Metodologie pro absorpci chlorovodíku z plynu a stanovení jeho koncentrace pomoci foto elektrod a iontově selektivních elektrod

Bc. Marek Milák

Master's thesis

Methodology for study of absorption of hydrogen chloride from gases and determination of its concentration in water solutions by means of photo-electrods and ion-selective electrods

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na rozšíření metodiky pro kontinuální měření chlorovodíku ve směsi plynů pomocí absorpce do suspenze uhličitanu vápenatého. Chlorovodík je jedním z nejčastěji znečišťujících látek produkovaných průmyslem a stavebnictvím. Tyto odvětví produkují značné množství emisí chlorovodíku do ovzduší, což může mít negativní dopad na životní prostředí a lidské zdraví. Tato metoda může posloužit jak pro laboratorní výzkum, tak pro převedení do průmyslu, aby bylo možné monitorovat a omezit emise této látky. V rámci této práce bylo měření rozděleno do dvou fází. V první fázi proběhne absorpce chlorovodíku ze směsi plynů zaváděním do suspenze uhličitanu vápenatého. V suspenzi tak dojde k reakci chlorovodíku s pevným uhličitanem vápenatým. Reakcí vznikne dobře rozpustný chlorid vápenatý. Suspenze uhličitanu vápenatého je zvolena z důvodu pufračních vlastností a velké absorpční kapacity. Ve druhé fázi je přírůstek koncentrace rozpuštěných chloridů měřený pomocí iontově selektivní elektrody umístěné v suspenzi. Měření iontově selektivní elektrodou je však zatíženo velkou chybou měření. Pro zpřesnění měření je možno využít měření intenzity zákalu způsobeného suspendovaným uhličitanem vápenatým. Během reakce dochází k úbytku uhličitanu vápenatého, což způsobí snížení intenzity zákalu suspenze. Tento děj je možno sledovat skrze turbidimetrické měření. Následně je možné z přírůstku chloridů a ubytku intenzity zákalu spočítat zpřesněnou změnu koncentrace chloridů. Naměřená data byla využita pro tvorbu matematického modelu, jenž v sobě zahrnuje také další zpřesnění v podobě dat ze spektrofotometrického měření. Tento model poté umožňuje předpovědět reálnou koncentraci rozpuštěných chloridů v kinetické cele z naměřených přírůstků chloridů a ubytku intenzity zákalu. Dále byla provedena charakterizace částic uhličitanu vápenatého před začátkem experimentu a po jeho ukončení. Sledována byla nehomogenita distribuce částic, změna tvaru a velikosti částic. Hledaly se podmínky, které ovlivňovaly měření a následně byly eliminovány ty, které měly negativní vliv na přesnost výsledků. Výsledkem práce je vytvoření metody a nastavení pracovních postupů pro přesné měření koncentrace chlorovodíku v plynu pro laboratorní využití. Mnou navržená metoda má jednoduchý princip, nevyužívá toxické reaktanty a není finančně nákladná. Tato metoda je zatím vhodná pro laboratorní použití z toho důvodu, že se postup musí zdokonalit v některých aspektech selektivního záchytu chlorovodíku.

Abstract:

This work focuses on extending the methodology for continuous measurement of hydrogen chloride in a gas mixture by absorption into a calcium carbonate suspension. Hydrogen chloride is one of the most common pollutants produced by industry and construction. These industries produce significant amounts of hydrogen chloride emissions to the air, which can have a negative impact on the environment and human health. This method can be used both for laboratory research and for transfer to industry in order to monitor and limit emissions of this substance. In this work, the measurements were divided into two phases. In the first phase, the absorption of hydrogen chloride from the gas mixture by introducing it into the calcium carbonate suspension will take place. The hydrogen chloride will then react with the solid calcium carbonate in suspension. The reaction produces a highly soluble calcium chloride. The calcium carbonate suspension is chosen because of its buffering properties and high absorption capacity. In the second stage, the increment in dissolved chloride concentration is measured by an ion-selective electrode placed in the suspension. However, the measurement with the ion-selective electrode is burdened with a large measurement error. To refine the measurement, the measurement of the turbidity intensity caused by suspended calcium carbonate can be used. During the reaction, calcium carbonate is lost, which causes a decrease in the turbidity intensity of the suspension. This process can be monitored through turbidimetric measurements. Subsequently, the chloride increment and the loss in turbidity intensity can be used to calculate a refined change in chloride concentration. The measured data were used to develop a mathematical model that also incorporates further refinement in the form of spectrophotometric data. This model then allows the real concentration of dissolved chloride in the kinetic cell to be predicted from the measured chloride increments and turbidity intensity loss. Furthermore, the characterization of calcium carbonate particles before and after the experiment was performed. The inhomogeneity of particle distribution, change in particle shape and size were monitored. The conditions that influenced the measurements were searched for and then those that had a negative effect on the accuracy of the results were eliminated. The result of the work is the development of a method and setup of working procedures for accurate measurement of hydrogen chloride concentration in gas for laboratory use. My proposed method has a simple principle, does not use toxic reactants and is not costly. This method is still suitable for laboratory use because the procedure needs to be improved in some aspects of selective hydrogen chloride capture.

Keywords

analýza HCl, kontinuální stanovení, ISE, turbidimetrie, čištění spalin

Keywords

HCl analysis, continuous determination, flue gas, ISE, turbidimetry

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 17. 5. 2023
• Supervisor: doc. Mgr. Marek Vach, Ph.D.
• Reader: Martin Heřmanovský, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme:
Nature Conservation