NO and O2 absorption in FeII(EDTA) solutions Gambardella, Francesca

Vergelijkbare documenten
Van 'gastarbeider' tot 'Nederlander' Prins, Karin Simone

Improving the properties of polymer blends by reactive compounding van der Wal, Douwe Jurjen

Citation for published version (APA): Mazzola, P. (2016). Phenylketonuria: From body to brain [Groningen]: Rijksuniversiteit Groningen

Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene under industrially relevant conditions Zarubina, Valeriya

University of Groningen. Up2U Harder, Annemiek T.; Eenshuistra, Annika

De betrouwbaarheid van kleinschalige methoden voor waterzuivering Kaaij, Rachel van der

Laat maar zitten Janssen, Janine Hubertina Lambertha Joseph

Electric double layer interactions in bacterial adhesion and detachment Poortinga, Albert Thijs

University of Groningen

University of Groningen. De afkoelingsperiode in faillissement Aa, Maria Josepha van der

Een model voor personeelsbesturing van Donk, Dirk

University of Groningen. Zorgvermijding en zorgverlamming Schout, Hendrik Gerrit

Neuroanatomical changes in patients with loss of visual function Prins, Doety

University of Groningen

Procesevaluatie van het Navigator project Jager, John Mike

University of Groningen. Inferior or superior Carmona Rodriguez, Carmen

Schoolsucces van Friese leerlingen in het voortgezet onderwijs de Boer, Hester

Quantitative STIR MRI as prognostic imaging biomarker for nerve regeneration Viddeleer, Alain

Interactie als gereedschap Koole, Tom

University of Groningen

Zorgen rondom IVF Boekaar, J.; Riemersma, M.

Mensen met een verstandelijke handicap en sexueel misbruik Kooij, D.G.

Bouwen op een gemeenschappelijk verleden aan een succesvolle toekomst Welling, Derk Theodoor

Intrapersonal factors, social context and health-related behavior in adolescence Veselska, Zuzana

University of Groningen. Hulp op maat voor leerlingen met leerproblemen in het vmbo Mombarg, Remo

Molecular aspects of HNPCC and identification of mutation carriers Niessen, Renee

University of Groningen. Eerste Hulp vaker ter plaatse Verhage, Vera

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Citation for published version (APA): Veeze, P. (1968). Rationale and methods of early detection in lung cancer. [S.n.].

Draagvlak migratiebeleid Postmes, Thomas; Gordijn, Ernestine; Kuppens, T.; Gootjes, Frank; Albada, Katja

Dynamics of inner ear pressure change with emphasis on the cochlear aqueduct Laurens-Thalen, Elisabeth Othilde

University of Groningen. Electron Holography of Nanoparticles Keimpema, Koenraad

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

University of Groningen. Photochromic molecular switches Robertus, Jort

University of Groningen. De besmettelijkheid van de ftisis Groenhuis, Dirk Johan Jacob

Citation for published version (APA): Hoekstra, H. J. (1982). Fractures of the proximal femur in children and adolescents [S.n.]

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Citation for published version (APA): Ambrosio de Castro, A. H. (2006). Atmospheric NH3 deposition, S and N metabolism in curly kale s.n.

Citation for published version (APA): Roodenburg, J. L. N. (1985). CO2-laserchirurgie van leukoplakie van het mondslijmvlies. [S.l.]: [S.n.].

Citation for published version (APA): Verbakel, N. J. (2007). Het Chronische Vermoeidheidssyndroom, Fibromyalgie & Reuma.

University of Groningen

University of Groningen. Living with Rheumatoid Arthritis Benka, Jozef

The diversity puzzle Mäs, Michael

University of Groningen. Vrije en reguliere scholen vergeleken Steenbergen, Hilligje

Hypothalamus, pituitary and thyroid. The control system of thyroid hormone production. Sluiter, Wim J.

University of Groningen. Resultaat van pleegzorgplaatsingen Oijen, Simon van

The role of camp-dependent protein kinase A in bile canalicular plasma membrane biogenesis in hepatocytes Wojtal, Kacper Andrze

Helping infants and toddlers in Foster family care van Andel, Hans

The importance of tactical skills in talent development Kannekens, Rianne

University of Groningen. Rheokinetics Cioffi, Mario

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Citation for published version (APA): Weide, M. G. (1995). Effectief basisonderwijs voor allochtone leerlingen Groningen: s.n.

Improving metabolic control in NIDDM patients referred for insulin therapy Goddijn, Patricia Petra Maria

University of Groningen. BNP and NT-proBNP in heart failure Hogenhuis, Jochem

Citation for published version (APA): Kondratyuk, S. (2000). Dressing the nucleon causally Groningen: s.n.

University of Groningen. Stormy clouds in seventh heaven Meijer, Judith Linda

University of Groningen. The impact of political factors on drivers of economic growth Klomp, Johannes Gerardus

University of Groningen. Positron emission tomography in urologic oncology Jong, Igle Jan de

The development of stable influenza vaccine powder formulations for new needle-free dosage forms Amorij, Jean-Pierre

University of Groningen. Embryogenesis and neogenesis of the endocrine pancreas Gangaram-Panday, Shanti Tireshma

Cryosurgery in cervical intraepithelial neoplasia. A morphometric study Boonstra, Hendrik

Citation for published version (APA): Fodran, P. (2015). Stereoselective synthesis of glycerol-based lipids [S.l.]: [S.n.]

Galacto-oligosaccharide synthesis using immobilized β-galactosidase Benjamins, Frédéric

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

University of Groningen. Enabling knowledge sharing Smit - Bakker, Marloes

Citation for published version (APA): Schaafsma, S. H. (2000). Down-scaling of a fluidised bed agglomeration process Groningen: s.n.

On the mechanism of prokaryotic glutamate transporter homologues Groeneveld, Maarten

Opvoeding op school en in het gezin. Onderzoek naar de samenhang tussen opvoeding en de houding van jongeren ten opzichte van sociale grenzen

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 2 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

The infant motor profile Heineman, Kirsten Roselien

Citation for published version (APA): Tijdschrift voor Genderstudies (2018). Jaarrekening Stichting Tijdschrift voor Vrouwenstudies.

Lamotrigine in bipolar depression Loos, Marcus Lambertus Maria van der

Knowledge, chance, and change Kooi, Barteld

Citation for published version (APA): Crane, L. M. A. (2011). Intraoperative fluorescence imaging in cancer Groningen: s.n.

Man of vrouw? Een onderzoek naar sekseverschillen in reacties op chronische aandoeningen Roeke, M.

Citation for published version (APA): van der Ploeg, J. (1997). Instrumental variable estimation and group-asymptotics Groningen: s.n.

Verbindingskracht & combinatievermogen de Vries ev Delies, Jantina Jantje

Computer assisted decision support in acutely ill patients. Application in glucose management and quantification of myocardial reperfusion

Citation for published version (APA): Hendriks, H. G. D. (2004). Transfusion requirements in orthotopic liver transplantation Groningen: s.n.

University of Groningen. Risk factors for injury in talented soccer and tennis players van der Sluis, Alien

Citation for published version (APA): Holwerda, A. (2013). Work outcome in young adults with disabilities Groningen: s.n.

Today's talented youth field hockey players, the stars of tomorrow? Gemser, Marije

University of Groningen. Sodium intake and therapy resistance to ACE inhibition Kocks, Menno Johan Adelbert

Citation for published version (APA): Egberink, I. J-A. L. (2010). Applications of item response theory to non-cognitive data Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): de Boer, H. (2009). Schoolsucces van Friese leerlingen in het voortgezet onderwijs. Groningen: s.n.

University of Groningen. Dwaallichten, struikeltochten, tolwegen en zangsporen Roodbol, Pieternella

Citation for published version (APA): Sarkova, M. (2010). Psychological well-being and self-esteem in Slovak adolescents. Groningen: s.n.

Development and description of controlled release formulations for use in powder detergents Hartman Kok, Paul Jean Antoine

Transcriptome analysis to investigate the link between obesity and its metabolic complications Wolfs, Marcel Guillaume Maria

Effective monitoring and control with intelligent products Meyer, Gerben Gerald

Infrastructure investment in Indonesia Mustajab, M.

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Droogh, J. (2014). Interhospital transport of the critically ill patient: Focus on the journey [S.l.]: [S.n.

University of Groningen. Quantitative CT myocardial perfusion Pelgrim, Gert

University of Groningen. Linear conic programming: genericity and stability Jargalsaikhan, Bolor

University of Groningen. De emergentie en evolutie van drie werelden de Vries, André

The etiology of functional somatic symptoms in adolescents Janssens, Karin

Monolayer and thin film behaviour of stereoregular poly(methacrylates) Brinkhuis, Richard Hendrikus Gerrit

The ecological success of Burkholderia terrae BS001 and related strains in the mycosphere Nazir, Rashid

University of Groningen. Symptom network models in depression research van Borkulo, Claudia

Transcriptie:

NO and O2 absorption in Fe(EDTA) solutions Gambardella, Francesca IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2005 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Gambardella, F. (2005). NO and O2 absorption in Fe(EDTA) solutions [Groningen]: s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 28-02-2017

Samenvatting Stikstof oxiden als NO en NO 2 hebben een bewezen negatieve invloed op het milieu en zijn betrokken bij de vorming van zure regen en smog. Stikstof oxiden worden gevormd bij het verbranden van fossiele grondstoffen. Met name het wegtransport, elektriciteit centrales en overige industriële activiteiten zijn verantwoordelijk voor de uitstoot van stikstof oxiden De verwachting is dat de NOx emissies in Europa van naar schatting 9.5 miljoen ton in 2002, moeten worden gereduceerd tot 6 miljoen ton in 2010. De technologieën die momenteel worden toegepast om NOx emissies van stationaire bronnen te reduceren variëren van verbrandingsmodificaties tot gas nabehandeling. Gas nabehandeling resulteert in de hoogste NO verwijdering efficiency. De meest toegepaste technologie is Selectieve Katalytische Reductie (SCR) waarmee efficiencies tot 90% worden gerealiseerd. De SCR technologie is gebaseerd op de reactie van NO met ammoniak in aanwezigheid van een katalysator waarbij stikstof en water worden gevormd. De nadelen van deze technologie zijn de relatief hoge kosten en de milieuaspecten als gevolg van het gebruik van ammoniak. Alternatieve gas nabehandeling technologieën worden momenteel verder onderzocht. Bijzonder veelbelovend zijn natte verwijderingtechnologieën waarbij NO wordt geabsorbeerd in een waterige oplossing, waarin een geschikte reactant is opgelost. Waterige oplossingen van Fe chelaten gebaseerd op ethyleen-diamine-tetraacetic zuur (EDTA) en gerelateerde zuren zoals nitrilotriacetic zuur (NTA) zijn zeer geschikt en reageren snel met het geabsorbeerde NO gas, waarbij stabiele metaalnitrosyl complexen worden gevormd (zie reactie (1)): Fe + NO Fe ( NO) (1) Om economisch aantrekkelijk te zijn is het noodzakelijk om te beschikken over efficiënte regeneratie methodes voor het gevormde Fe (EDTA)(NO) complex. Binnen het spectrum van beschikbare regeneratie technologieën is een nieuwe biotechnologische aanpak beschikbaar om de beladen ijzer chelaat oplossing te regenereren. In dit zogenaamd BiodeNOx proces wordt de beladen ijzer chelaat oplossing in contact gebracht met specifieke micro-organismen, die in staat zijn om het nitrosyl complex terug te converteren naar het originele Fe (EDTA) complex en stikstof gas. Voor deze reactie is een electrondonor (b.v. ethanol) nodig. Fe I (EDTA), gevormd in het absorptie proces als gevolg van de aanwezigheid van zuurstof in het afgas, wordt door de micro-organismen ook gereduceerd tot het originele Fe (EDTA) complex: I 12Fe + C 2 H + 2 H 5OH + 3H 2O 12Fe + 2CO + 12 (2) Een schematische voorstelling van het BiodeNOx proces is weergegeven in Figuur 1. Succesvolle pilot plant studies hebben laten zien dat het BiodeNOx proces in staat is om NO verwijdering efficienties te halen van 65%. Echter, de verwachting is dat een fundamenteel begrip van het proces en optimalisatie van de proces parameters kunnen leiden tot een substantiële verbetering van de efficiency en het verlagen van de NO verwijderingkosten. Daartoe is met ondersteuning van STW een multidisciplinaire research groep opgericht, met deelnemers uit drie verschillende Nederlandse 9

universiteiten en met input van de industrie. De Universiteit van Wageningen heeft een uitgebreide studie uitgevoerd om een beter fundamenteel inzicht te krijgen in het bio-regeneratie proces. De microbiologische karakteristieken van het BiodeNOx proces zijn onderzocht door de Universiteit van Delft. De Rijks Universiteit Groningen heeft uitgebreide experimentele studies uitgevoerd aan de absorptie van NO en zuurstof in waterige Fe (EDTA) oplossingen. De resultaten worden in dit proefschrift beschreven. Fe (EDTA) Clean gas Gas + NO Bioreactor CO 2 H 2 O N 2 C 2 H 5 OH Fe (EDTA)(NO) Figuur 1. Schematische voorstelling van het BiodeNOx proces. Het absorptie proces is onderzocht in een range van proces condities die relevant zijn voor het BiodeNOx proces (T = 25-55 C; C Fe(EDTA) = 10-100 mol/m 3, C NO = 0-1000 vppm, C O2 = 0 10% vol, ph = 7). In hoofdstuk 2 wordt een experimentele en een modelmatige studie naar NO absorptie in een waterige Fe (EDTA) oplossing in een gas-vloeistof geroerde cel reactor beschreven. De experimentele resultaten laten zien dat de reactie eerste orde is in NO en Fe-chelaat. Verder blijkt dat de reactie een exotherme evenwicht reactie is en dat de teruggaande reactie in beschouwing moet worden genomen. De evenwichtsconstante van de reactie is bij verschillende temperaturen bepaald. Daarnaast is ook de verhouding van de diffusie coëfficiënten van Fe (EDTA) en NO, een belangrijke parameter bij het ontwerp van de absorber eenheid, bepaald. Als gevolg van de het exotherme karakter van de reactie neemt de evenwichtsconstante af bij hogere temperatuur, met als gevolg een significante afname van de absorptie van NO in het hogere temperatuursgebied van het onderzoek. In hoofdstuk drie wordt een experimentele studie beschreven van NO absorptie in Fe (EDTA) oplossingen in de aanwezigheid van denitrificerende micro-organismen. Gebaseerd op experimentele waarnemingen kan worden verwacht dat bij typische BiodeNOx deeltjes concentraties (0.2-2 kg/m 3 ) de absorptie snelheid van NO afneemt bij een hogere BiodeNOx biomassa belading. De afname wordt naar alle waarschijnlijkheid veroorzaakt door een gedeeltelijke blokkade van het gas-vloeistof oppervlak door anorganische- en organische vaste deeltjes en in mindere mate door veranderingen in fysische eigenschappen van de vloeistof. Echter, onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld in aanwezigheid van kleine NO absorberende deeltjes 10

in lage concentraties, kan een lichte toename in de NO absorptie snelheid plaatsvinden. Hoofdstuk 4 beschrijft een experimentele studie naar de absorptie van zuurstof in waterige Fe (EDTA) oplossingen.. Het onderzoek, uitgevoerd in een geroerde cel reactor, laat zien dat de reactie irreversibel is. Verder is onder de gegeven condities de reactie eerste orde in zuurstof en tweede orde in Fe-chelaat complex. De zuurstof absorptie vindt plaats in een regime dat ligt tussen snel en instantaan. De waarde van de kinetische constante blijkt onafhankelijk te zijn van de ph in het ph gebied 5-8. Wanneer NaCl wordt toegevoegd aan de vloeistoffase wordt de kinetische constante een functie van de zout concentratie. De stoichiometrische coëfficiënt van Fe wijkt af van de theoretische waarde van 4. Dit wijst erop dat ook andere zuurstof consumerende reacties plaatsvinden. De stoichiometrische coëfficiënt van ijzer is een functie van de zuurstof concentratie en de ph. Een hogere zuurstof concentratie en in mindere mate een lagere ph waarde stimuleren de nevenreacties en veroorzaken een daling in de stoichiometrische coëfficiënt tot een waarde van ongeveer drie. De bijreacties zijn mogelijk gerelateerd aan EDTA degradatie onder invloed van zuurstof (vide infra). In hoofdstuk 5 wordt de simultane absorptie van NO en zuurstof in een Fe (EDTA) oplossing in een batch geopereerde geroerde cel reactor beschreven. De NO absorptie snelheden en de selectiviteit van het absorptie proces worden beïnvloed door de aanwezigheid van zuurstof. Hier is de selectiviteit gedefinieerd als de ratio van de gemiddelde NO flux en de gemiddelde zuurstof flux gedurende de reactietijd. Hoge NO en lage zuurstof concentraties resulteren in hogere NO absorptie snelheden en verbeteringen van de selectiviteit. De temperatuur en de initiële Fe (EDTA) concentratie hebben een groot effect op zowel de absorptie snelheden als de selectiviteit. Om NO absorptie te bevorderen heeft het voordelen om te werken bij lagere temperaturen en hoge Fe concentraties. Er is een reactormodel opgesteld voor het simultane absorptie proces gebruik makend van versnellingsfactoren volgens de film theorie van reactieve gas absorptie. Met dit model is het mogelijk de NO fluxen te voorspellen in de aanwezigheid van zuurstof. De overeenstemming tussen experimentele en gemodelleerde NO fluxen onder verschillende proces condities is goed. In hoofdstuk 6 wordt een model sproei toren met goed gedefinieerde druppels gebruikt om de reactieve absorptie van NO in waterige oplossingen van Fe (EDTA) te bestuderen. Experimenten bij verschillende proces condities laten zien dat de efficiency van de NO absorptie met name sterk temperatuursafhankelijk is. In hoofdstuk 7 wordt een experimentele studie naar de degradatie van EDTA beschreven. EDTA degradatie vindt plaats wanneer Fe (EDTA) reageert met moleculair zuurstof. De degradatie is bestudeerd onder verschillende proces condities (T = 323 K, C 0 Fe(EDTA) = 10 mol/m 3, ph = 7, [EDTA]/[Fe] = 1.1, C O2 = 5 vol%). Een van de mogelijke degradatie producten, Fe I (ED3A) (ED3A= ethylenediaminetriacetic zuur), is gebruikt als probe om inzichten te krijgen in de EDTA degradatie snelheid. De gemiddelde vormingssnelheid van Fe I (ED3A) is verhoogd bij hogere temperatuur, hogere zuurstof niveaus en hogere initiële ijzer chelaat concentraties. Echter, de integrale selectiviteit, van het proces, gedefinieerd als de gemiddelde Fe I ( ED3A) vormingssnelheid ten opzichte van de vormingssnelheid van Fe I (EDTA), blijft constant. Dit impliceert dat de snelheid van oxidatie van Fe (EDTA) naar Fe I (EDTA) gekoppeld is aan de snelheid van EDTA degradatie. De aanwezigheid van NO lijkt een positief effect te hebben, met als effect een lichte afname van de degradatie snelheid en een verhoging van de selectiviteit. Een opmerkelijke afname 11

van de gemiddelde snelheid van Fe I (ED3A) vorming vindt plaats in aanwezigheid van 50% (of meer) EDTA in overmaat ten opzichte van Fe. Dit suggereert dat het bedrijven van het BiodeNOx proces met een overmaat EDTA ten opzichte van Fe gunstig kan zijn. Echter, verdere studies om de invloed van overmaat EDTA op de bioreactor prestaties te bepalen zijn noodzakelijk. Een steady state, kinetiek gebaseerd reactor model voor een gepakt bed kolom reactor wordt beschreven in hoofdstuk 8. Belangrijke invoer parameters, zoals de kinetiek van de reacties van NO en zuurstof met Fe (EDTA) en een groot aantal fysische parameters zijn afkomstig van de resultaten beschreven in eerdere hoofdstukken in dit proefschrift. Met het model is het mogelijk om de benodigde hoogte van het gepakte bed uit te rekenen om 90% NO efficiency te verkrijgen onder typische BiodeNOx condities. Op grond van de modelresultaten wordt een opmerkelijke verbetering van de prestaties van de absorber verwacht wanneer de reactor wordt bedreven bij lagere temperaturen. In deze situatie worden de hoogte van de kolom en de snelheid van de oxidatie reactie significant verkleind. Als gevolg hiervan wordt waarschijnlijk ook de snelheid van EDTA degradatie sterk gereduceerd (vide supra). Onder bepaalde proces condities kan bij verhoging van de kolom hoogte desorptie van NO optreden. Dit duidt erop dat overdesign van de absorber unit kan leiden tot verminderde kolom prestaties. 12