DE19814112C2 - environmental cleaners - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Umweltreiniger zum Zersetzen eines Umwelt schadstoffs.The invention relates to an environmental cleaner for decomposing an environment pollutant.
Umweltverschmutzung ist ein schwerwiegendes Problem. Z. B. wird Abwasser, das krebserregende und giftige Substanzen wie organische Substanzen und Nährstoffe enthält, häufig in Seen, Marschen und Buchten abgelassen, was Nährstoffübersättigung hervorruft. Dadurch wird das Wachstum von Leben in den Seen, Marschen und dergleichen übermäßig beschleunigt, was das Was ser verschmutzt. Pollution is a serious problem. For example, wastewater, that carcinogenic and toxic substances like organic substances and Contains nutrients, often drained into lakes, marshes and bays, what Causes nutrient oversaturation. This will grow life in the lakes, marshes and the like excessively accelerated what the what it is dirty.
In der Luft sind Abgase von Kraftfahrzeugen und Fabriken der Hauptverschmutzungsgrund. Diese Abgase enthalten Kohlendi oxid (CO2), höhere Stickoxide (NOx) sowie Schwefeldioxid (SO2). Es wird angenommen, dass diese Substanzen zu einer globalen Erwärmung führen, und sie lösen sich auch in Regen wasser. Wenn sie als saurer Regen fallen, zerstören sie Wäl der.Exhaust gases from motor vehicles and factories are the main source of pollution in the air. These exhaust gases contain carbon dioxide (CO 2 ), higher nitrogen oxides (NO x ) and sulfur dioxide (SO 2 ). These substances are believed to cause global warming and they also dissolve in rainwater. If they fall as acid rain, they will destroy forests.
Es werden verschiedene Maßnahmen dazu verwendet, diese Ver schmutzungen in einem Umweltelement zu beseitigen.Various measures are used to ver eliminate dirt in an environmental element.
Eine übliche Reinigungsmaßnahme besteht darin, die Ver schmutzung unter Verwendung adsorbierender Bestandteile wie Filtern, oder Adsorptionstüchern oder dergleichen zu adsorbieren und zu beseitigen. Jedoch wird die Mehrzahl dieser Adsorp tionsbestandteile schließlich weggeworfen, wenn sie einmal mit den adsorbierten Verschmutzungsstoffen gesättigt sind, wodurch sich größere Mengen an Sekundärabfall ansammeln. Darüber hinaus müssen die Schadstoffe selbst dann, wenn sie nicht weggeworfen werden, von den Adsorptionsbestandteilen getrennt werden, um diese zu regenerieren.A common cleaning measure is to Ver soiling using adsorbent components such as Filters, or adsorbing cloths or the like and eliminate. However, the majority of these adsorp tion components eventually thrown away once they are saturated with the adsorbed pollutants, causing larger amounts of secondary waste to accumulate. In addition, the pollutants, even if they not be thrown away by the adsorbent components be separated to regenerate them.
In den letzten Jahren wurde ein Photokatalysator entwickelt, der die Umgebung durch Zersetzen von Schadstoffen reinigt.A photocatalyst has been developed in recent years that cleans the environment by decomposing pollutants.
Dieser Photokatalysator verwendet eine Energiebandlücke zwi schen dem Valenzband und dem Leitungsband eines Halbleiters wie Titandioxid (TiO2). Im Halbleiter wird durch Einstrahlen von Licht ein Elektron-Loch-Paar erzeugt, und dieses wirkt als Oxidations-Reduktions-Katalysator.This photocatalyst uses an energy band gap between the valence band and the conduction band of a semiconductor such as titanium dioxide (TiO 2 ). An electron-hole pair is generated in the semiconductor by irradiation of light, and this acts as an oxidation-reduction catalyst.
Genauer gesagt, wird, wenn Titandioxid mit Sonnenlicht oder dem Licht einer Ultraviolettlampe bestrahlt wird, ein allgemein im Valenzband vorhandenes Elektron in das Leitungsband angeregt, und durch diese Anregung entsteht gleichzeitig ein Loch im Valenzband, und im Titandioxid entsteht ein Elek tron-Loch-Paar (e--h+). Dieses Elektron-Loch-Paar wandert an die Oberfläche des Titandioxids, wodurch die Oxidations-Re duktions-Funktion ausgeübt wird. Wenn Titandioxid, in dem die Oxidations-Reduktions-Funktion ausgelöst ist, in Kontakt mit Sauerstoff und Wasser in der Umwelt gebracht wird, wer den aktive Sauerstoffverbindungen wie O2 -, O- und OH- er zeugt. Die so erzeugten aktiven Sauerstoffkomponenten verfü gen über starkes Oxidationsvermögen, und Schadstoffe in der Umwelt werden oxidiert und zersetzt. Z. B. werden NOx und. SO2 durch die aktiven Sauerstoffkomponenten zu Salpeter- bzw. Schwefelsäure oxidiert.More specifically, when titanium dioxide is irradiated with sunlight or the light of an ultraviolet lamp, an electron generally present in the valence band is excited into the conduction band, and this excitation simultaneously creates a hole in the valence band, and an electron-hole pair is formed in the titanium dioxide (e - -h + ). This electron-hole pair migrates to the surface of the titanium dioxide, thereby performing the oxidation-reduction function. When titanium dioxide, in which the oxidation-reduction function is triggered, is brought into contact with oxygen and water in the environment, who produces the active oxygen compounds such as O 2 - , O - and OH - . The active oxygen components generated in this way have a strong ability to oxidize, and pollutants in the environment are oxidized and decomposed. For example, NO x and. SO 2 oxidized by the active oxygen components to nitric or sulfuric acid.
Um Luft unter Verwendung dieses Photokatalysators zu reini gen, wurden die folgenden Maßnahmen ergriffen. Die Oberflä chen von Materialien, die in Kontakt mit Luft treten, z. B. Baumaterialien wie Außenwandmaterialien, sowie Konstruktio nen wie Schutzgeländer werden mit Titandioxid bedeckt. Wenn das mit diesen Oberflächen bedeckte Titandioxid mit Sonnen licht bestrahlt wird, entstehen in ihm Elektron-Loch-Paare, wodurch es als Oxidations-Reduktions-Katalysator wirkt. Wenn Titandioxid, in dem die Oxidations-Reduktions-Funktion her vorgerufen ist, in Kontakt mit Sauerstoff und Wasserstoff in der Luft gelangt, werden, wie oben beschrieben, aktive Sau erstoffverbindungen erzeugt. Ferner werden, wenn die an Ti tandioxid erzeugten aktiven Sauerstoffkomponenten in Kontakt mit Schadstoffen in der Luft treten, z. B. NOx und SO2, die se Schadstoffe oxidiert und in Salpeter- bzw. Schwefelsäure zersetzt. Schließlich können durch Abwaschen der an der Oberfläche des Titandioxids abgeschiedenen Zersetzungspro dukte mit Wasser oder dergleichen die Schadstoffe vollstän dig entfernt werden. To purify air using this photocatalyst, the following measures have been taken. The surfaces of materials which come into contact with air, e.g. B. building materials such as outer wall materials, and constructions such as guardrails are covered with titanium dioxide. When the titanium dioxide covered with these surfaces is irradiated with sunlight, electron-hole pairs are formed in it, which makes it act as an oxidation-reduction catalyst. As described above, when titanium dioxide in which the oxidation-reduction function is evoked comes into contact with oxygen and hydrogen in the air, active oxygen compounds are generated. Furthermore, if the active oxygen components produced on titanium dioxide come into contact with pollutants in the air, for. B. NO x and SO 2 , which oxidizes se pollutants and decomposes into nitric or sulfuric acid. Finally, by washing off the decomposition products deposited on the surface of the titanium dioxide with water or the like, the pollutants can be removed completely.
Wie oben beschrieben, können durch Reinigen von Luft durch Verwenden eines Photokatalysators Schadstoffe grundsätzlich zerlegt und entfernt werden, im Gegensatz zu herkömmlichen Reinigungsverfahren, die Filter verwenden.As described above, air can be cleaned by Basically use a photocatalyst pollutants disassembled and removed, unlike conventional ones Cleaning procedures that use filters.
In den letzten Jahren wurde es deutlich, dass ein solcher Photokatalysator auch bei der Zersetzung organischer Halo genverbindungen angewandt werden kann, bei denen es sich um giftige Substanzen handelt, die in kleinen Mengen in Wasser werken auftreten (Hisanaga et al., Denki Kagaku, Vol. 60, S. 107-111).In recent years it has become clear that such Photocatalyst also in the decomposition of organic halo gene compounds can be applied, which are toxic substances that are present in small amounts in water works occur (Hisanaga et al., Denki Kagaku, Vol. 60, Pp. 107-111).
Wie oben beschrieben, ist das Verfahren zum Reinigen der Um welt unter Verwendung des Photokatalysators Titandioxid eine wirkungsvolle Reinigungsmaßnahme. Jedoch muss dieses Reini gungsverfahren bei Bedingungen ausgeführt werden, bei denen ausreichend Licht zur Verfügung steht. Daher bestehen ver schiedene Beschränkungen hinsichtlich reinigbarer Umgebungs elemente, des reinigbaren Volumens und dergleichen.As described above, the procedure is to clean the um world using the photocatalyst titanium dioxide effective cleaning measure. However, this Reini procedures under conditions where sufficient light is available. Therefore, ver various restrictions regarding cleanable environment elements, the cleanable volume and the like.
Im Prinzip ist die Anwendung eines Photokatalysators auf Um gebungselemente und zu reinigende Objekte beschränkt, die Licht durchlassen können. Daher kann ein Photokatalysator dann nicht verwendet werden, wenn derartige Reinigungsobjek te die Lichttransmission sperren, wie dies z. B. bei schmut zigen und wolkigen Seen und Marschen der Fall ist, die nicht in großem Umfang gereinigt werden können.In principle, the application of a photocatalyst to Um constrained elements and objects to be cleaned, the Let light through. Therefore, a photocatalyst then not be used when such cleaning objects te block the light transmission, as this z. B. at dirty umpteen and cloudy lakes and marshes that are not can be cleaned on a large scale.
Um eine wirkungsvolle Reinigung von Luft zu erreichen, können Baumateria lien oder dergleichen mit Titandioxid beschichtet werden, so daß die wir kungsvolle Zersetzung von Schadstoffen unter Verwendung von Sonnenlicht als Lichtquelle erfolgt. Sonnenlicht hat den Vorteil, daß es in großen Mengen frei zur Verfügung steht, allerdings nicht immer. Insbesondere ist es nur am Tag vorhanden. Selbst am Tag hängt jedoch die Menge des verfügbaren Sonnenlichts vom Wetter ab. Wenn eine künstliche Lichtquelle wie eine Ultra violettlampe anstelle von Sonnenlicht verwendet wird, steigen die Reinigungs kosten enorm an, was die praktische Anwendbarkeit verringert.In order to achieve an effective cleaning of air, building materials lien or the like can be coated with titanium dioxide, so that we Excessive decomposition of pollutants using sunlight done as a light source. Sunlight has the advantage of being in large quantities is freely available, but not always. In particular, it is only available on the day. However, even during the day, the amount of what is available depends Sunlight depends on the weather. If an artificial light source like an Ultra If violet lamp is used instead of sunlight, the cleaning will go up cost enormously, which reduces the practicality.
Andererseits ist es bekannt, daß Titandioxid dann als Oxidations-Reduktions- Katalysator wirkt, wenn es mit anderer Strahlung als sichtbarem Licht be strahlt wird (JP-A-2-95440, JP-A-8-184689 und JP-A-8-183602).On the other hand, it is known that titanium dioxide is then used as an oxidation-reduction The catalyst works when it is exposed to radiation other than visible light is irradiated (JP-A-2-95440, JP-A-8-184689 and JP-A-8-183602).
Aus der DE 28 14 204 A1 ist es bekannt, radioaktive Materialien in einer Glasmatrix zu fixieren. Insbesondere werden hier Glasgegenstände beschrie ben, die eine äußere Haut aus Siliciumdioxid umfassen, die praktisch frei von radioaktivem Material ist. Im Inneren dieser Haut ist ein Kern vorgesehen, der ebenfalls aus Siliciumdioxid, also einer Glasmatrix sowie aus darin einge schlossenen und immobilisiertem radioaktiven Material besteht. Derartige Glasgegenstände können als radioaktive Strahlungsquelle zu Abtötung von Mikroorganismen oder Sterilisierung von Abwasserschlämmen eingesetzt wer den.From DE 28 14 204 A1 it is known to use radioactive materials in one Fix glass matrix. In particular, glass objects are described here ben, which include an outer skin of silicon dioxide, which is practically free of radioactive material. A core is provided inside this skin, which also made of silicon dioxide, i.e. a glass matrix, as well as from it closed and immobilized radioactive material. such Glass objects can be used as a radioactive radiation source to kill Microorganisms or sterilization of sewage sludge used the.
Aus der DE 34 04 053 A1 ist weiter ein Verfahren zur Dekontaminierung von anorganischen und/oder organischen Medien, welche mit umweltrelevanten und toxischen polyhalogenierten Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind, be kannt. Die polyhalogenierten Kohlenwasserstoffe werden dabei durch Ein strahlung von γ-Strahlung radiolysiert.DE 34 04 053 A1 also describes a method for decontaminating inorganic and / or organic media, which with environmentally relevant and toxic polyhalogenated hydrocarbons are contaminated, be known. The polyhalogenated hydrocarbons are by Ein Radiation of γ-radiation radiolysed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Umweltreiniger zum Zerset zen eines Umweltschadstoffes zu schaffen, der es ermöglicht, verschiedene Umweltelemente in großen Mengen ohne Verwendung von Licht reinigen zu können.The invention is based on the object of an environmental cleaner for decomposition create an environmental pollutant that enables different Clean environmental elements in large quantities without using light can.
Diese Aufgabe wird durch den Umweltreiniger nach Anspruch 1 sowie durch den Umweltreiniger nach Anspruch 6 gelöst.This object is achieved by the environmental cleaner according to claim 1 and by solved the environmental cleaner according to claim 6.
Bei dem erfindungsgemäßen Umweltreiniger ist also eine die innere Strah lungsquellenschicht bedeckende äußere Schicht vorgesehen, die eine Substanz enthält, die bei radioaktiver Strahlung Elektron-Loch-Paare bildet, die ein starkes Oxidationsvermögen aufweisen, so daß Schadstoffe oxidiert und zersetzt werden. Damit lassen sich Schadstoffe aus Luft und Wasser ent fernen, wenn Luft oder Wasser mit erfindungsgemäßen Umweltreiniger bei spielsweise durch Mischen in Kontakt gelangt.In the environmental cleaner according to the invention, one is the inner beam provided outer layer covering the source layer, which a Contains substance that forms electron-hole pairs under radioactive radiation, which have a strong oxidizing ability so that pollutants are oxidized and be decomposed. This removes pollutants from air and water distant if air or water with environmental cleaner according to the invention for example came into contact by mixing.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußere Schicht aus einem Halbleitermaterial wie Titandioxid (TiO2) aufgebaut ist, daß stabil gegen Säuren oder dergleichen ist. Da Titandioxid durch eine saure Substanz wie Salpetersäure, die während der oxidierenden Zersetzung von Schadstoffen, wie NOx sowie organischer Materialien erzeugt wird, nicht korrodiert wird, weist der erfindungsgemäße Umweltreiniger eine lange Le bensdauer auf.According to a preferred development of the invention it is provided that the outer layer is made of a semiconductor material such as titanium dioxide (TiO 2 ) that is stable against acids or the like. Since titanium dioxide is not corroded by an acidic substance such as nitric acid, which is generated during the oxidizing decomposition of pollutants, such as NO x and organic materials, the environmental cleaner according to the invention has a long service life.
Die äußere Schicht kann auch aus Glaskeramik, also aus einem Isolator bes tehen, solange er bei Bestrahlung mit hoher Energie Elektron-Loch-Paare er zeugen kann, wie dies bei Glaskeramik der Fall ist.The outer layer can also be made of glass ceramic, ie an insulator as long as it has electron-hole pairs when irradiated with high energy can testify, as is the case with glass ceramics.
Die oben genannte innere Strahlungsquellenschicht des Umweltreinigers muss α-, β- oder γ-Strahlung emittieren. Zu beispiel haften Quellen gehören Americium(Am)-241 für α-Strahlung, Strontium(Sr)-90 als Quelle von β-Teilchen sowie Cäsium(Cs)- 137 als γ-Strahlenquelle.The above internal radiation source layer of the environmental cleaner must emit α, β or γ radiation. For example Adherent sources include Americium (Am) -241 for α radiation, Strontium (Sr) -90 as a source of β-particles and cesium (Cs) - 137 as a γ-radiation source.
Wenn eine der obigen Kernsubstanzen verwendet wird, wird sie zunächst durch Vermischen mit einer Substanz wie Glas ver festigt. Dieser Feststoff kann als innere Strahlungsquellen schicht verwendet werden, die mit der äußeren Katalysator schicht bedeckt werden kann, um den Reiniger zu bilden.If one of the above core substances is used, it will first by mixing it with a substance such as glass consolidates. This solid can act as an internal radiation source layer used with the outer catalyst layer can be covered to form the cleaner.
Als Strahlungsquellenschicht wird vorzugsweise eine ver glaste Substanz aus stark radioaktivem Abfall aus Wiederauf bereitungsanlagen oder dergleichen verwendet. Derartiger stark radioaktiver Abfall aus Wiederaufbereitungsanlagen oder dergleichen wird häufig verglast und dann zum Abklingen unter der Erde gelagert. Dieser stark radioaktive Abfall wurde bisher normalerweise nach seiner Beseitigung nicht verwendet.A ver is preferably used as the radiation source layer glassy substance from highly radioactive waste from Aufauf preparation plants or the like used. such a highly radioactive waste from reprocessing plants or the like is often glazed and then subsides stored underground. This highly radioactive waste has usually not been seen after its removal used.
Jedoch enthält dieser nicht genutzte stark radioaktive Ab fall aus Wiederaufbereitungsanlagen Materialien wie das obengenannte AM-241, das Cäsium CS-137 oder dergleichen, die beim erfindungsgemäßen Umweltreiniger verwendet werden kön nen. Wenn dieser stark radioaktive Abfall bei der Erfindung verwendet wird, kann nicht nur eine Reinigung von Umweltele menten erzielt werden, sondern es kann auch eine Nutzung dieses bisher ungenutzten stark radioaktiven Abfalls erzielt werden.However, this contains unused highly radioactive waste fall from reprocessing plants materials like that the aforementioned AM-241, the cesium CS-137 or the like, the can be used in the environmental cleaner according to the invention NEN. If this highly radioactive waste in the invention is not only used to clean the environment ment can be achieved, but it can also be used this previously unused highly radioactive waste become.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der teilchenförmige Umweltreiniger nach Anspruch 6 als Substanz, die mindestens eine Art eines radioaktiven Isotops als Bestandteil umfasst und bei radioaktiver Bestrahlung Elektron-Loch-Paa re bildet, 90SrTiO3 enthält. It is particularly expedient if the particulate environmental cleaner according to claim 6 contains 90 SrTiO 3 as a substance which comprises at least one type of a radioactive isotope as a constituent and forms electron-hole pairs under radioactive radiation.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver anschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The invention is described below with reference to figures illustrative embodiments described in more detail.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Reinigers gemäß einem Ausführungsbeispiel 1. Fig. 1 is a sectional view of a cleaner according to an embodiment 1.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Umweltreinigungsverfahren, bei dem der Reiniger des Ausführungsbeispiels 1 verwendet wird. Fig. 2 schematically shows an environmental cleaning method in which the cleaner of the embodiment 1 is used.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Reinigers gemäß einem Ausführungsbeispiel 2. Fig. 3 is a sectional view of a cleaner according to an embodiment 2.
Fig. 4 zeigt den Gesamtaufbau eines Umweltreinigungssystems bei einem Beispiel 1. Fig. 4 shows the overall construction of an environmental cleaning system in an example 1.
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht eines Reinigungsbehälters, wie er im Umweltreinigungssystem des Beispiels 1 verwendet wird. FIG. 5 shows a partial view of a cleaning container as used in the environmental cleaning system of example 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Reiniger 38 des ersten Ausfüh rungsbeispiels enthält eine Strahlungsquellenschicht 40 zum Emittieren von Strahlung. An der Außenseite der Strahlungs quellenschicht 40 ist eine Zwischenschicht 44 ausgebildet. The cleaner 38 of the first embodiment shown in FIG. 1 contains a radiation source layer 40 for emitting radiation. An intermediate layer 44 is formed on the outside of the radiation source layer 40 .
Die Zwischenschicht 44 ist mit einer äußeren Schicht 42 bedeckt, die durch die durch die Zwischenschicht 44 gedrungene Strahlung Elektron-Loch-Paare ausbilden kann. Die äußere Schicht 42 wird im folgenden auch als äußere ka talytische Schicht oder nur als katalytische Schicht bezeichnet.The intermediate layer 44 is covered with an outer layer 42 , which can form electron-hole pairs due to the radiation penetrating through the intermediate layer 44 . The outer layer 42 is also referred to below as the outer catalytic layer or only as a catalytic layer.
Dieser Reiniger 38 liegt vorzugsweise in Teilchenform vor, um die Oberfläche zu erhöhen und den Betrieb zu vereinfa chen. Um jedoch Anpassung an Faktoren wie den beabsichtigten Gebrauch in der Umwelt oder dergleichen zu berücksichtigen, kann der Reiniger 38 auch wahlweise plattenförmig oder wa benförmig vorliegen, oder er kann auch als hohler Filter ausgebildet sein.This cleaner 38 is preferably in particulate form to increase the surface area and to simplify operation. However, in order to take into account adaptation to factors such as the intended use in the environment or the like, the cleaner 38 can also be optionally plate-shaped or wa-shaped, or it can also be designed as a hollow filter.
Die Strahlungsquelle in der Strahlungsquellenschicht 40 kann eine α-, β- oder γ-Strahlungsquelle oder eine Kombination derartiger Quellen sein. Ein Beispiel einer Quelle für α- Teilchen ist Am-241 oder dergleichen, während Sr-90 oder dergleichen als β-Quelle verwendet werden kann und Cs-137 oder dergleichen als Quelle von γ-Strahlung verwendet werden kann. Jede Substanz kann unter Verwendung von Glas oder der gleichen dicht eingeschlossen und verfestigt werden, wobei eine spätere Formgebung und Benutzung als Strahlungsquellen schicht 40 erfolgen kann.The radiation source in the radiation source layer 40 can be an α, β or γ radiation source or a combination of such sources. An example of a source of α-particles is Am-241 or the like, while Sr-90 or the like can be used as a β-source and Cs-137 or the like can be used as a source of γ-radiation. Any substance can be sealed and solidified using glass or the like, and later shaped and used as a radiation source layer 40 .
Diese Strahlungsquellen sind in großen Mengen in stark ra dioaktivem Abfall aus Wiederaufbereitungsanlagen enthalten, weswegen dieser stark radioaktive Abfall als Strahlungsquel le verwendet werden kann.These radiation sources are in large quantities in strong ra contain dioactive waste from reprocessing plants, which is why this highly radioactive waste is a radiation source le can be used.
Für die Strahlungsquellenschicht besteht keine Beschränkung auf stark radioaktive Abfallmaterialien, sondern es kann auch schwach radioaktiver Abfall konzentriert werden, und der so konzentrierte Abfall kann verfestigt werden und dann als Strahlungsquellenschicht 40 verwendet werden. The radiation source layer is not limited to highly radioactive waste materials, but weakly radioactive waste can be concentrated, and the waste thus concentrated can be solidified and then used as the radiation source layer 40 .
Die obengenannte Zwischenschicht 44 ist vorhanden, um direk ten Kontakt zwischen der Strahlungsquellenschicht 40 und der äußeren, katalytischen Schicht 42 zu vermeiden. Genauer ge sagt, kann, wenn die Strahlungsquellenschicht 40 aus ver glastem Material besteht, diese Zwischenschicht 44 eine Be einträchtigung der katalytischen Schicht durch Na und andere Komponenten im Glas verhindern. Außerdem kann die Zwischen schicht 44 auch verhindern, dass die Strahlungsquelle in die katalytische Schicht eindringt. Um diesem Zweck zu genügen, kann die Zwischenschicht 44 z. B. aus einem stabilen Metall wie Kupfer bestehen.The above-mentioned intermediate layer 44 is present in order to avoid direct contact between the radiation source layer 40 and the outer, catalytic layer 42 . More specifically, if the radiation source layer 40 is made of a glazed material, this intermediate layer 44 can prevent deterioration of the catalytic layer by Na and other components in the glass. In addition, the intermediate layer 44 can also prevent the radiation source from penetrating into the catalytic layer. To meet this purpose, the intermediate layer 44 may e.g. B. consist of a stable metal such as copper.
Die katalytische Schicht 42 enthält ein Material zum Erzeu gen von Elektron-Loch-Paaren (e--h+), d. h. ein Material, in dem ein Elektron im Valenzband durch Bestrahlung über die Energiebandlücke ins Leitungsband angeregt werden kann. Als solches Material wird geeigneterweise ein Halbleitermaterial verwendet. Der Halbleiter kann durch Einstrahlung von Strahlung über die relativ große Energie bandlücke (von ungefähr 3 bis 4 eV) in das Leitungsband an geregt werden, um Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Die er zeugten Löcher weisen starkes Oxidationsvermögen auf, wo durch Schadstoffe wie organische Substanzen in der Umwelt unmittelbar oxidiert und zersetzt werden. Alternativ oxidie ren und zersetzen diese Löcher umgebende Wassermoleküle, um aktive Sauerstoffverbindungen wie OH-Radikale zu erzeugen, und diese aktiven Sauerstoffverbindungen oxidieren und zer setzen die Schadstoffe.The catalytic layer 42 contains a material for generating electron-hole pairs (e - -h + ), ie a material in which an electron in the valence band can be excited into the conduction band by irradiation via the energy band gap. A semiconductor material is suitably used as such material. The semiconductor can be excited by radiation of radiation over the relatively large energy band gap (from about 3 to 4 eV) in the conduction band to generate electron-hole pairs. The holes he created have a strong oxidizing ability, where pollutants such as organic substances are immediately oxidized and decomposed in the environment. Alternatively, water molecules surrounding these holes oxidize and decompose to produce active oxygen compounds such as OH radicals, and these active oxygen compounds oxidize and decompose the pollutants.
Durch die obengenannte oxidierende Zersetzung werden die or ganischen giftigen Substanzen z. B. in saure Substanzen wie Schwefelsäure und Salpetersäure umgesetzt, weswegen die obengenannte katalytische Schicht vorzugsweise aus Titandi oxid (TiO2) besteht, das beständig gegen Säuren oder der gleichen ist. Wenn ein säurebeständiges Material wie Titandioxid verwendet wird, wird die äußere, katalytische Schicht 42 nicht korrodiert, und sie kann für lange Zeit im aktiven Zustand gehalten werden.By the above-mentioned oxidizing decomposition, the organic toxic substances such. B. implemented in acidic substances such as sulfuric acid and nitric acid, which is why the above catalytic layer preferably consists of titanium dioxide (TiO 2 ), which is resistant to acids or the like. If an acid resistant material such as titanium dioxide is used, the outer catalytic layer 42 is not corroded and can be kept active for a long time.
Wenn die Zwischenschicht mit der äußeren katalytischen Schicht 42 bedeckt wird, ist ihre Dicke wünschenswerterweise klein. Genauer gesagt, kann die Dicke der äußeren, katalyti schen Schicht 42 z. B. 10 µm betragen. Die oxidierende Zer setzungsreaktion von Schadstoffen durch diese äußere, kata lytische Schicht erfolgt dann, wenn die Schadstoffe in Kon takt mit den Katalysatormolekülen treten, in denen Elektron- Loch-Paare ausgebildet sind. Alternativ treten die Katalysa tormoleküle, in denen die Elektron-Loch-Paare ausgebildet sind, in Kontakt mit umgebenden Wassermolekülen, um aktive Sauerstoffverbindungen wie OH-Radikale zu erzeugen, und dann werden die Schadstoffe über diese aktiven Sauerstoffverbin dungen zersetzt. D. h., das es zum wirkungsvollen Zersetzen von Schadstoffen erforderlich ist, dass die Elektron-Loch- Paare wirkungsvoll nahe der Oberfläche der äußeren, kataly tischen Schicht erzeugt werden. Um diesem Erfordernis zu ge nügen, sollte die äußere, katalytische Schicht als dünne Wand ausgebildet sein, wie oben beschrieben, wodurch die Ausbildung von Elektron-Loch-Paaren in der Nähe der Oberflä che derselben beschleunigt werden kann. Dadurch kann der zersetzende Reinigungseffekt gegenüber Schadstoffen erhöht werden.When the intermediate layer is covered with the outer catalytic layer 42 , its thickness is desirably small. More specifically, the thickness of the outer, catalytic layer 42 z. B. 10 microns. The oxidizing decomposition reaction of pollutants through this outer, catalytic layer occurs when the pollutants come into contact with the catalyst molecules in which electron-hole pairs are formed. Alternatively, the catalyst molecules in which the electron-hole pairs are formed come into contact with surrounding water molecules to generate active oxygen compounds such as OH radicals, and then the pollutants are decomposed via these active oxygen compounds. That is, in order to effectively decompose pollutants, it is necessary that the electron-hole pairs are effectively generated near the surface of the outer catalytic layer. In order to meet this requirement, the outer catalytic layer should be formed as a thin wall as described above, whereby the formation of electron-hole pairs near the surface thereof can be accelerated. This can increase the decomposing cleaning effect against pollutants.
Alternativ kann die obengenannte äußere, katalytische Schicht aus einem Material wie Glaskeramik (Kristallglas), das ein Isolator ist, bestehen. D. h., dass bei diesem Aus führungsbeispiel Strahlung mit hoher Energie verwendet wird, weswegen selbst dann, wenn der Isolator durch das herkömmli che ultraviolette Licht nicht über die Energiebandlücke hin weg erregt wird, nun die Ausbildung von Elektron-Loch-Paaren möglich ist. Alternatively, the above outer catalytic Layer of a material such as glass ceramic (crystal glass), that is an insulator. That is, in this case example of radiation with high energy is used, which is why even if the isolator is replaced by the conventional ultraviolet light does not go beyond the energy band gap is excited away, now the formation of electron-hole pairs is possible.
Wenn ein Umweltelement unter Verwendung des wie oben be schrieben aufgebauten Reinigers 38 gereinigt wird, kann die ser nach Wahl in einen Reinigungsbehälter eingefüllt werden, z. B. einen zylinderförmigen Reinigungsbehälter 26, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und dann kann er verwendet wer den.If an environmental element is cleaned using the cleaner 38 constructed as described above, the water can optionally be filled into a cleaning container, e.g. B. a cylindrical cleaning container 26 , as shown in Fig. 2, and then he can be used who.
Im in den Zylinder 26 eingefüllten Umweltreiniger 38 werden in der äußeren, katalytischen Schicht 42 durch Bestrahlung durch die innere Bestrahlungsquellenschicht 40 viele Elek tron-Loch-Paare erzeugt. In einem solchen Zustand, in dem viele Elektron-Loch-Paare in jedem Umweltreiniger 38 im Zy linder erzeugt sind, wird ein Schadstoffe enthaltendes Um weltelement, wie Abfall oder Abgas, in den Zylinder eingege ben. Die in diesen Elementen enthaltenen Schadstoffe werden durch das Oxidationsvermögen der Löcher der Elektron-Loch- Paare im Umweltreiniger 38 oder durch die aktiven Sauer stoffverbindungen, wie OH-Radikale, die durch Oxidation mit den Löchern erzeugt wurden, oxidiert und zersetzt, so dass organische, giftige Substanzen in Kohlendioxid und derglei chen zersetzt werden und dann entfernt werden. Demgemäß kann über den Zylinder ein gereinigtes Umweltelement ausgegeben werden, aus dem die Schadstoffe entfernt sind.In the environmental cleaner 38 filled in the cylinder 26 , many electron-hole pairs are generated in the outer catalytic layer 42 by irradiation through the inner irradiation source layer 40 . In such a state, in which many electron-hole pairs are generated in each environmental cleaner 38 in the cylinder, a pollutant-containing environmental element, such as waste or exhaust gas, is introduced into the cylinder. The pollutants contained in these elements are oxidized and decomposed by the oxidizing ability of the holes of the electron-hole pairs in the environmental cleaner 38 or by the active oxygen compounds, such as OH radicals, which were generated by oxidation with the holes, so that organic, toxic substances in carbon dioxide and the like are decomposed and then removed. Accordingly, a cleaned environmental element from which the pollutants are removed can be dispensed via the cylinder.
Beim obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel 1 sind die Strah lungsquellenschicht zum Emittieren von Strahlung sowie die katalytische Schicht zum Erzeugen der Elektron-Loch-Paare durch die Bestrahlung als gesonderte Schichten ausgebildet. Jedoch sind bei diesem Ausführungsbeispiel eine Strahlungs quelle zum Emittieren von Strahlung sowie eine katalytische Substanz zum Erzeugen von Elektron-Loch-Paaren durch die Be strahlung in einer einzelnen Schicht enthalten. In embodiment 1 described above, the rays source layer for emitting radiation and the Catalytic layer for generating the electron-hole pairs formed by the radiation as separate layers. However, in this embodiment there is radiation source for emitting radiation as well as a catalytic Substance for generating electron-hole pairs by the Be radiation contained in a single layer.
Fig. 3 zeigt einen Reiniger 45 gemäß diesem Ausführungsbei spiel. Bei diesem Reiniger 45 ist eine sowohl einen Kataly sator als auch eine Strahlungsquelle enthaltende radioakti ve, katalytische Schicht 47 an der Oberfläche einer inneren Trägerschicht 46 ausgebildet. Diese radioaktive, katalyti sche Schicht 47 besteht aus einer katalytischen Substanz, die die Strahlungsquelle enthält. Fig. 3 shows a cleaner 45 according to this game Ausführungsbei. In this cleaner 45 , a radioactive, catalytic layer 47 containing both a catalytic converter and a radiation source is formed on the surface of an inner carrier layer 46 . This radioactive, catalytic layer 47 consists of a catalytic substance that contains the radiation source.
Hierbei kann als Strahlungsquelle eine beliebige Quelle für α-, β- oder γ-Strahlung verwendet werden, wie im Fall des obenbeschriebenen Ausführungsbeispiels 1. Z. B. kann als Quelle für β-Strahlung Sr-90 oder dergleichen verwendet wer den. Als katalytische Substanz, die dieses Sr-90 enthält, kann 90SrTiO3 verwendet werden.Any source of α, β or γ radiation can be used as the radiation source, as in the case of embodiment 1 described above. For example, Sr-90 or the like can be used as the source of β radiation. 90 SrTiO 3 can be used as the catalytic substance containing this Sr-90.
Ferner muss die Trägerschicht 46 aus einem Material beste hen, das die radioaktive, katalytische Schicht 47 tragen kann. Glas oder dergleichen sind spezielle Beispiele für derartige Materialien. Der Reiniger 45 kann auch nur aus der radioaktiven, katalytischen Schicht 47 bestehen. Um dem Rei niger 45 jedoch Festigkeit zu verleihen, während gleichzei tig seine Kosten verringert werden, ist es bevorzugt, die Trägerschicht 46 einzuschließen.Furthermore, the carrier layer 46 must consist of a material that can carry the radioactive, catalytic layer 47 . Glass or the like are specific examples of such materials. The cleaner 45 can also consist only of the radioactive, catalytic layer 47 . However, to give strength to the cleaner 45 while at the same time reducing its cost, it is preferred to include the backing layer 46 .
Der Reiniger 45 wird in einen Zylinder 26 gegeben, wie beim Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, und er wird in ähnlicher Weise zur Umweltreinigung verwendet.The cleaner 45 is placed in a cylinder 26 as described in the embodiment 1, and is used in a similar manner for environmental cleaning.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Reiniger aus der Trägerschicht und der radioaktiven, katalytischen Schicht. Im Vergleich mit dem Reiniger beim Ausführungsbeispiel 1 kann ein ähnlicher Effekt bei einfacherem Aufbau erzielt werden. In this embodiment, the cleaner consists of the Carrier layer and the radioactive, catalytic layer. In comparison with the cleaner in embodiment 1 can achieve a similar effect with a simpler structure become.
Fig. 4 zeigt den Gesamtaufbau eines Umweltreinigungssystems gemäß diesem Beispiel. Dieses Beispiel veranschaulicht einen Fall, bei dem eine große Menge an Abwasser unter Verwendung des Reinigers 38 des Ausführungsbeispiels 1 gereinigt wird. Fig. 4 shows the overall construction of an environmental cleaning system according to this example. This example illustrates a case where a large amount of waste water is cleaned using the purifier 38 of the embodiment 1.
Gemäß Fig. 4 umfasst das Umweltreinigungssystem 10 einen Ab wasserbehälter 12 zum Aufnehmen von Abwasser, eine Behand lungszellenkammer 18, in der das aus dem Abwasserbehälter 12 zugeführte Abwasser zersetzt und entfernt wird, und einen Reinwasserbehälter, in den das in der Behandlungszellenkammer 18 behandelte, gereinigte Wasser gespeist wird.According to FIG. 4, the environmental purification system 10 includes a rate from water tank 12 for receiving waste water, a treatmen lung cell chamber 18 in which decomposes the signal supplied from the waste water container 12 waste water and is removed, and a clean water tank, treated in the in the treatment cell chamber 18, purified Water is fed.
Der Abwassertank 12 ist mit einem Ende einer Speiseleitung 14 zum Zuführen von Abwasser in Reinigungsbehälter 26 in der Reinigungszellenkammer verbunden. Diese Speiseleitung 14 durchläuft eine Abschirmungswand 16 der Behandlungszellen kammer 18 aus schwerem Beton, und sie verzweigt in der Be handlungszellenkammer 18 in mehrere kleine Leitungen 24. Diese kleinen Leitungen 24 sind mit den Reinigungsbehältern 26 verbunden. Darüber hinaus ist die Speiseleitung 14 mit mehreren Hähnen 20 zum Einstellen des Durchflusses von Ab wasser versehen. Die mehreren mit den jeweiligen kleinen Leitungen verbundenen Reinigungsbehälter 26 sind aufeinan derfolgend so angeordnet, dass von unten her der erste, der zweite und der dritte Reinigungsbehälter nach oben hin fol gen. Der Aufbau der Reinigungsbehälter 26 wird noch detail liert beschrieben.The waste water tank 12 is connected to one end of a feed line 14 for feeding waste water into the cleaning container 26 in the cleaning cell chamber. This feed line 14 passes through a shielding wall 16 of the treatment cell chamber 18 made of heavy concrete, and it branches in the treatment cell chamber 18 into several small lines 24 . These small lines 24 are connected to the cleaning containers 26 . In addition, the feed line 14 is provided with a plurality of taps 20 for adjusting the flow of water. The plurality of cleaning containers 26 connected to the respective small lines are arranged one after the other in such a way that the first, the second and the third cleaning container follow from below. The structure of the cleaning container 26 is described in detail.
Die oberen Enden der aufeinanderfolgend verbundenen Reini gungsbehälter 26 sind mit kleinen Ablaufleitungen 32 verbun den. Die Enden der jeweiligen kleinen Ablaufleitungen sind alle mit einer Hauptablaufleitung 33 verbunden, die, durch die Abschirmungswand 16 der Behandlungszellenkammer 18 läuft und dann außerhalb derselben mit dem Reinwasserbehälter 34 verbunden ist.The upper ends of the successively connected cleaning container 26 are connected to small drain lines 32 . The ends of the respective small drain lines are all connected to a main drain line 33 , which runs through the shielding wall 16 of the treatment cell chamber 18 and is then connected to the pure water tank 34 outside the same.
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht eines Reinigungsbehälters 26. In den Reinigungsbehälter 26 ist teilchenförmiger Reiniger 38 eingefüllt, und er ist am oberen und unteren Ende durch Deckel 27 verschlossen. Eine Verbindungsleitung 28 ist so angeordnet, dass sie durch den Deckel 27 läuft, um die oben genannten Reinigungsbehälter 26 aufeinanderfolgend zu ver binden. Diese Verbindungsleitung 28 ist mit einem Ventil 29 zum Einstellen der Flüssigkeitsströmung versehen. Ferner ist der Deckel 27 mit eine metallischen, porösen Trennwand 30 zum Verstärken eines Verbindungsabschnitts zwischen dem De ckel 27 und der Verbindungsleitung 28 versehen. Fig. 5 shows a partial view of a cleaning container 26. Particulate cleaner 38 is filled into the cleaning container 26 and is closed at the upper and lower ends by a cover 27 . A connecting line 28 is arranged so that it runs through the lid 27 to connect the above-mentioned cleaning containers 26 in succession. This connecting line 28 is provided with a valve 29 for adjusting the liquid flow. Furthermore, the cover 27 is provided with a metallic, porous partition 30 for reinforcing a connecting section between the cover 27 and the connecting line 28 .
Der Reiniger 38 umfasst eine dreischichtige Struktur, wie in Fig. 1 dargestellt. Innerhalb des Reinigers 38 ist eine Strahlungsquellenschicht 40 ausgebildet, während an der Außenfläche desselben eine katalytische Schicht 42 vorhanden ist. Außerdem ist eine Zwischenschicht 44 vorhanden, um di rekten Kontakt zwischen der Strahlungsquellenschicht 40 und der katalytischen Schicht 42 zu vermeiden.The cleaner 38 has a three-layer structure, as shown in FIG. 1. A radiation source layer 40 is formed within the cleaner 38 , while a catalytic layer 42 is present on the outer surface thereof. In addition, an intermediate layer 44 is present in order to avoid direct contact between the radiation source layer 40 and the catalytic layer 42 .
Hierbei kann als Strahlungsquellenschicht 40 wirkungsvoll ein verglastes Material in Form stark radioaktiven Abfalls verwendet werden, und bei diesem Beispiel ist das verglaste Material zu Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 100 µm geformt. Die Zwischenschicht 44 wird dadurch hergestellt, dass diese Strahlungsquellenschicht mit einem Material von einigen µm Dicke beschichtet wird, das die Strahlung durch lassen kann. Die katalytische Schicht 42 wird dadurch herge stellt, dass die Zwischenschicht mit Titandioxid mit einer Dicke von 10 µm überzogen wird.Here, a glazed material in the form of highly radioactive waste can be effectively used as the radiation source layer 40 , and in this example, the glazed material is shaped into spheres with a diameter of approximately 100 µm. The intermediate layer 44 is produced in that this radiation source layer is coated with a material of a few μm thickness which can let the radiation through. The catalytic layer 42 is produced by coating the intermediate layer with titanium dioxide with a thickness of 10 μm.
Als nächstes wird auf einen Fall Bezug genommen, in dem Ab wasser durch das wie oben beschrieben aufgebaute Umweltrei nigungssystem 10 gereinigt wird.Next, reference is made to a case where waste water is cleaned by the environmental cleaning system 10 constructed as described above.
Als erstes wird im Abwasserbehälter 12 zu reinigendes Abwas ser aufgenommen. Dieses Abwasser wird durch Öffnen des Hahns 20 der Speiseleitung 14 über dieselbe in die kleinen Leitun gen 24 in der Behandlungszellenkammer 18 gespeist. Das in die kleinen Leitungen 24 geführte Abwasser wird durch die unteren Enden der Reinigungsbehälter 26 in diese eingelas sen.First, waste water to be cleaned is added to the waste water tank 12 . This wastewater is fed by opening the tap 20 of the feed line 14 via the same into the small lines 24 in the treatment cell chamber 18 . The wastewater led into the small lines 24 is inserted into the cleaning container 26 through the lower ends thereof.
In jedem Reiniger 38 im Reinigungsbehälter 26 erreicht Strahlung (hν) von der Strahlungsquellenschicht 40 die kata lytische Schicht 42 über die Zwischenschicht 44, wodurch in den jeweiligen Titandioxidmolekülen in der katalytischen Schicht 42 Elektron-Loch-Paare (e--h+) erzeugt werden. Die Löcher dieser in der katalytischen Schicht 42 dieses Reini gers 38 erzeugten Elektron-Loch-Paare treten in Kontakt mit Schadstoffen, wie organischen Substanzen, im Abwasser, das durch den Reinigungsbehälter 26 läuft, wodurch die Schad stoffe unmittelbar oxidiert und zersetzt werden. Alternativ oxidieren die Löcher der Elektron-Loch-Paare Umgebungswas sermoleküle, um aktive Sauerstoffverbindungen wie O2 -, O- und OH- zu erzeugen, und durch diese Sauerstoffverbindungen werden die Schadstoffe oxidiert und zersetzt.In each cleaner 38 in the cleaning tank 26 radiation (hv) is reached by the radiation source layer 40, the kata lytic layer 42 via the intermediate layer 44, which in the titanium dioxide molecules in the catalytic layer 42 electron-hole pairs (e - h +) are generated , The holes of these electron-hole pairs generated in the catalytic layer 42 of this cleaner 38 come into contact with pollutants, such as organic substances, in the wastewater which runs through the cleaning tank 26 , whereby the pollutants are immediately oxidized and decomposed. Alternatively, the holes of the electron-hole pairs oxidize ambient water molecules to produce active oxygen compounds such as O 2 - , O - and OH - , and these oxygen compounds oxidize and decompose the pollutants.
Bei diesem Beispiel kann ein Umweltelement bis auf ein ge wünschtes Niveau gereinigt werden, da drei Reinigungsbehäl ter 26 aufeinanderfolgend verbunden sind. Das durch diese drei Reinigungsbehälter gelaufene gereinigte Wasser wird in die kleinen Ablaufleitungen geführt und dann über die Haupt ablaufleitung 33 in den Reinwasserbehälter 34 aufgenommen.In this example, an environmental element can be cleaned to a desired level because three cleaning containers 26 are connected in sequence. The cleaned water that has run through these three cleaning containers is led into the small drain lines and then taken up via the main drain line 33 into the pure water container 34 .
Bei diesem Beispiel ist der Reiniger des Ausführungsbei spiels 1 verwendet; jedoch kann auch der Reiniger des Aus führungsbeispiels 2 verwendet werden.In this example, the cleaner of game 1 is used; however, the cleaner from example 2 can also be used.
Ferner wird bei diesem Beispiel zwar Wasser gereinigt, jedoch kann ein modifiziertes Umweltreinigungssystem dazu ver wendet werden, Luft oder Erde zu reinigen. Um Luft zu reini gen, kann im Umweltreinigungssystem ein Lüfter oder derglei chen angebracht werden. Andererseits ist es zum Reinigen von Erde erforderlich, dass das Umweltreinigungssystem mit einer Erde-Wasser-Suspension versorgt wird.Furthermore, water is cleaned in this example, however can use a modified environmental cleaning system be used to clean air or earth. To purify air a fan or the like in the environmental cleaning system Chen be attached. On the other hand, it is for cleaning Soil required the environmental cleaning system with a Earth-water suspension is supplied.
Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem Tetra chlorethylen (CCl2=CCl2) unter Verwendung des obengenannten Umweltreinigungssystems 10 zersetzt und entfernt wird.An example will be described below in which tetra chloroethylene (CCl 2 = CCl 2 ) is decomposed and removed using the above-mentioned environmental cleaning system 10 .
Tetrachlorethylen wird zum Entfetten und Waschen von Metall oder als Insektizid in Landwirtschaftschemikalien verwendet. Jedoch handelt es sich um eine schädliche Substanz, und die se Verbindung ist ein Prüfungspunkt hinsichtlich der Wasser qualität von Leitungswasser, und es bestehen Beschränkungen hinsichtlich des Ablassens in Wasser für öffentlichen Ge brauch.Tetrachlorethylene is used for degreasing and washing metal or used as an insecticide in agricultural chemicals. However, it is a harmful substance, and that This connection is a test point regarding water tap water quality and there are restrictions regarding draining in water for public ge consumption.
Titandioxid wird mit Strahlung zum Anregen von Elektronen
bestrahlt, um dadurch Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Die
im Titandioxid erzeugten Elektron-Loch-Paare treten in Kon
takt mit Sauerstoff oder Wasser, um OH-Radikale zu erzeugen,
durch die Tetrachlorethylen (CCl2=CCl2) zersetzt wird, um
Kohlendioxid und Chlorwasserstoffsäure zu erzeugen, wie dies
durch die folgende Reaktionsformel angegeben ist:
Titanium dioxide is irradiated with radiation to excite electrons, thereby creating electron-hole pairs. The electron-hole pairs generated in the titanium dioxide come into contact with oxygen or water to generate OH radicals by which tetrachlorethylene (CCl 2 = CCl 2 ) is decomposed to produce carbon dioxide and hydrochloric acid, as shown by the following Reaction formula is given:
CCl2=CCl2 + 4OH- → 2CO2 + 4HClCCl 2 = CCl 2 + 4OH - → 2CO 2 + 4HCl
Wie oben angegeben, ist Tetrachlorethylen eine schädliche, organische Chlorsubstanz, die in Kohlendioxid und Chlorwasserstoffsäure zersetzt werden kann, die anorganische Sub stanzen sind.As stated above, tetrachlorethylene is a harmful, organic chlorine substance found in carbon dioxide and hydrochloric acid can be decomposed, the inorganic sub are punching.
Das Gesamtvolumen der inneren Strahlungsquellenschicht des in einem Reinigungsbehälter enthaltenen Reinigers, d. h. das verglaste Material des stark radioaktiven Abfalls ist auf 150 Liter eingestellt.The total volume of the inner radiation source layer of the cleaner contained in a cleaning container, d. H. the glazed material of the highly radioactive waste is on 150 liters set.
Es ist angenommen, dass die Strahlung vom verglasten Mate rial des stark radioaktiven Abfalls allein aus Cs-137 her rührt, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß es 3,7 × 1015 Bq (100 kCi (Kilocurie)) liefert.It is believed that the radiation comes from the vitrified material of the high level radioactive waste solely from Cs-137, which is present in such an amount as to provide 3.7 x 10 15 Bq (100 kCi (kilocurie)).
Ferner beträgt, wenn angenommen wird, dass die Energie von
durch das obengenannten Cs-137 emittierte γ-Strahlung 500 keV
beträgt, die über 1 Sekunde emittierte Gesamtenergiemen
ge pro Reinigungsbehälter 1,85 × 1021 eV, und zwar entspre
chend der folgenden Gleichung (1):
Further, if it is assumed that the energy of γ radiation emitted by the above Cs-137 is 500 keV, the total energy emitted over 1 second per cleaning tank is 1.85 × 10 21 eV, according to the following equation ( 1):
100 × 10 × 3,7 × 1010 (/s) × 500 × 103 (eV) = 1,85 × 1021 eV/s (1)100 × 10 × 3.7 × 10 10 (/ s) × 500 × 10 3 (eV) = 1.85 × 10 21 eV / s (1)
Darüber hinaus beträgt, wenn angenommen wird, dass die zum
Erzeugen eines Elektron-Loch-Paars in einem Molekül von Ti
tandioxid in der katalytischen Schicht erforderliche Energie
5 eV beträgt, die Gesamtanzahl der in einem Reinigungsbehäl
ter erzeugten Elektron-Loch-Paare 6,15 × 10-4 Mol, und zwar
entsprechend der folgenden Gleichung (2):
Furthermore, if it is assumed that the energy required to generate an electron-hole pair in a molecule of titanium dioxide in the catalytic layer is 5 eV, the total number of electron-hole pairs generated in a cleaning container is 6.15 × 10 -4 mol, according to the following equation (2):
1,85 × 1021 (eV/s)/5 eV × 6,02 × 1023 = 6,15 × 10-4 Mol/s (2)1.85 × 10 21 (eV / s) / 5 eV × 6.02 × 10 23 = 6.15 × 10 -4 mol / s (2)
Wenn gemäß der obenangegebenen Reaktionsformel aus einem Elektron-Loch-Paar ein OH--Radikalmolekül erzeugt wird, sind vier Moleküle mit Elektron-Loch-Paaren erforderlich, wenn ein Molekültetrachlorethylen (CCl2=CCl2) oxidiert und zer setzt wird. Demgemäß beträgt die Gesamtmenge an Tetrachlor ethylen, die innerhalb einer Sekunde im Reinigungsbehälter zersetzt werden kann, ungefähr 1,54 × 10-4 Mol, was 1/4 der Gesamtproduktion von Elektron-Loch-Paaren ist.According to the reaction formula given above, if an OH - radical molecule is generated from an electron-hole pair, four molecules with electron-hole pairs are required when a molecule tetrachlorethylene (CCl 2 = CCl 2 ) is oxidized and decomposed. Accordingly, the total amount of tetrachlorethylene that can be decomposed in the cleaning container within one second is approximately 1.54 × 10 -4 mol, which is 1/4 of the total production of electron-hole pairs.
Daher können der Gesamtumfang der in den Reinigungsbehältern erforderlichen Strahlungsquellenschicht sowie die Anzahl der Reinigungsbehälter in Übereinstimmung mit der Gesamtmenge von Tetrachlorethylen im Abwasser bestimmt werden.Therefore, the total amount in the cleaning containers required radiation source layer and the number of Cleaning container in accordance with the total amount of tetrachlorethylene in wastewater.
Wie oben beschrieben, kann die Erfindung zum Reinigen belie biger Umweltelemente, wie Gas, Erde und Flüssigkeit, verwen det werden, und sie kann auch große Mengen an Umweltelemen ten reinigen.As described above, the invention can be used for cleaning biger environmental elements such as gas, earth and liquid Detected, and it can also contain large amounts of environmental elements clean.
Außerdem kann unter Verwendung eines verglasten Materials aus Kernbrennstoff-Abwasser oder dergleichen für die innere Strahlungsquellenschicht derartiges Abwasser wirkungsvoll genutzt werden. Demgemäß kann gleichzeitig eine Maßnahme zum Lösen des Behandlungsproblems von Kernbrennstoff-Abwasser geschaffen werden.You can also use a glazed material from nuclear fuel waste water or the like for the internal Radiation source layer of such waste water is effective be used. Accordingly, a measure for Solve the treatment problem of nuclear fuel waste water be created.
Claims (7)
einer inneren radioaktiven Strahlungsquellenschicht (40); und
einer die innere Strahlungsquellenschicht (40) bedeckenden äuße ren Schicht (42), die eine Subtanz enthält, die bei radioaktiver Bestrah lung Elektron-Loch-Paare bildet.1. environmental cleaner ( 38 ) for decomposing an environmental pollutant, with
an inner radioactive radiation source layer ( 40 ); and
an outer layer ( 42 ) covering the inner radiation source layer ( 40 ) and containing a substance which forms electron-hole pairs when exposed to radioactive radiation.
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