Abbau gasförmiger flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) durch neuartige UV-Strahlung

Apr 08, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 11112 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Studie wurde ein UV-unterstützter Ozonierungsprozess (UV/O3) zum Abbau von VOC-Emissionen mit einer abschließenden Waschphase implementiert, um die Entfernungseffizienz von Toluol zu bewerten und die Freisetzung umweltschädlicher Zwischenprodukte des einstufigen Prozesses zu verhindern. Die Toluolkonzentration am Einlass und die angelegte Spannung wurden variiert, um verschiedene Betriebsbedingungen zu untersuchen. Die Ergebnisse verdeutlichten, dass bei höherer Einlasskonzentration die Reduzierung von Toluol geringer war, während eine Erhöhung der Ozonkonzentration zu einer Steigerung der Abbaueffizienz führte. Der zusätzliche Wasserreinigungsschritt verbesserte die UV/O3-Reduzierung um bis zu 98,5 %, da Ozon und Nebenprodukte im Prozesswasser gelöst und die Schadstoffe in dieser Phase weiter oxidiert wurden. Mit UV/O3 + Scrubbing wurde eine maximale Eliminationskapazität (ECmax) von 22,6 gm−3 h−1 erreicht. Das kombinierte System steigerte im Vergleich zum eigenständigen (UV/O3)-Verfahren eine höhere Leistung und Stabilität sowie eine größere wirtschaftliche und ökologische Nachhaltigkeit.

Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) sind aufgrund ihrer negativen Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt zu einem zentralen Umweltproblem geworden1,2,3,4. Eine längere Exposition des Menschen gegenüber VOC-Emissionen (z. B. aromatische Substanzen und Aldehyde) kann bei Verschlucken, Hautkontakt oder Einatmen verschiedene Gesundheitsprobleme wie Verdauungs-, Nieren-, Herz- und Nervenstörungen verursachen5,6. Flüchtige aromatische Kohlenwasserstoffe, einschließlich Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol (BTEX), werden als giftig, mutagen und krebserregend eingestuft7,8,9. Aufgrund dieser Eigenschaften zählen BTEX zu den Stoffen mit der größten Gefahr für die menschliche Gesundheit10,11.

In der Atmosphäre führt die Sonneneinstrahlung dazu, dass VOCs mit Stickoxiden reagieren, was zu photochemischem Smog und Umweltverschmutzung führt7,12,13. Aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit sind VOC-Emissionen aus verschiedenen Industriesektoren auch für Geruchsbelästigungen bei der exponierten Bevölkerung verantwortlich. Seitdem wird das Geruchsmanagement für Industriebetreiber zu einem vorrangigen Thema, um Vorschriften einzuhalten und Beschwerden der Anwohner zu vermeiden14. Zu den Hauptquellen anthropogener BTEX-Emissionen zählen die petrochemische Industrie, Anlagen zur Herstellung von Farben und Klebstoffen, zur Herstellung von Lösungsmitteln, Druckereien sowie Abfall- und Abwasserbehandlungsanlagen15,16,17,18.

Die strengeren Vorschriften zur Luftverschmutzung und die höheren Erwartungen der Bevölkerung an die Luftqualität machen eine wirksame Bewirtschaftung und Behandlung dieser Verbindungen erforderlich14,19. Aus dieser Sicht hat die wissenschaftliche Gemeinschaft ihre Aufmerksamkeit auf die Entwicklung innovativer Lösungen zu ihrer Vermeidung gerichtet20,21.

Die derzeit für die Behandlung von VOC-Emissionen angewandten Minderungstechniken umfassen Aktivkohleadsorption, -absorption, Biofiltration und thermische oder katalytische Verbrennung22,23,24. Zu den Nachteilen dieser herkömmlichen Lösungen gehören die Übertragung von Schadstoffen in andere Phasen, ineffiziente biologische Behandlungen aufgrund von Belastungsschwankungen und das Vorhandensein widerspenstiger und toxischer Sekundärmetaboliten25,26,27. Um die Einschränkungen der herkömmlichen Verfahren zu überwinden, konzentrieren sich zahlreiche Forschungsarbeiten auf fortgeschrittene Oxidationsprozesse (AOPs) zur Reduzierung von VOCs. Diese Prozesse beruhen auf der Wirkung von Hydroxylradikalen – hochreaktiven Oxidationsmitteln – die in der Lage sind, eine Vielzahl organischer Verbindungen abzubauen22,28,29.

Die durch ultraviolette Strahlung (UV/O3) unterstützte Ozonung ist eine etablierte Methode zum Abbau widerspenstiger und hydrophober VOCs30,31. Ozon steigerte die Abbaufähigkeit des kombinierten Prozesses nicht nur aufgrund seiner hohen Oxidationskraft, sondern auch durch die Bildung starker Oxidationsmittel wie Hydroxyl- und Oxidradikale32.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, die Leistung des UV-unterstützten Ozonierungsprozesses (UV/O3) zur Verbesserung des VOC-Abbaus zu bewerten. Als Zielverbindung für die experimentellen Aktivitäten wurde Toluol identifiziert. Es wird eine neuartige Konfiguration mit einer zusätzlichen Waschphase vorgeschlagen und bewertet, um die Entfernungseffizienz zu verbessern und die Freisetzung umweltschädlicher Zwischenprodukte des einstufigen Prozesses zu verhindern.

Ozon wurde durch die Bestrahlung von Luft mit UV-Lampen erzeugt. Die Photolyse/Bestrahlung von Ozon führt dann zur Bildung von Hydroxylradikalen33. Auch die Anwesenheit von UV-bestrahltem Wasserdampf erzeugt zusätzliche Radikale34. Allerdings führt die weitere Bestrahlung mit Ozon zu einem größeren Beitrag der Hydroxylradikale. In verschiedenen Studien wurde die Leistung der Toluoloxidation durch UV/O3 bewertet, wobei verschiedene Betriebsparameter variiert wurden, darunter Einlasskonzentration, Ozonkonzentration, Gasdurchflussrate und Luftfeuchtigkeit, unter Verwendung von UV-Lampen und separaten Ozongeneratoren3,35. Diese Studien legen nahe, dass das UV/O3-Verfahren eine geeignete Technologie zum Abbau von Toluol ist. Der Hauptnachteil der Anwendung der UV/O3-Behandlung ist die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, die aus der UV-Bestrahlung und der Ozonoxidation resultieren16. Da die meisten bei der Toluoloxidation entstehenden Nebenprodukte eine hohe Wasserlöslichkeit aufweisen, unterstützte die Integration mit einer herkömmlichen Luftblasen-Nasswäsche einen synergistischen Effekt. Der Wasserwäscheschritt ermöglichte es, die Haupteinschränkungen des eigenständigen Systems zu überwinden, die hauptsächlich die Freisetzung unerwünschter Nebenprodukte in die Atmosphäre und den hohen Energieverbrauch betreffen34,36. Advanced Oxidation Process (AOPs) und biologische Prozesse unterstützen die Oxidation der organischen Schadstoffe und fördern so deren Umwandlung in harmlose und geruchlose Verbindungen. Um die Behandelbarkeit von VOCs24 zu verbessern, wird die Integration von Kabinenprozessen vorgeschlagen. Der Einfluss verschiedener Betriebsparameter auf die Entfernung von Toluol wurde analysiert, um die Leistungen der untersuchten Systeme zu definieren und zu bewerten.

Abbildung 1 zeigt die Auswirkung der Erhöhung der Einlasskonzentration auf den Abbau von Toluol für das UV-Ozon-System (UV/O3) und das kombinierte System (UV/O3 + S) bei unterschiedlichen Ozondosierungen.

Einfluss der Toluol-Einlasskonzentration auf die Entfernungseffizienz (RE) bei unterschiedlicher Ozondosierung unter Verwendung des UV/O3-Systems (a) und des UV/O3 + S-Systems (b).

Bei Anwendung der niedrigsten Ozondosis unterstützte das UV/O3-System bei den höchsten Einlasskonzentrationen keine wirksame Toluolentfernung. Die kombinierten Systeme erzielten bei gleicher Ozondosierung Abscheidegrade von mehr als 80 % für alle untersuchten Eintrittskonzentrationen. Mit dem zweistufigen System wurden Entfernungen von bis zu 99 % erzielt. Die höheren Leistungen des kombinierten Systems können auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass die Waschphase die Löslichkeit des Ozons und der damit verbundenen Nebenprodukte in der flüssigen Phase förderte; Das Restozon im Prozesswasser führte zu einer weiteren Oxidation der in diese Phase überführten Schadstoffe.

In Abb. 2 sind die Ergebnisse in Bezug auf Restozon aufgeführt.

Einfluss der Toluol-Einlasskonzentration auf das Restozon (RO) bei unterschiedlicher Ozondosierung unter Verwendung des UV/O3-Systems (a) und des UV/O3 + S-Systems (b).

Mit zunehmender Konzentration nahm der Anteil des Restozons tendenziell ab. Bei einer Ozondosierung von 31,68 mg min−1 und einer Toluolkonzentration am Einlass von 600 ppm ergab sich für den kombinierten Prozess ein Restozon von weniger als 3 %. Das Vorhandensein der Waschphase unterstützte tatsächlich eine wirksame Reduzierung des Restozons. Dieser Effekt war bei niedrigeren Einlasskonzentrationen deutlicher ausgeprägt. Für alle untersuchten Ozondosierungen, bei 450 und 600 ppm, ergab sich für beide untersuchten Systeme ein Restozon von weniger als 10 %.

Die Ozonkonzentration ergab sich abhängig von der angelegten Spannung. Eine Erhöhung der angelegten Spannung führte offensichtlich zu einer Erhöhung der Ozondosis. Beim Einschalten einer Lampe wurde eine entsprechende Ozonproduktion von 31,7 mg min−1 erreicht. Bei eingeschalteten zwei Lampen wurde eine Ozondosis von 44,16 mg min−1 erreicht. Allerdings führte die Erhöhung der Ozondosis beim Einschalten von 3 auf 4 Lampen zu einer Erhöhung der Ozondosis von 49,2 auf 52,8 mg/min. Aufgrund der Anordnung der Lampen im Reaktor war der Anstiegstrend somit nicht linear. Die beiden Lampen in der Mitte wurden direkt vom Luftstrom erfasst, die anderen beiden, die sich jeweils im oberen und unteren Teil des Reaktors befanden, erhielten jedoch weniger Luftstrom und trugen folglich weniger zur Ozonproduktion bei.

In Abb. 3 sind die Ergebnisse in Bezug auf die Toluolreduzierung (ppm) bei Variation der Ozondosis für verschiedene Einlasskonzentrationen aufgeführt.

Einfluss der Ozondosierung auf die Toluolreduzierung bei unterschiedlichen Einlasskonzentrationen unter Verwendung des UV/O3-Systems (a) und des UV/O3 + S-Systems (b).

Die maximale Toluolreduzierung für das UV/O3-System bei 100 ppm wurde für die maximale Ozondosis erreicht und betrug 102 ± 4 ppm; Unter den gleichen Bedingungen unterstützte das kombinierte System eine Toluolentfernung von 110 ± 4 ppm. Bei einer Einlasskonzentration von 150 ppm zeigte die Analyse der Verringerung der Toluolkonzentration das gleiche Verhalten. Bei einer Einlasskonzentration von 200–250 ppm wurde der Effekt der Erhöhung des bereitgestellten Ozons deutlicher. Gleichzeitig schien die Kombination mit der Wäschereinheit eine Leistungssteigerung bei jeder Ozondosierung zu bewirken. Bei einer Toluolkonzentration am Einlass von 450 ppm betrug die Eliminierung von Toluol für die niedrigste Ozondosis 143 ± 5 ppm für das einstufige Verfahren, während der Wert für die maximale Ozondosis 174 ± 4 ppm erreichte. Das kombinierte System ermöglichte eine Toluolentfernung von 195 ± 6 ppm bei angelegter Spannung und erzeugte 52,8 mg/min Ozon.

Mit der Erhöhung der Einlasskonzentration bei Anwendung der höchsten Ozondosen (44,16 und 52,80 mg/min) wurde beobachtet, dass das eigenständige System bei den höchsten Toluol-Einlasskonzentrationen immer noch eine deutlich verringerte Entfernungseffizienz aufwies. Dieser Effekt könnte wahrscheinlich auf die Anreicherung von Toluol und den gleichzeitigen Mangel an Oxidationsmitteln zur Unterstützung des Abbaus zurückzuführen sein. Die folgende Reaktion, die zur Mineralisierung zu Kohlendioxid führte, war aufgrund der Beschränkung hinsichtlich der Hydroxylradikale nicht begünstigt37,38. In diesem Fall sorgte der Wäscheprozess aufgrund der hohen Löslichkeit dieser Verbindungen in Wasser für einen höheren Ozonübergang in die flüssige Phase24.

Das Vorhandensein von nicht umgesetztem Ozon und Toluol wurde auf die schnellere Reaktionsgeschwindigkeit von Ozon mit Hydroxylradikalen (5,3 × 10–11 cm3 Molekül−1 s−1) im Vergleich zur Reaktion von Ozon mit Toluol (1,2 × 10–20 cm3 Molekül−) zurückgeführt 1 s−1)39,40. Das überschüssige Ozon kann die Hydroxylradikale abfangen, die mit O3 statt mit Toluol reagierten. Diese Bedingungen führten wahrscheinlich zu einem unvollständigen Abbau der Schadstoffe. Bei hohen Ozonkonzentrationen kann auch eine limitierende Reaktion von UV-Strahlung mit Ozon zur Radikalbildung beobachtet werden. Eine höhere Ozonkonzentration begrenzte die Menge hochreaktiver Radikale und führte zur Bildung weniger reaktiver Radikale, wie auch von40,41 beobachtet wurde. Tatsächlich könnten bei hohen Ozonkonzentrationen auch andere Ox-HOx-Reaktionen zweiter Ordnung auftreten, die die Oxidationsrate verringern42.

Bei den niedrigsten Einlasskonzentrationen hatte die Erhöhung der Ozondosis keinen signifikanten Einfluss auf die Reduzierung des Toluols. Darüber hinaus waren die Ergebnisse des eigenständigen Prozesses den Ergebnissen der kombinierten Systeme recht ähnlich.

Die Toluol-Eliminierung nahm mit zunehmender Toluol-Einlasslast um einen Teil zu, was bei einer Ozondosis von 31,68 mg min−1 im einstufigen Reaktor beobachtet wurde. Die unter diesen Bedingungen beobachteten Ergebnisse könnten wahrscheinlich auf einen Effekt der Ansammlung von Toluol im Reaktor zurückzuführen sein. Die maximale Toluol-Eliminierung wurde bei einer Ozondosis von 52,8 mg min−1 im zweistufigen System erreicht und betrug 483 ± 51 ppm. Bei gleichen Betriebsparametern betrug das Ergebnis des einstufigen Systems lediglich 283 ± 47 ppm. Das Ozon und die Oxidationsmittel in der wässrigen Phase stellten im Gegensatz zu den im einstufigen Verfahren beobachteten Bedingungen keinen limitierenden Faktor für den Oxidationsprozess in den kombinierten Systemen dar.

Eine größere Menge Ozon lieferte eine höhere Menge an Oxidationsmitteln für eine effektivere Schadstoffentfernung. Basierend auf den experimentellen Daten war der Effekt der Erhöhung der Ozondosierung bei der Oxidation von Toluol bei den niedrigsten Toluol-Einlasskonzentrationen marginal. Dieser Zustand kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass unter diesen Bedingungen die Toluoloxidation durch Hydroxylradikale der vorherrschende Mechanismus im Prozess war. Bei höheren Einlasskonzentrationen dominierten hingegen Reaktionen von Oxidationsmitteln mit Toluol als Hauptreaktionswege.

Die Oxidation von Toluol findet in der gasförmigen Masse statt und daher ist neben Hydroxylradikalen auch radikalischer Sauerstoff eine der Hauptursachen für die Zersetzung. Laut Literatur wurden beim UV/O3-Prozess Ameisensäure, Essigsäure, Benzylalkohol, Benzaldehyd, p-Kresol, Hydrochinon und Benzoesäure als Hauptnebenprodukte beobachtet. Folglich führen die entsprechenden Umwandlungswege dazu, dass Toluol schnell mit Sauerstoffspezies reagiert, um Säuren zu erzeugen, die den aromatischen Ring öffnen und Toluol in ein weniger reaktives und weniger toxisches Zwischenprodukt mit linearer Struktur umwandeln können.

In Abb. 4 wurde die Eliminationskapazität beider untersuchter Systeme mit der Eingangslast verglichen, um die Leistungen des UV/O3-Systems und des kombinierten Systems zu vergleichen.

Einlasslast (IL) im Vergleich zur Eliminationskapazität (EC) unter Verwendung des UV/O3-Systems (a) und des UV/O3 + S-Systems (b).

Die Ergebnisse zeigten, dass der UV/O3 + S-Prozess eine Entfernungseffizienz unterstützte, die näher am Idealzustand einer 100-prozentigen Entfernung lag. Der Vergleich zwischen den beiden Diagrammen zeigte, dass bei Anwendung der minimalen Ozondosis im kombinierten Verfahren höhere Behandlungseffizienzen erzielt wurden als bei der einstufigen Behandlung, bei der alle Lampen eingeschaltet waren. Durch die Erhöhung der Zulauflast blieben mit dem kombinierten System die Eliminationskapazitäten immer noch nahe am Idealzustand. Im UV/O3-Prozess wurde eine signifikante Verringerung der Toluolentfernung bei einer Toluol-Einlasslast von mehr als 10 gm-3 h-1 beobachtet. Im Wasserwaschschritt war der weitere Abbau von nicht umgesetztem Toluol tatsächlich auf die Absorption in der Wasserphase und die Reaktion mit Hydroxylradikalen aus der Ozonzersetzung zurückzuführen. Der Wäscheprozess ermöglichte den Kontakt und die Oxidation durch Hydroxylradikale in der flüssigen Phase, wie in Abb. 5 dargestellt. Darüber hinaus erhöhte die Wäsche den Ozonverbrauch und verringerte die Ozonemissionen im Abgas.

Schematische Darstellung des fortschrittlichen Oxidationsprozesses in Verbindung mit einer Nasswäsche zur Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen aus Industrie- und Umweltanlagen.

Der Gasphasenabbau von Toluol durch UV-Bestrahlung mit Ozonierung wurde tatsächlich untersucht und mit dem durch einen zusätzlichen Wäscheschritt verbesserten Prozess verglichen. Der Anstieg der Toluolkonzentration am Einlass führte zu einem Rückgang der Entfernungseffizienz für das einstufige Verfahren. Der Hauptmechanismus des Prozesses war die Oxidation von Toluol durch Hydroxylradikale. Die zusätzliche Wasserwaschphase erleichterte den weiteren Abbau von Toluol und erhöhte den Ozonverbrauch. Der UV/O3-Prozess unterstützte eine effektive Toluolentfernung bei einer Einlasskonzentration von weniger als 200 ppm bei eingeschalteter Lampe. Bei höheren Konzentrationen ist eine höhere Spannung erforderlich, um eine ausreichende Entfernung zu erreichen. Bei allen untersuchten Toluolkonzentrationen stieg die Entfernungseffizienz mit der Anzahl der eingeschalteten Lampen und damit der dem System zugeführten Ozonmenge. Durch den kombinierten Prozess konnten höhere Abtragungseffizienzen erreicht werden. Bei Einlasskonzentrationen von 100–150 ppm betrug die Entfernung mehr als 95 %, selbst wenn nur eine Lampe eingeschaltet war. Im integrierten UV/O3 + S-Verfahren war die Eliminierungsleistung bei 1 eingeschalteter Lampe für alle untersuchten Bedingungen höher als bei der Eliminierung des UV/O3-Verfahrens bei 4-Lampen-Beleuchtung. Das aus der UV/O3-Behandlung resultierende Restozon kann leicht für den weiteren Abbau der in der ersten Phase des Prozesses nicht vollständig oxidierten Verbindungen verwendet werden, da die Oxidationsnebenprodukte, einschließlich Ozon, eine hohe Wasserlöslichkeit aufweisen. Aus dieser Sicht unterstützte der zusätzliche Nasswäscheschritt einen nachhaltigeren Toluolabbau, sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Es könnte möglich sein, nicht nur die Leistung des Prozesses erheblich zu verbessern und die hohe Oxidationskapazität der im Wasser freigesetzten Hydroxylradikale aufzuwerten, sondern auch die Emission gasförmiger Nebenprodukte in die Atmosphäre zu reduzieren.

Toluol (CAS-Nr. 108-88-3) wurde von Sigma Aldrich mit einer Reinheit von 99,9 % bezogen und für die Erzeugung des synthetischen Gasstroms verwendet. Kaliumiodid (CAS-Nr. 7681-11-0, VMR Chemicals), Schwefelsäure (CAS-Nr. 7664-93-9, Carlo Erba), Stärkepaste (CAS-Nr. 9005-84-9, Carlo Erba Reagent) und Natrium Thiosulfat (CAS-Nr. 10122-17-7, Carlo Erba Reagents) wurden zur Bestimmung der Ozonkonzentration verwendet.

Forschungsstudien wurden im Labor der Sanitary Environmental Engineering Division (SEED) der Fakultät für Bauingenieurwesen der Universität Salerno durchgeführt, wobei eine Anlage im Pilotmaßstab verwendet wurde, die aus einem System zur Erzeugung des synthetisch gasförmigen kontaminierten Stroms, dem UV/ O3-Reaktor und die Wäscheeinheit. Abbildung 6 zeigt das Schema des Versuchsaufbaus. Pflanzen oder Pflanzenteile waren an der Studie nicht direkt beteiligt.

Schema des Versuchsaufbaus.

Die Erzeugung des synthetisch verunreinigten Gasstroms erfolgte durch einen dosierten Strom ölfreier Druckluft, der durch eine Woulff-Flasche geleitet wurde, die reines Toluol enthielt. Dieser konzentrierte Dampf wurde mit ölfreier, wassergesättigter Druckluft auf die erwartete Konzentration verdünnt (Wang et al., 2013). Die Temperaturregelung erfolgte durch ein Thermostatbad mit einer Temperatur von 28 °C ± 10 °C (Lab Instruments). Befeuchtete Luft und toluolreiche Luft vermischten sich dann in einem Schlauch, bevor sie in den Reaktor gelangten.

Der UV/O3-Reaktor wurde von der SEED-Forschungsgruppe entwickelt und besteht aus einem Fotoreaktor aus Stahl, der aus einem zentralen Körper (48,6 cm Länge × 33,7 cm Höhe × 17,8 cm Breite) besteht, der vier ozonerzeugende UV-Lampen (PROCOMAT) enthält. gekennzeichnet durch eine Wellenlänge von 185 nm und zwei pyramidenstumpfförmige Hauben (25 cm Höhe). Jede Lampe hat eine Leistung von 14 Watt und eine Länge von 28,7 cm. Das Arbeitsvolumen des Reaktors beträgt 77˙600 cm3. Außerdem wurde eine zusätzliche Stufe der Wasserwäsche untersucht. Die Auslassluft aus dem Edelstahlreaktor wurde in einen 1-l-Glasreaktor mit 0,5 l entionisiertem Wasser gedrückt und über einen Luftverteiler verteilt.

Die Analysen wurden an drei Punkten durchgeführt, die als S1, S2 und S3 bezeichnet werden und die Einlass- und Auslassgasströme der untersuchten Systeme darstellen.

Für jeden Test wurden zwei Konfigurationen analysiert: die UV/O3-Oxidation und das verbesserte System mit der Wäschereinheit. Für jede Konfiguration wurden unterschiedliche Tests durchgeführt, indem die wichtigsten Betriebsparameter geändert wurden. Die Durchflussrate der befeuchteten Luft wurde auf 15 Lmin-1 festgelegt und die mit Toluol angereicherte Luft wurde variiert, um die gewünschten Einlasskonzentrationen zu erreichen. Die Mindesteinlasskonzentration betrug 100 ppm, basierend auf dem empfohlenen Expositionsgrenzwert des National Institute of Occupational Safety and Health43. Die Ozondosierung wurde je nach Anzahl der eingeschalteten Lampen variiert.

Vor jedem Test wurden der Reaktor und die Lampen durch 15-minütiges Spülen mit sauberer Luft gereinigt.

Die Toluolkonzentration in der Gasphase wurde mit einem GC-PID (Photoionization Detector, Tiger, Ion Science) gemessen.

Das erzeugte Ozon und die Ozonrückstände aus den Einzel- und den kombinierten Prozessen wurden mit der Standardmethode 2350E 106 (Ozone Demand/Requirement Semi Batch Method) gemessen.

wobei: V das Volumen des für die chemische Titration verwendeten Thiosulfats ist; N ist die Normalität; t ist die Zeit in Minuten.

Es wurden Leistungsstudien durchgeführt, bei denen die Auswirkungen der Variation der Toluol-Einlasskonzentration und der Ozondosierung analysiert wurden.

Die Toluolkonzentration wurde durch Anpassen des Luftstroms am Auslass des Toluolverdampfers, der in den Reaktor eintritt, variiert. Die Ozonproduktion war abhängig von der Anzahl der eingeschalteten Lampen. Jede Lampe hat ein Potenzial von 34 V. Die Leistungen der untersuchten Prozesse wurden anhand der folgenden Parameter bewertet: Entfernungseffizienz (RE), Eliminierungskapazität (EC) im Vergleich zur Einlasslast (IL) und Restozon (RO).

wobei: Ci und Co die Einlass- bzw. Auslasskonzentrationen von Toluol in ppm bezeichnen; Q ist der Luftdurchsatz; V ist das Volumen des Reaktors; O3,P und O3,R sind das produzierte und verbleibende Ozon.

Die im Rahmen der aktuellen Studie erarbeiteten Daten sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Forschungsaktivitäten wurden teilweise durch FARB-Projekte (300393FRB18NADDE, 300393FRB19NADDE, 300393FRB20NADDE, 300393FRB19ZARRA und 300393FRB20ZARRA) der Universität Salerno finanziert. Dem Scholarship Grant and Sandwich Program (DOST-ERDT MS) der University of the Philippines-Diliman und dem Engineering Research and Development for Technology (ERDT) wird für das Mobilitätsstipendium von Jose R. Comia Jr. gedankt. Die Autoren danken Paolo dankbar Napodano und Stella Peduto für die Zusammenarbeit und die wertvolle Hilfe während der Forschungstätigkeit.

SEED – Abteilung für Sanitär- und Umwelttechnik, Fakultät für Bauingenieurwesen, Universität Salerno, Via Giovanni Paolo II, 132, 84084, Fisciano, Salerno, Italien

G. Oliva, V. Senatore, T. Zarra, V. Belgiorno und V. Naddeo

Abteilung für Umweltingenieurwesen, Universität der Philippinen, Diliman, Quezon City, Metro Manila, Philippinen

JR Comia Jr & F. Armbrustschützen

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GO: Untersuchung, Methodik, formale Analyse, Datenkuratierung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. JRCJ: Untersuchung, Methodik, formale Analyse, Datenkuratierung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. VS: Formale Analyse, Datenkuratierung, Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten. TZ: Methodik, Datenkuration, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Finanzierungseinwerbung. FB: Formale Analyse, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. VB: Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Finanzierungsakquise. VN: Methodik, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Finanzierungsakquise.

Korrespondenz mit G. Oliva.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Oliva, G., Comia, JR, Senatore, V. et al. Abbau gasförmiger flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) durch eine neuartige UV-Ozon-Technologie. Sci Rep 12, 11112 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14191-0

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Eingegangen: 10. Januar 2022

Angenommen: 02. Juni 2022

Veröffentlicht: 30. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14191-0

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