Adsorption Followed by Plasma Assisted Catalytic Conversion of Toluene into CO2 on Hopcalite in an Air Stream
Résumé
The abatement of toluene was studied in a sequential adsorption-plasma catalysis (APC) process. Within this process, Hopcalite was used as bifunctional material: as adsorbent (storage stage) and as catalyst via the oxidation of adsorbed toluene (discharge stage). It was observed that the desorption and oxidation activity of the adsorbed toluene was significantly affected the process variables. In addition, the adsorption time influenced the CO2 selectivity and CO2 yield by changing the interaction between the catalyst and the plasma generated species. At least four APC sequences were performed for each examined condition suggesting that Hopcalite is very stable under plasma exposure during all the sequences. Consequently, these results could contribute to advance the plasma–catalyst system with an optimal VOC oxidation efficiency. The catalytic activity, amount of toluene adsorbed, amount of toluene desorbed and product formation have been quantified by FT-IR. Moreover, the catalyst was characterized by XRD, H2-TPR, N2 adsorption–desorption analysis and XPS. Hopcalite shows a good CO2 selectivity and CO2 yield when the APC process is performed with an adsorption time of 20 min and a plasma treatment with a discharge power of 46 W which leads to a low energy cost of 11.6 kWh·m−3 and energy yields of toluene and CO2 of 0.18 (±0.01) g·kWh−1 and 0.48 (±0.06) g·kWh−1 respectively.
La dépollution du toluène a été étudiée dans un processus séquentiel d'adsorption et de catalyse par plasma (APC). Dans ce procédé, l'hopcalite a été utilisée comme matériau bifonctionnel : comme adsorbant (étape de stockage) et comme catalyseur via l'oxydation du toluène adsorbé (étape de décharge). Il a été observé que l'activité de désorption et d'oxydation du toluène adsorbé était significativement affectée par les variables du procédé. En outre, le temps d'adsorption influence la sélectivité et le rendement du CO2 en modifiant l'interaction entre le catalyseur et les espèces générées par le plasma. Au moins quatre séquences APC ont été réalisées pour chaque condition examinée, suggérant que l'Hopcalite est très stable sous exposition au plasma pendant toutes les séquences. Par conséquent, ces résultats peuvent contribuer à améliorer les systèmes plasma-catalyseur pour une efficacité optimale d'oxydation des COV. L'activité catalytique, la quantité de toluène adsorbée, la quantité de toluène désorbée et la formation de produits ont été quantifiées par FT-IR. De plus, le catalyseur a été caractérisé par XRD, H2-TPR, analyse d'adsorption-désorption de N2 et XPS. L'hopcalite montre une bonne sélectivité et un bon rendement en CO2 lorsque le processus APC est réalisé avec un temps d'adsorption de 20 min et un traitement plasma avec une puissance de décharge de 46 W, ce qui conduit à un faible coût énergétique de 11,6 kWh-m-3 et à des rendements énergétiques du toluène et du CO2 de 0,18 (±0,01) g-kWh-1 et 0,48 (±0,06) g-kWh-1 respectivement.
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