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Titelaufnahme

Titel
Membrane reactor systems for photocatalytic degradation using TiO2 nanoparticles / submitted by Thi Huyen Trang Trinh
VerfasserTrinh, Thi Huyen Trang
Begutachter / BegutachterinSamhaber, Wolfgang ; Friedl, Anton
ErschienenLinz, 2016
Umfangxix, 140 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Membranreaktor / photokatalytischer Abbau / katalytische Partikel / Titandioxid (TiO2) / getauchte Mikrofiltration / Keramikmembran
Schlagwörter (EN)membrane reactor / photocatalytic degradation / catalytic particles / titanium dioxide (TiO2) / submerged Microfiltration / ceramic membrane
Schlagwörter (GND)Membranreaktor / Fotokatalyse / Degradation <Chemie> / Titandioxid / Nanopartikel
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-13212 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Membrane reactor systems for photocatalytic degradation using TiO2 nanoparticles [4.55 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Trennung von suspendiertem Katalysator ist die Herausforderung für die großtechnische Anwendung des heterogenen Photokatalyseprozesses. Eine Alternative zur Überwindung des Hindernisses ist das Konzept des Membranreaktors, bei dem die chemische Reaktion mit einer membranbasierten Trennung verbunden ist. In dieser Untersuchung wurden Experimente durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des photokatalytischen Membranreaktors (PMR) zu bewerten. Getauchte keramische MF-Membranen wurden verwendet, um katalytisches TiO2 innerhalb der UV-Bestrahlungskammer zu halten. Die photokatalytische Aktivität des Katalysators wurde durch den Abbau von Oxalsäure bestimmt. In der Mikrofiltration von feinen Partikeln treten Transportwiderstände bei der resultierenden Ausbildung von Deckschichten auf der Membranoberfläche. Dies führt im Trennprozess zu Verringerung des Permeatflusses bzw. zur Erhöhung des erforderlichen Betriebsdruckes. Darüber hinaus führt es zum Verlust katalytischer Partikel im Reaktionsmedium. Die Ergebnisse zeigten, dass mit dem Vorhandensein von Luftblasen der Permeatfluss der Schlüsselparameter zur Kontrolle der Partikelablagerung war. Es wurde herausgefunden, dass bei der Permeatströmung unter 75 L/(m.h) mehr als 80% der Partikel der Katalysator in der Suspension gehalten wurden, weshalb die Abnahme des spezifischen Permeatflusses im Bereich von 13 - 25% lag. Nichtsdestoweniger wurde der spezifische Permeatfluß, der in dem PMR-System erhalten wurde, um bis zu 53% im Vergleich zu dem MF-System, das bei auferlegten Permeatflüssen oberhalb von 75 L/(m.h) allein steht, erhöht. Um die Durchführbarkeit der PMR-Systeme zu erforschen, wurden die Leistungen von drei Systemen beurteilt: (i) das PMR-System mit getrenntem Reaktor; (ii) das integrierte PMR-System mit suspendiertem Katalysator und (iii) das integrierte PMR-System mit abgeschiedenem Katalysator auf der Membranoberfläche. Der erhaltene TOC-Abbau wurde durch die TiO2 Konzentration, die UV-Intensität, den Permeatfluss durch den Membranbetrieb und das Reaktorvolumen sowie das Gesamtvolumen im System beeinflusst. Schließlich wurden die photokatalytischen Wirkungsgrade dieser Systeme unter Verwendung von drei Parametern, einschließlich der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, der Quantenausbeute und der photokatalytischen Raum-Zeit-Ausbeute, bewertet. Unter optimalen Bedingungen waren die in diesen Systemen erzielten Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten vergleichbar. Jedoch zeigten die Quantenausbeute und die photokatalytische Raum-Zeit-Ausbeute, dass das integrierte PMR-System effizienter war als das getrennte PMR-System im Hinblick auf die Lichtausnutzung und die elektrische Leistungsaufnahme. Insgesamt zeigen die erzielten Ergebnisse, dass der Wirkungsgrad der PMR-Systeme, den Reaktoraufbau (z.B. Reaktorvolumen) und die Wirksamkeit der UV Bestrahlung widerspiegelt.

Zusammenfassung (Englisch)

The separation of suspended catalyst is the challenge for the large-scale application of heterogeneous photocatalysis process. An alternative to overcome the obstacle is the concept of membrane reactor in which the chemical reaction is connected with a membrane-based separation. In this study, experiments were conducted to evaluate the performance of photocatalytic membrane reactors (PMRs). Submerged ceramic MF membranes were utilized to retain TiO2 catalytic particles within UV radiation chamber. The photocatalytic activity of the catalyst was elaborated through the degradation of oxalic acid. Apart from MF process, the deposition of particles on the membrane surface is the drawback of PMR utilizing MF membrane. The phenomenon results in an increase of the filtration resistance consequently decrease the specific permeate flux. Moreover, it leads to the loss of catalytic particles in the reaction medium. The results showed that with the presence of air bubbles, applied permeate flux was the key parameter for controlling particles deposition. It was found that when the membrane operated at the permeate flux under 75 L/(m2.h), the catalyst was kept more than 80% of particles in the suspension, consequently exhibited the decline of specific permeate flux in the range of 13 - 25%. Nonetheless, the specific permeate flux obtained in the PMR system was enhanced up to 53 % in comparison to the MF system stand-alone at imposed permeate fluxes above 75 L/(m2.h). In order to explore the feasibility of the PMR systems, the performances of three systems were assessed: (i) the PMR system with separated reactor; (ii) the integrated PMR system with suspended catalyst; and (iii) the integrated PMR system with deposited catalyst on the membrane surface. The obtained TOC degradation was influenced by the TiO2 concentration, UV intensity, imposed permeate flux by membrane operation and the reactor volume as well as the total volume in the system. Finally, the photocatalytic efficiency of these systems was evaluated and compared using three parameters including the reaction rate constant, the quantum yield, and the photocatalytic space-time yield. At the optimal conditions, the reaction rate constants achieved in these systems were comparable. However, the quantum yield and the photocatalytic space-time yield indicated that the integrated PMR system was more efficient than the separated PMR system in term of light utilization and the electrical power input. Overall, the achieved results reveal that the efficiency of the PMR systems reflects the reactor design (e.g. reactor volume) and the effectiveness of UV irradiation.