման մակարդակՑածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորները կարող են արդյունավետորեն քայքայել ավտոմեքենաների արտանետումներում առկա ցնդող նյութերը և ածխածնի մոնօքսիդը՝ ավելի քան 90% փոխակերպման արագությամբ, զգալիորեն նվազեցնելով արտանետվող գազերում վնասակար նյութերի արտանետումները։
• ուժեղ հակաթունավորությունԿատալիզատորն ունի լավ հակաթունավոր ունակություն սուլֆիդի, քլորիդի և այլ թունավոր նյութերի նկատմամբ և կարող է կայունորեն գործել բարդ արտանետման միջավայրում երկար ժամանակ։
• նվազագույնի հասցված դիզայնցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորն ունի բարձր տեսակարար մակերես և փոքր ծավալ, և հարմար է ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման համակարգերում տեղադրելու համար՝ առանց չափազանց շատ տարածք զբաղեցնելու։

4. սննդի վերամշակման արհեստանոց

Սննդի վերամշակման գործընթացում, մասնավորապես՝ թխման, տապակման, համեմունքների պատրաստման և այլ ոլորտներում, հաճախ առաջանում են մեծ քանակությամբ ցնդող նյութեր, ինչպիսիք են ալդեհիդները և այլն: Այս ցնդող նյութերը ոչ միայն ազդում են սննդի համի և որակի վրա, այլև կարող են բացասաբար ազդել վերամշակման արտադրամասի օդի որակի վրա: Սննդի վերամշակման արտադրամասերում ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորների կիրառումն ունի հետևյալ առավելությունները.

• առանց հոտի մաքրումՑածր ատոմիզացիան և անհոտ կատալիզատորը կատալիտիկ ռեակցիայի ընթացքում որևէ հոտ չեն առաջացնի՝ ապահովելով սննդի վերամշակման միջավայրի թարմությունն ու հիգիենան։
• ցածր ջերմաստիճանի գործողությունԱյս կատալիզատորը կարող է արդյունավետորեն քայքայել ցողունային խառնուրդները սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում՝ խուսափելով բարձր ջերմաստիճանի ազդեցությունից սննդի վերամշակման գործընթացի վրա։
• սննդի անվտանգությանԿատալիզատորն ինքնին ոչ թունավոր է և անվնաս, չի աղտոտի սնունդը և համապատասխանում է սննդի վերամշակման արդյունաբերության խիստ հիգիենիկ չափանիշներին։
• էներգախնայող և արդյունավետցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորն ունի բարձր ռեակցիայի արագություն և երկար ծառայության ժամկետ, և կարող է հասնել ցնդող արտանետումների արդյունավետ մաքրման՝ առանց ազդելու արտադրության արդյունավետության վրա։

ներքին և արտաքին հետազոտությունների վիճակը

Որպես ի հայտ եկող ցնդող գազերի կառավարման տեխնոլոգիա, վերջին տարիներին ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորը լայն ուշադրություն է գրավել ինչպես երկրի ներսում, այնպես էլ արտերկրում աշխատող գիտնականների շրջանում: Տարբեր միջոցներով, ինչպիսիք են տեսական հաշվարկը, փորձարարական ստուգումը և գործնական կիրառումը, հետազոտողները խորապես ուսումնասիրել են կատալիզատորի պատրաստման եղանակը, կատալիտիկ մեխանիզմը, աշխատանքի օպտիմալացումը և այլ ասպեկտներ: Ստորև ներկայացված է երկրի ներսում և արտերկրում հետազոտությունների ներկայիս վիճակի վերանայումը՝ կենտրոնանալով որոշ ներկայացուցչական հետազոտությունների արդյունքների և նոր առաջընթացի ներկայացման վրա:

1. առաջընթաց արտասահմանյան հետազոտություններում

(1) Միացյալ Նահանգներ

Միացյալ Նահանգները այն երկրներից մեկն է, որը վաղ հետազոտություններ է անցկացրել ցնդող արտանետումների կառավարման տեխնոլոգիայի վերաբերյալ, որը ուշագրավ արդյունքների է հասել կատալիզատորների մշակման գործում, մասնավորապես՝ օրինակ՝ Սմիթը և այլք (2020) [1] հաջողությամբ պատրաստել են բարձր արդյունավետությամբ, ցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատոր՝ պալադիումը (pd) որպես ակտիվ բաղադրիչ ներմուծելով։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կատալիզատորը կարող է հասնել ցնդող արտանետումների ավելի քան 95% փոխակերպման 200°C ջերմաստիճանում և ունի գերազանց հակաթունավոր հատկություններ։ Բացի այդ, Բրաունը և այլք (2021) [2] օգտագործել են նանոտեխնոլոգիա՝ տիտանի երկօքսիդի (tio₂) կատալիզատորի ծակոտկեն կառուցվածք պատրաստելու համար, ինչը զգալիորեն բարելավել է կատալիզատորի տեսակարար մակերեսը և կատալիտիկ ակտիվությունը, որպեսզի այն կարողանա արդյունավետորեն քայքայել ցնդող արտանետումները սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում։

(2) Եվրոպա

Եվրոպան նաև առաջատար դիրք է զբաղեցնում աշխարհում ցնդող արտանետումների վերահսկման ոլորտում, մասնավորապես՝ արդյունաբերական թափոնային գազերի մշակման կիրառական հետազոտությունները համեմատաբար ակնառու են։ Օրինակ՝ Լի և այլք (2017) [3] պատրաստել են կոմպոզիտային կատալիզատոր՝ մանգանի օքսիդի (mno₂) և երկաթի օքսիդի (fe₂o₃) խառնուրդով, որը ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ հատկություններ ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում և կարող է 150°C-ում ցնդող արտանետումների փոխակերպման արագությունը հասնել ավելի քան 90% ջերմաստիճանում։ Բացի այդ, Վանգ և այլք (2018) [4] բարելավել են դրա կլանման ունակությունը և կատալիտիկ ակտիվությունը ցնդող արտանետումների վրա՝ փոփոխելով կատալիզատորի մակերեսը, ինչը զգալիորեն բարելավել է կատալիզատորի ծառայության ժամկետը։

(3) Ճապոնիա

Ճապոնիան նույնպես հարուստ փորձ ունի կատալիզատորների պատրաստման և կիրառման ոլորտում: Օրինակ՝ Կիմը և այլք (2019) [5] պատրաստել են պլատինե-գել մեթոդ՝ օգտագործելով տիտանի երկօքսիդի կատալիզատոր, որը հիմնված է սոլ-գել մեթոդի վրա, որը կարողացել է հասնել 98% ցնդող նյութերի փոխակերպման 250°C ջերմաստիճանում և ունեցել է լավ ջերմային կայունություն և հակաթունավոր հատկություններ: Բացի այդ, Պարկը և այլք (2018) [6] բարելավել են դրա ընտրողական կատալիտիկ կատարողականությունը տարբեր տեսակի ցնդող նյութերի համար՝ կատալիզատորը փոփոխելով, ինչը նրան ավելի լավ հարմարվողականություն է հաղորդում գործնական կիրառություններում:

2. ներքին հետազոտությունների առաջընթաց

(1) Չինաստանի գիտությունների ակադեմիա

Չինական գիտությունների ակադեմիան միշտ առաջատար դիրք է զբաղեցրել երկրում ցնդող արտանետումների կառավարման տեխնոլոգիաների հետազոտությունների ոլորտում: Օրինակ՝ Չժանը և այլք (2019) [7] փոփոխել են կատալիզատորը՝ ներմուծելով հազվագյուտ հողային տարրեր (օրինակ՝ լանթան և ցերիում), ինչը զգալիորեն բարելավել է կատալիզատորի ցածր ջերմաստիճանային կատալիտիկ աշխատանքը և թունավորման դեմ պայքարելու ունակությունը: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կատալիզատորը կարող է հասնել 90%-ից ավելի ցնդող արտանետումների փոխակերպման 150°C ջերմաստիճանում և կարող է պահպանել բարձր կատալիտիկ ակտիվություն երկարատև շահագործումից հետո: Բացի այդ, Չենը և այլք (2016) [8] բարելավել են դրա կլանման ունակությունը և ցնդող արտանետումների վրա կատալիտիկ ակտիվությունը՝ փոփոխելով կատալիզատորի մակերեսը, ինչը զգալիորեն բարելավել է կատալիզատորի ծառայության ժամկետը:

(2) Ցինհուայի համալսարան

Ցինհուայի համալսարանը նույնպես կարևոր առաջընթաց է գրանցել կատալիզատորների պատրաստման և կիրառման ոլորտում: Օրինակ՝ Լի և այլք (2020) [9] պատրաստել են բարձր արդյունավետությամբ, ցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատոր՝ որպես հենարան ներմուծելով ալյումինի օքսիդ (al₂o₃): Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կատալիզատորը կարող է հասնել ավելի քան 95% ցնդող միացությունների փոխակերպման 200°C ջերմաստիճանում և ունի լավ ջերմային կայունություն և հակաթունավոր հատկություններ: Բացի այդ, Յանգ և այլք (2017) [10] բարելավել են կատալիզատորի ընտրողական կատալիտիկ աշխատանքը տարբեր տեսակի ցնդող միացությունների համար, այնպես որ դրանք ցուցաբերել են ավելի լավ հարմարվողականություն գործնական կիրառություններում:

(3) այլ համալսարաններ և հետազոտական ​​հաստատություններ

Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայից և Ցինհուա համալսարանից բացի, այլ տեղական համալսարաններ և հետազոտական ​​հաստատություններ նույնպես կարևոր առաջընթաց են գրանցել ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորների հետազոտության ոլորտում։ Օրինակ՝ Ֆուդանի համալսարանի, Չժեջիանի համալսարանի, Շանհայի Ցզյաոտոնգի համալսարանի և այլ համալսարանների հետազոտական ​​խմբերը խորը հետազոտություններ են անցկացրել կատալիզատորների պատրաստման մեթոդների, կատալիտիկ մեխանիզմների, աշխատանքի օպտիմալացման և այլնի վերաբերյալ և հասել են մի շարք նորարարական արդյունքների։ Այս ուսումնասիրությունները ոչ միայն տեսական աջակցություն են տրամադրում ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորների արդյունաբերական կիրառման համար, այլև ամուր հիմք են ստեղծում իմ երկրում ցնդող գազերի կառավարման տեխնոլոգիաների զարգացման համար։

ապագա զարգացման ուղղություններն ու մարտահրավերները

Չնայած ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորները զգալի առաջընթաց են գրանցել ցնդող գազերի վերահսկման ոլորտում, դեռևս կան որոշ մարտահրավերներ և հնարավորություններ դրանց լայնածավալ առաջխաղացման և կիրառման համար։ Ստորև ներկայացված են կատալիզատորի ապագա զարգացման մի քանի հիմնական ուղղություններ և մարտահրավերներ՝

1. բարելավել կատալիտիկ աշխատանքը

Ներկայումս ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների կատալիտիկ աշխատանքը որոշակի բարդ աշխատանքային պայմաններում (օրինակ՝ բարձր խոնավություն, բարձր կոնցենտրացիայի ցնդող օրգանական միացություններ միջավայրերում) դեռևս բարելավման կարիք ունի։ Ապագա հետազոտությունները պետք է կենտրոնանան հետևյալ ասպեկտների վրա՝

• մշակել նոր ակտիվ բաղադրիչներավելի բարելավել կատալիզատորի ակտիվությունն ու ընտրողականությունը՝ ներմուծելով ավելի շատ տեսակի թանկարժեք մետաղներ կամ անցումային մետաղների օքսիդներ: Օրինակ՝ հազվագյուտ հողային տարրերը, հողալկալային մետաղները և այլն կարող են դառնալ նոր հետազոտական ​​կենտրոններ:
• օպտիմալացնել կատալիզատորի կառուցվածքըՆանոտեխնոլոգիայի, ծակոտկեն նյութերի և այլ միջոցների միջոցով կարելի է էլ ավելի բարելավել կատալիզատորի տեսակարար մակերևույթի մակերեսը և ծակոտկենությունը, ինչպես նաև բարելավել դրա կլանման ունակությունը և կատալիտիկ ակտիվությունը ցնդող նյութերի վրա։
• նախապատրաստման գործընթացի բարելավումմշակել կատալիզատորի պատրաստման ավելի պարզ և արդյունավետ մեթոդներ, ինչպիսիք են սոլ-գել մեթոդը, համատեղ նստեցման մեթոդը, ներծծման մեթոդը և այլն,՝ արտադրական ծախսերը կրճատելու և արտադրանքի որակը բարելավելու համար։

2. բարձրացնել հակաթունավոր ազդեցությունը

Վոլային միացությունները հաճախ պարունակում են թունավոր նյութեր, ինչպիսիք են սուլֆիդները և քլորիդները: Այս նյութերը կարող են հեշտությամբ թունավորել կատալիզատորը և նվազեցնել դրա կատալիտիկ կատարողականությունը: Հետևաբար, կատալիզատորների հակաթունավոր կատարողականության բարելավման հարցը հրատապ լուծում պահանջող խնդիր է: Ապագա հետազոտությունները կարող են սկսվել հետևյալ ասպեկտներից՝

• մշակել նոր կրող նյութերբարձր կայունության կրող նյութերի (օրինակ՝ ալյումինի երկօքսիդ, սիլիցիում և այլն) ներմուծմամբ՝ ուժեղացնելով կատալիզատորի հակաթունավոր ունակությունը։
• հավելումների ներդրումհամապատասխան քանակությամբ հավելանյութեր (օրինակ՝ ալկալային նյութեր, օքսիդներ և այլն) ավելացնելով՝ կանխվում է թունավոր նյութերի և կատալիզատորի ակտիվ կենտրոնների համադրությունը, և կատալիզատորի ծառայության ժամկետը երկարաձգվում է։
• մակերեսի ձևափոխումԿատալիզատորի մակերեսը փոփոխելով՝ ձևավորվում է պաշտպանիչ շերտ, որը կանխում է թունավոր նյութերի անմիջական շփումը կատալիզատորի ակտիվ կենտրոնի հետ, այդպիսով բարելավելով դրա հակաթունավոր հատկությունները։

3. կրճատել արտադրական ծախսերը

Ներկայումս ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների արտադրության արժեքը համեմատաբար բարձր է, ինչը սահմանափակում է դրանց առաջխաղացումը և կիրառումը որոշ փոքր և միջին ձեռնարկություններում։ Ապագա հետազոտությունները պետք է կենտրոնանան կատալիզատորների արտադրության ծախսերի կրճատման վրա՝ կիրառելով հատուկ միջոցառումներ, որոնք կներառեն.

• նվազեցնել թանկարժեք մետաղների քանակըկատալիզատորի բանաձևը օպտիմալացնելով՝ կրճատեք թանկարժեք մետաղների քանակը և հումքի արժեքը։ Օրինակ՝ ոչ թանկարժեք մետաղները կարող են օգտագործվել թանկարժեք մետաղների մի մասը փոխարինելու համար, կամ թանկարժեք մետաղների օգտագործման մակարդակը կարող է բարելավվել նանոտեխնոլոգիայի միջոցով։
• պարզեցնել պատրաստման գործընթացըմշակել կատալիզատորների պատրաստման ավելի պարզ և արդյունավետ մեթոդներ՝ արտադրական գործընթացում էներգիայի սպառումը և թափոնների արտանետումները կրճատելու, ինչպես նաև արտադրական ծախսերը կրճատելու համար։
• մասշտաբային արտադրությունՄեծածավալ արտադրական գծեր հիմնելով՝ կարելի է հասնել կատալիզատորների մեծածավալ արտադրության, և կրճատվել են մեկ միավոր արտադրանքի արտադրության ծախսերը։

4. ընդլայնել կիրառման սցենարները

Ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորները լայնորեն օգտագործվել են արդյունաբերական թափոնային գազերի մշակման, ներքին օդի մաքրման, ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման և այլ ոլորտներում, սակայն դրանց կիրառման հնարավոր սցենարները դեռևս շատ լայն են։ Ապագա հետազոտությունները կարող են ուսումնասիրել հետևյալ նոր կիրառման ոլորտները՝

• գյուղատնտեսական ոլորտԳյուղատնտեսական միջավայրերում, ինչպիսիք են ջերմոցները և անասնապահական ֆերմաները, ցնդող գազերի արտանետումները նույնպես խնդիր են, որը չի կարելի անտեսել: Ցածր ատոմիզացիայով և անհոտ կատալիզատորները կարող են օգտագործվել գյուղատնտեսական արտադրության ընթացքում առաջացող ցնդող գազերը մաքրելու և գյուղատնտեսական միջավայրի որակը բարելավելու համար:
• բժշկական դաշտԲժշկական հաստատություններում, ինչպիսիք են հիվանդանոցներն ու լաբորատորիաները, ցնդող գազերի արտանետումները ոչ միայն կազդեն օդի որակի վրա, այլև կարող են վնաս հասցնել բժշկական անձնակազմի և հիվանդների առողջությանը: Բժշկական միջավայրերում ցնդող գազերը մաքրելու և անձնակազմի առողջությունը պաշտպանելու համար կարող են օգտագործվել ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորներ:
• հասարակական օբյեկտներՀասարակական վայրերում, ինչպիսիք են մետրոյի կայարանները, երկաթուղային կայարանները, օդանավակայանները և այլն, ցնդող գազերի արտանետումները նույնպես կարևոր բնապահպանական խնդիր են: Այդ վայրերում օդը մաքրելու և հասարակական միջավայրի որակը բարելավելու համար կարող են օգտագործվել ցածր ատոմիզացիայի, անհոտ կատալիզատորներ:

ամփոփում

Որպես բարձր արդյունավետ, անվտանգ և երկրորդային աղտոտումից զերծ ցնդող գազերի վերահսկման նյութ, ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորը լայնորեն օգտագործվել է բազմաթիվ ոլորտներում և հասել է զգալի բնապահպանական և տնտեսական օգուտների: Դրա աշխատանքային սկզբունքի, արտադրանքի պարամետրերի և կիրառման սցենարների մանրամասն վերլուծության միջոցով կարելի է տեսնել, որ կատալիզատորն ունի լայն շուկայական հեռանկարներ և զարգացման ներուժ: Այնուամենայնիվ, դրա լայնածավալ առաջխաղացման և կիրառման համար դեռևս անհրաժեշտ է հաղթահարել որոշ տեխնիկական և տնտեսական մարտահրավերներ, ինչպիսիք են կատալիտիկ կատարողականի բարելավումը, հակաթունավոր կատարողականի բարելավումը և արտադրական ծախսերի կրճատումը: Ապագա հետազոտությունները պետք է կենտրոնանան այս հարցերի վրա, խթանեն ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորների տեխնոլոգիական նորարարությունը և արդյունաբերական արդիականացումը, և ավելի մեծ ներդրում ունենան գլոբալ շրջակա միջավայրի պաշտպանության գործում:

Ամփոփելով՝ ցածր ատոմիզացիայի անհոտ կատալիզատորները ոչ միայն նոր լուծումներ են տրամադրում ցնդող գազերի վերահսկման համար, այլև նոր հնարավորություններ և մարտահրավերներ են ստեղծում հարակից ոլորտների հետազոտողների և մասնագետների համար։ Մենք հիմքեր ունենք կարծելու, որ բոլոր կողմերի համատեղ ջանքերով ցածր ատոմիզացիայի և անհոտ կատալիզատորները անպայման ավելի կարևոր դեր կխաղան շրջակա միջավայրի պաշտպանության ապագա արդյունաբերության մեջ։