SISTEM PLASMO-CATALITIC PENTRU OXIDAREA TOTALA A COMPUSILOR ORGANICI VOLATILI

Titlu proiect:

Sistem plasmo-catalitic pentru oxidarea totala a compusilor organici volatili

Plasma-catalytic system for the total oxidation of volatile organic compounds

Rezumat proiect

Proiectul propus are ca scop studiul sistemelor plasmo-catalitice pentru oxidarea totala a poluantilor organici din aer. Se are in vedere folosirea plasmelor de neechilibru generate in descarcari electrice la presiunea atmosferica, in combinatie cu diferiti catalizatori. Intelegerea interactiei intre plasma netermica si catalizatori in vederea obtinerii unui efect sinergetic reprezinta principalul obiectiv al proiectului. evaluarea eficientei metodei investigate, ca si a posibilitatilor de scalare reprezinta celalalt aspect major al proiectului propus.

Pentru oxidarea compusilor organici volatili (VOC) din aer vor fi utilizate descarcari corona si descarcari cu bariera dielectrica. Avantajul folosirii plasmei netermice consta in generarea de electroni energici care excita, disociaza si ionizeaza moleculele gazului, producand specii active chimic, iar acestea pot reactiona cu poluantii, descompunandu-i. gazul ramane in apropiere de temperatura camerei, deci se creaza un mediu foarte reactiv din punct de vedere chimic, fara ca energia introdusa sa fie cheltuita pentru incalzirea intregului flux de gaz, ca in cazul proceselor termice.

Dezavantajul cel mai important al tratarii aerului poluat cu plasma, care a impiedicat folosirea acestei metode pe scara industriala, este selectivitatea sa scazuta fata de oxidarea totala. Este de asteptat ca adaugarea unor catalizatori adecvati sa produca imbunatatirea conversiei compusilor organici si in special a selectivitatii procesului de oxidare, datorita reactiilor pe suprafata catalizatorilor cu specii active generate in plasma. Astfel se poate spera ca printr-o combinatie optima intre plasma si cataliza heterogena, eficienta ridicata a activarii netermice si selectivitatea ridicata a catalizatorilor adecvati sa conduca la un efect sinergetic. In consecinta, se va putea dezvolta un sistem plasmo-catalitic care sa promoveze in mod selectiv reactiile dorite, implicit reducandu-se costurile energetice pentru depoluarea aerului.

Echipa de cercetare

Director proiect

Dr. Monica Magureanu (INFLPR)

Cercetatori cu experienta

Dr. Nicolae Bogdan Mandache (INFLPR)

Prof. Vasile Parvulescu (Universitatea Bucuresti)

Cercetatori in formare

Drd. Bogdan Cojocaru (Universitatea Bucuresti)

Drd. Stefan Neatu (Universitatea Bucuresti)

Daniela Piroi (INFLPR)

Implicarea tinerilor cercetatori:

Echipa de cercetare include doi doctoranzi, Bogdan Cojocaru si Stefan Neatu, absolventi ai Facultatii de Chimie din Universitatea Bucuresti. Titlurile tezelor lor de doctorat sunt: “Descompunerea fotocatalitica a agentilor neurotoxici utilizand fotosensibilizatori incastrati in zeoliti” (B. Cojocaru) si “Descompunerea fotocatalitica a vezicantilor utilizand titania dopata” (S. Neatu). Rolul acestor doi cercetatori in cadrul proiectului propus este de a asigura prepararea si caracterizarea catalizatorilor ce urmeaza a fi investigati in combinatie cu plasma, precum si de a testa aceste materiale in conditii pur catalitice, in absenta plasmei.

In echipa de cercetare este inclusa de asemenea o studenta a Facultatii de Fizica din Universitatea Bucuresti, Daniela Piroi. Aceasta si-a realizat lucrarea de diploma (“Studiul unei descărcări cu barieră dielectrică in scopul oxidării compuşilor organici clorinaţi”) in cadrul echipei de cercetare ce a propus prezentul proiect si a absolvit in iulie 2007. D. Piroi si-a continuat formarea ca cercetator in cadrul acestui grup, a urmat cursurile de Master si a absolvit in 2009 cu disertatia intitulata “Descompunerea poluantilor organici din apa si din aer cu ajutorul unei descarcari cu bariera dielectrica”. In prezent este doctoranda cu titlul tezei de doctorat: “Studiul unor plasme de neechilibru in combinatie cu cataliza heterogena in scopul distrugerii unor poluanti organici din aer si apa”. In cadrul proiectului rolul ei consta in special in caracterizarea descarcarilor electrice, experimente pentru oxidarea compusilor organici volatili in plasma si in sisteme plasmo-catalitice precum si descarcari electrice in apa in vederea descompunerii unor poluantilor organici.

Obiective si activitati

Proiectul propune un studiu sistematic al oxidarii compusilor organici volatili in sisteme plasmo-catalitice, focalizat pe interactia intre plasma netermica si catalizatori in vederea obtinerii unui efect sinergetic. Datorita obiectivelor de cercetare planificate, se doreste ca proiectul propus sa contribuie la gasirea de raspunsuri la intrebarile inca nesolutionate in acest domeniu de cercetare.

Proiectul va fi focalizat pe urmatoarele obiective stiintifice specifice:

• studiul proceselor fizice si chimice implicate in oxidarea compusilor organici volatili in plasma netermica, atat in absenta catalizatorilor cat si in sisteme plasmo-catalitice

• determinarea, in ambele situatii mentionate anterior, a mecanismelor de reactie responsabile pentru descompunerea poluantilor

• pe baza investigatiilor experimentale, optimizarea conditiilor de descarcare si a procedeelor de preparare a catalizatorilor, in vederea obtinerii unui efect sinergetic intre plasma si catalizatori

• evaluarea eficientei metodei de depoluare investigate si estimarea posibilitatilor de scalare

Rezultate obtinute

Articole publicate in reviste cotate ISI:

M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, Decomposition of methylene blue in water using a dielectric barrier discharge: optimization of the operating parameters, Journal of Applied Physics 104, art. no. 103306, 2008, (factor de impact ISI: 2.201) pagina web a revistei: http://jap.aip.org/
M. Magureanu, D. Piroi, F. Gherendi, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, Decomposition of Methylene Blue in Water by Corona Discharges, Plasma Chemistry Plasma Processing, 28 (6), p. 677, 2008 (factor de impact ISI: 2.167) pagina web a revistei: http://www.springerlink.com/content/104961/
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V. David, A. Medvedovici, V.I. Parvulescu, Degradation of pharmaceutical compound pentoxifylline in water by non-thermal plasma treatment, Water Research 44 (11), p. 3445-3453 (2010), doi:10.1016/j.watres.2010.03.020, (factor de impact ISI: 4.355) pagina web a revistei: www.elsevier.com/locate/watres
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, “Toluene oxidation in a dielectric barrier discharge combined with heterogeneous catalysis”, trimis la Romanian Journal of Physics
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V.I. Pârvulescu, V. Pârvulescu, B. Cojocaru, C. Cadigan, R. Richards, H. Daly, C. Hardacre, “In-situ study of ozone and hybrid plasma catalyst oxidation of toluene with Ag-Al catalysts: evidences of the nature of the active sites”, trimis la Applied Catalysis B: Environmental

Carte:

Propunere de carte acceptata in editura Wiley (publicare - 2011):

“Plasma Chemistry and Catalysis. From Pollution Control to Energy Conversion”, Editori: M. Magureanu, V. Parvulescu, P. Lukes

Capitol pe subiectul proiectului: “VOC removal from air by plasma-assisted catalysis – experimental work” autori M. Magureanu, N.B. Mandache, V. Parvulescu

Contributii la conferinte internationale:

D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, Ch. Subrahmanyam, L. Kiwi-Minsker, “Oxidation of VOC in air by plasma-assisted catalysis”, 19th Europhysics Conference on the Atomic and Molecular Physics of Ionized Gases (19th ESCAMPIG), 15-19.07.2008, Granada, Spania
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, “The decomposition of p-xylene in air by plasma-assisted catalysis”, XVII International Conference on Gas Discharges and their Applications (GD-2008), 7-12.09.2008, Cardiff, UK
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, “Decomposition of methylene blue by a dielectric barrier discharge”, XIth International Symposium on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (HAKONE XI), 7-12.09.2008, Oléron Island, Franta
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V. Parvulescu, V.I. Parvulescu, “Plasma-catalytic decomposition of aromatic VOC”, 5th International Conference on Environmental Catalysis, 31.08-03.09.2008, Belfast, Irlanda
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V. David, A. Medvedovici, V.I. Parvulescu, “Non-thermal plasma treatment of water containing pharmaceutical compounds”, 4th International Congress on Cold Atmospheric Pressure Plasmas: Sources and Applications, 22-24 iunie 2009, Ghent, Belgia
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, “Decomposition of organic dyes in water using non-thermal plasma”, International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC 19), 27-31 iulie 2009, Bochum, Germania
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V. David, V. Parvulescu, “Pulsed dielectric barrier discharge generated at the gas-liquid interface for the degradation of the organic dye methyl red in aqueous solution”, 12th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM 2010), 20-22.05.2010, Brasov, Romania
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V. David, V.I. Parvulescu, “Degradation of a pharmaceutical compound in water using a dielectric barrier discharge”, 15th International Conference on Plasma Physics and Applications (CPPA 2010), 1-4.07.2010, Iasi, Romania
M. Magureanu, D. Piroi, N.B. Mandache, V.I. Parvulescu, “Toluene oxidation in a dielectric barrier discharge combined with heterogeneous catalysis”, 15th International Conference on Plasma Physics and Applications (CPPA 2010), 1-4.07.2010, Iasi, Romania
D. Piroi, M. Magureanu, N.B. Mandache, V. Parvulescu, “Removal of organic pollutants from water using non-thermal plasma”, 12th International Symposium on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (HAKONE XII), 12-17.09.2010, Trenčianske Teplice, Slovacia