Hübriidne plasma-katalüütiline reaktor ohtlike gaaside eemaldamiseks

Indrek Jõgi, Ants Haljaste, Matti Laan „Hybrid TiO₂ based plasma-catalytic reactors for the removal of hazardous gasses“ Surf. Coat. Technol. 242 (2014) 195-199.

Kateldes ja mootorites kütuste põlemisel tekkivad lämmastik- ja vääveloksiidid (NOx ja SO₂)  põhjustavad atmosfääri jõudes happevihmasid ja sudu ning on seetõttu ohuks nii inimeste tervisele kui ka keskkonnale. Seetõttu on nende ühendite eemaldamiseks töötatud välja mitmeid püüdureid, mis baseeruvad erinevatel tehnoloogilistel lahendustel. Püüdurite toime suureneb, kui  lämmastiku- ja väävliühendid eelnevalt oksüdeerida. Üheks võimalikuks oksüdandiks on plasma kui efektiivne radikaalide allikas. Paraku toimuvad plasmas mitmed ebasoovitavad kõrvalreaktsioonid mille tulemusena läheb osa plasmas toodetud radikaale raisku. Katalüsaatori lisamine plasmareaktorisse võimadab oksüdeerimise saagist parandada ja lisaks sellele vähendada mõningaid plasma kahjulikke kõrvalmõjusid.

Antud töös uuriti NO_x ja SO₂ oksüdeerimist hübriidse plasma-katalüütilise reaktori abil (Joonis 1). Leiti, et TiO₂ katalüsaatori juuresolekul oksüdeeriti nii NO_x kui ka SO₂ märgatavalt rohkem. Eriti oluline oli katalüsaatori mõju SO₂ eemaldamisel, mil plasma ja katalüsaatori eraldi kasutamine SO₂-le praktiliselt mingit mõju ei avaldanud (Joonis 2). Kuna heitgaasid sisaldavad alati ka veeauru ja süsihappegaasi, uuriti ka nende ühendite mõju katalüsaatori tööle. Veeauru olemasolul suurenes kahjulikke ühendite eemaldamine kuni poole võrra kuid süsihappegaasi mõju puudus.

Analüüsides võimalikke plasmakeemilisi reaktsioone leiti, et katalüsaatori positiivse toime põhjuseks on tekkivate oksüdeerivate radikaalide kogunemine katalüsaatori pinnale. Erinevalt plasmakeskkonnast toimuvad pinnal oksüdatsioonireaktsioonid valdavalt ühesuunaliselt ja seetõttu suurenebki tekitatud radikaalide kasutamise efektiivsus.