167484. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés kéntartalmú légszennyezők koncentrációjának mérésére
3 167484 4 Az analitikai kémiában kéntartalmú anyagok kéntartalmának mérésére használnak oxidációs eljárásokat (Dr. Pataki L. és Dr. Zapp E.: Analitikai kémia. Tankönyvkiadó. Bp. 1972. 486-488. old.). E módszerek általában folyadékok és szilárd anya- 5 gok szakaszos meghatározására alkalmasak. E módszereknél az oxidáció levegő helyett tiszta oxigénben játszódik le két lépésben, az első lépésben a kéntartalom S02 -vé, majd folyadékfázisban—<(pl. H2 0 2 -vel) szulfáttá oxidálódik. 10 A kontakt kénsavgyártásnál (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology. Second Edition. Interscience, John Wiley et Sons, New-York 1969. Vol. 19. 460-471.) ismeretes kénvegyületeket tartalmazó gázok folyamatos oxi 15 dációja, azonban itt az oxidáció szintén egymástól jól elkülönülő két lépésben folyik le: a szilárd anyagokból (pirit, elemi kén stb.) égetéssel előállított kéndioxidot gondosan meg kell tisztítani még a vízgőztartalomtól is, majd a kéntrioxid- 20 képzés hordozóra felvitt platinakatalizátoron megy végbe. Ez az eljárás ppm nagyságrendben jelenlevő kéntartalmú légszennyezők meghatározására nem alkalmas. Platina helyett más katalizátorok, így vaná- 25 diumpentoxid vagy arany, felhasználása előnytelen a kisebb reakciósebesség és így kisebb konverzió és/vagy e katalizátorok katalizátormérgekre való nagyobb érzékenysége miatt. E katalizátorok nem, vagy csak kis mértékben gyorsítják szerves vegyü- 30 letek oxidációját, így szerves vegyületek jelenlétében jelentős zavaró hatással is kell számolnunk, mivel a parciálisan oxidált termékekre az aeroszol analizátorok igen érzékenyek. Az aeroszolképzés kémiai reakcióval (H. Engel- 35 hardt: Automatische Analysengerate zur Gasuntersuchung. - ATM. IÍg. 362. 1966. mára p. R45-R60.) (kéndioxid esetében reagáltatás aminnal) nem ad stabil aeroszolt, így analitikai célokra kevésbé alkalmas. Az ionizációs jelenségeket (Lő- 40 rinc I.: Vegyipari és rokonipari mérőműszerek. Bp. 1967. 382-383.) kísérő, zavaró elektronbefogás, ill. az ezt kísérő rekombináció, amely aeroszolrendszerek esetében igen jelentős, felhasználható az aeroszolok koncentrációjának mérésére (Hartmann, 45 W.: Messferfahren unter Anwendung ionisierender Strahlung. Akad. Verl. Leipzig, 1969. 621-648. old.). Ezek az aeroszolanalizátorok az ionáram keltésére vagy a bizonytalan működést eredményező alfa-sugárzó izotópokat, vagy a kezelő- 50 személyzetre veszélyes sugárzást is kibocsátó sugárforrásokat (pl. Ra), vagy az igen lágy bétasugárzó és így zavaró hatásokra igen érzékeny (63Ni, 3 H), illetve drága (63 Ni) izotópokat használnak. Az ismert aeroszolanalizátorokban alkalmazott 55 geometriai elrendezés —hengeres elektród középpontjában elhelyezett pálcaalakú gyűjtőelektród és a preparátummá egyenletesen besugárzott ionizációs tér - nem a legkedvezőbb az elektronbefogás számára, nem aknázza ki az aeroszolok 60 csekély vándorlási sebességéből adódó érzékenységnövelés lehetőségét, A levegőben levő kéntartalmú légszennyezők koncentrációjának eljárásunk szerinti mérése a következő jelenségeken alapszik: 6S 1. A kéntartalmú légszennyezők megfelelő hőfokon tartott katalizátorral érintkezésbe jutva S03 -á oxidálódnak, 2. Az S03 tartalmú gáz lehűlés után a levegő vízgőztartalmával kolloid méretű cseppecskéket alkot, 3. Radioaktív sugárzás hatására a levegőben keltett elektronokat ezek a kolloid cseppecskék befogják, 4. Mivel a kolloid részecskék vándorlási sebessége elektromos erőtérben sok nagyságrenddel kissbb az elektronokénál, a kolloid részecskékhez kötött elektronok a pozitív* ionokkal rekombinálódnak, végeredményben tehát az ionáram csökkenése a levegő kéntartalmú légszennyezőinek függvénye. A találmány szerinti eljárás megvalósítására célszerűen heterogén katalízist alkalmazunk, ezen belül is célszerűen izzított Pt-szálat, amelynek izzítási hőfoka széles határok között változhat, célszerűen 400 és 900 C° között (mint ismeretes, alacsonyabb hőfokon kisebb a reakciósebesség, de nagyobb az egyensúlyi állandó, magasabb hőfokon viszont fordított a helyzet). A Pt elősegíti szerves vegyületek oxidációját is, ami igen lényeges az aeroszolanalizátor zavartalan működése szempontjából. ~~ A kéntartalmú légszennyezőkből a levegő oxigénje, vízgőztartalma, megfelelő hőmérsékleten tartott katalizátor és a katalitikus átalakítást követő lehűlés hatására kolloid méretű, S03 • (H 2 0) x összetételű (ahol x legvalószínűbb értéke 102 -10 4 ) cseppecskék keletkeznek a levegőben. E kolloid részecskék milliliterenkénti száma arányos az S03 koncentrációval, méretük viszont csak igen kis mértékben változik a levegő nedvességtartalmával, mivel a levegő, víztartalma (gmól/m3 ) több nagyságrenddel nagyobb, mint az SO3 megfelelő értéke. Bár a módszerünk szerinti eljáráshoz egyaránt felhasználhatók különböző izotópok, célszerűen mégis 14 C-izotópot alkalmazunk, amelyet BaC03 -( 14 C) formában használunk fel és ezt a hatótávolságánál (29 mg/cm2 ) kisebb (kb. 1/10), rétegvastagságú epoxigyanta réteggel rögzítjük a kívánt felületen. Az így készült sugárforrás nagy élettartamú, olcsó, mentes minden kísérő sugárzástól, így a legelőnyösebben használható az aeroszol analizátorban. _ Az ionizációs kamra geometriai viszonyai befolyásolják az analizátor érzékenységét, ezért a tervezésnél figyelembe kell venni a levegő nagy hatásfokú ionizációját, továbbá azt, hogy az elektronok és az elektronokat befogott aeroszolrészecskék vándorlási iránya ellentétes a levegő áramlási irányával, valamint azt, hogy a levegő ionizációja főleg a negatív elektród közelében játszódjék le. Az ionizációs kamra geometriai viszonyai eredményezik a reaktort elhagyó és az oxidációs termékeket tartalmazó levegő lehűlését a kénsav harmatpontja alá, kivételes esetektől eltekintve (pl. magasabb hőmérsékleten, 100 C° felett működtetett ionizációs kamra) ez nem jelent különösebb tervezési feladatot. Ezeket a szempontokat kondenzátor típusú speciális ionizációs kamrával, mint elektron-2
