Procesy foto-katalityczne pozwalają na uzyskanie wielu korzyści wynikających z oczyszczania, powietrza i gazów, produkcji paliw i nośników energii. Według ostatnich doniesień, wzrost ciśnienia wewnątrz reaktora foto-katalitycznego pozwala na zwiększenie efektywności procesów foto-katalitycznych, np. konwersji metanu lub CO2 [1-3]. Jedną z korzyści przemawiających za podwyższaniem ciśnienia podczas prowadzenia procesów foto-katalitycznych jest potencjalnie uzyskanie wyższej wydajności procesu, ze względu na zwiększanie rozpuszczalności gazów i reagentów w roztworach. Ciśnienie może wpływać na selektywność reakcji foto-katalitycznej, co pozwala na uzyskanie pożądanych produktów z większą wydajnością. Do przykładowych obszarów zastosowania ciśnieniowych reaktorów foto-katalitycznych należą m.in.:
- Oczyszczanie wody, powietrza i innych gazów procesowych
- Synteza organicznych i nieorganicznych związków chemicznych
Projektowanie i budowanie ciśnieniowych reaktorów foto-katalitycznych nie jest łatwe, m.in. ze względu na konieczność doprowadzenia światła w miejscu, gdzie panuje podwyższone ciśnienie. Budowa takiej instalacji związana jest z poniesieniem wyższych kosztów w porównaniu do instalacji działających pod ciśnieniem atmosferycznym.
Niemniej, ze względu na korzyści związane ze zwiększeniem ciśnienia w procesach foto-katalitycznych, prowadzi się na świecie różne badania, między innymi w zakresie wpływu ciśnienia na foto-katalityczną konwersji metanu w kierunku innych wartościowych produktów lub jego neutralizacji poprzez jego całkowite utlenianie [1,2]. Jak wiadomo, metan postrzegany jest jako drugi po CO2 gaz pod względem wpływu na efekt cieplarniany i związane z nim zmiany klimatyczne.
Instytut Technologii Paliw i Energii rozpoczął prace związane z rozwojem technologii procesów foto-katalitycznych w warunkach podwyższonego ciśnienia. Rezultatem tych prac było zaprojektowanie, wybudowanie i uruchomienie instalacji pozwalającej na prowadzenie procesów w warunkach do 60 bar i 150°C, tworząc tym samym podwaliny do nowej działki termociśnieniowej foto-katalizy [4]. Praca została zrealizowana w ramach środków przeznaczonych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Kierownikiem projektu był dr hab. inż. Janusz Lasek, prof. Instytutu, a jego zastępcą mgr inż. Krzysztof Głód. Na fotografii zaprezentowano ciśnieniowy reaktor foto-termo katalityczny, którego projektantami byli Tadeusz Chwoła, Szymon Dobras, Janusz Lasek, Krzysztof Głód i Krzysztof Supernok, a dostawcą firma Koncept-Tech z Gliwic. Instalacja ma budowę kompaktową, zabudowana jest na jeżdżącej platformie, dlatego pozwala w stosunkowo łatwy sposób na jej przemieszczenie z miejsca na miejsce i prowadzenie badań w lokalizacji wynikającej z aktualnych potrzeb.
Na sam koniec o równie cennym wpływie ciśnienia i foto-katalizy na rozwój sztuki graficznej. Na rysunku poniżej grafika wykonana przez Radka Lajnerta, pracownika ITPE. Reaktor ciśnieniowy waży 72 kg, więc przeniesienie przedstawionej na rysunku sytuacji do rzeczywistości, aktualnie przekracza fizyczne możliwości kierownika projektu…
No, może na razie! 😆
Przygotował: Janusz Lasek
Zakład Transformacji Energetycznej
Literatura:
[1] C. Wang, X. Li, Y. Ren, H. Jiao, F.R. Wang, J. Tang, Synergy of Ag and AgBr in a Pressurized Flow Reactor for Selective Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane, ACS Catalysis, 13 (2023) 3768-3774.
[2] Y. Jiang, S. Li, S. Wang, Y. Zhang, C. Long, J. Xie, X. Fan, W. Zhao, P. Xu, Y. Fan, C. Cui, Z. Tang, Enabling Specific Photocatalytic Methane Oxidation by Controlling Free Radical Type, Journal of the American Chemical Society, 145 (2023) 2698-2707.
[3] J.A.L. Perini, K. Irikura, L.D.M. Torquato, J.B.d.S. Flor, M.V.B. Zanoni, Effect of ionic liquid in a pressurized reactor to enhance CO2 photocatalytic reduction at TiO2 modified by gold nanoparticles, Journal of Catalysis, 405 (2022) 588-600.
[4] J.A. Lasek, K. Głód, R. Fryza, S. Dobras, T. Chwoła, K. Supernok, J.C.-S. Wu, A.P.-Y. Wu, C.-W. Huang, Experience in Scaling-Up of Photo-Thermo-Catalytic Purification of Process Gasses from NOx, Energies, 16 (2023) 5344.