DE19500802A1

DE19500802A1 - Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19500802A1
Application number: DE19500802A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Huber; Fritz H Prof Dr Dr Frimmel
Original assignee: Universitaet Karlsruhe
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1995-12-14
Also published as: DE19500803A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung in Form eines Rohrreaktors zum Erzeugen photochemischer Re aktionen in Medien, insbesondere in wäßrigen bzw. was serhaltigen Flüssigkeiten, mit mindestens einer eine elektrische Gasentladung in einem Entladungsraum erzeu genden photochemischen Strahlungsquelle, deren Strahlung die in mindestens einem Rohr vorbeiströmende Flüssigkeit im Einwirkungsbereich der Strahlungsquelle durchsetzt.

Bestrahlungsvorrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen eine längserstreckte UV-Lampe auf ein oder mehrere flüssigkeitsführende parallele bzw. schraubenlinienförmig geführte Rohrleitungen aus UV-transparentem Material ein wirkt, sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Solche Rohrreaktoren werden beispielsweise zur Herstellung hoch reiner Flüssigkeiten verwendet, die frei von organischen Verunreinigungen sein müssen. Derartige hochreine Flüs sigkeiten werden u. a. bei der Halbleiterherstellung sowie bei der chemischen Synthese und bei organischen Spuren analysen benötigt. Zur Herstellung hochreiner Flüssigkei ten sind Aufbereitungsanlagen bekannt, die häufig externe Oxidationsmittel wie Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxosalze zur Zerstörung der organischen Verunreinigun gen einsetzen. Die Wirkung dieser Oxidationsmittel kann durch UV-Strahlung zusätzlich aktiviert werden. Die voll ständige Oxidation der organischen Verunreinigungen setzt voraus, daß das Oxidationsmittel ein hinreichend hohes Oxidationspotential besitzt und daß dieses möglichst ef fektiv in die zu behandelnde Flüssigkeit übertragen wer den kann.

Auf die externe Zugabe eines Oxidationsmittels kann aber u. U. verzichtet werden, wenn die Flüssigkeit einer Strah lung ausgesetzt wird, deren Intensität ausreicht, das in der Flüssigkeit vorhandene Wasser radiolytisch in Wasser stoff und oxidationsaktive Sauerstoffspezies zu zerlegen. In einer vorbekannten Bestrahlungsvorrichtung wird dies dadurch erreicht, daß ein Quecksilber-Niederdruckstrahler in der unmittelbaren Umgebung eines UV-transparenten Roh res angeordnet wird, in dem die Flüssigkeit strömt. Al lerdings kann bei vielen Quecksilber-Niederdruckstrahlern nur die Hauptemissionsbande von 254 nm in die Flüssigkeit eindringen, da die an sich vorhandene Doppelbande bei 185 nm durch die physikalische Trennung zwischen Strahler und der zu bestrahlenden Flüssigkeit (z. B. durch Glaswan dungen, Gasräume, Flüssigkeiten) weitgehend abgeschirmt wird. Für radiolytische Zersetzung von Wasser kommt je doch nur die Doppelbande bei 185 nm in Frage, da nur diese die notwendige Energie von 645 kJ/mol besitzt und damit über der Dissoziationsenthalpie von Wasser (503 kJ/mol) liegt, während die Energie der Hauptemissi onsbande von 254 nm nur bei 469 kJ/mol liegt.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Be strahlungsvorrichtung der eingangs genannten Art so aus zubilden, daß eine möglichst effektive Ausnutzung der durch die elektrische Gasentladung erzeugten Strahlung, insbesondere der Doppelbande bei 185 nm, möglich wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das die Flüssigkeit führende Rohr innerhalb des Entladungs raumes der photochemischen Strahlungsquelle angeordnet ist. Dadurch kann die Entladung mit ihren Strahlungsan teilen unmittelbar auf das flüssigkeitsführende Rohr ein wirken, wobei auch die Doppelbande bei 185 nm in die strömende Flüssigkeit eindringt.

Eine solche Bestrahlungsvorrichtung kann zweckmäßig so aufgebaut sein, daß die photochemische Strahlungsquelle ein Quecksilber-Niederdruckstrahler ist und daß das Rohr aus einem UV-durchlässigen, unter den Bedingungen inner halb des Entladungsraumes beständigen Material besteht.

Zweckmäßig können im Entladungsraum der Gasentladung zwei bzw. mehrere flüssigkeitsführende dünne Rohre angeordnet sein. Das die Flüssigkeit führende Rohr bzw. die Rohre können zweckmäßig aus hochreinem Quarzglas (Kieselglas) bestehen, welches in den Glasmantel der photochemischen Strahlungsquelle eingeschmolzen ist.

Eine andere gegebenenfalls zweckmäßige Ausbildung kann vorsehen, daß die Wandflächen der Strahlungsquelle ver spiegelt, vorzugsweise innenverspiegelt, ausgebildet sind. Diese Innenverspiegelung kann vorteilhaft aus Sil ber, Aluminium oder dergleichen bestehen und wird bei spielsweise durch Bedampfung aufgebracht. Eine solche In nenverspiegelung läßt sich auf der Innenwandfläche der rohrförmigen Strahlungsquelle vorteilhaft vor dem Einbau der Elektroden anbringen.

Bei einer anderen gegebenenfalls zweckmäßigen Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die photochemische Strahlungs quelle mit dem in ihrem Entladungsraum liegenden Rohr bzw . . Rohren von einem Ummantelungsbehälter umgeben ist.

Dieser Ummantelungsbehälter kann zweckmäßig verschlossen oder durchströmbar ausgebildet sein. Durch die verschlos sene Ausbildung wird die Ozonbildung verhindert. Bei ei nem durchströmbaren Ummantelungsbehälter kann gegebenen falls ein Kühlmedium hindurchgeleitet werden.

Bei der durchströmbaren Ausbildung können aber auch vor teilhaft zusätzlich Photoreaktionsprodukte, beispiels weise Ozon aus Sauerstoff, gebildet werden.

Eine weitere wichtige Ausnutzung des durchströmbaren Um mantelungsbehälters ist die Reinigung von Gasen durch Oxidation vor organischen Nebenbestandteilen, z. B. die Entfernung von Methan aus Stickstoff.

Der Ummantelungsbehälter kann in verschiedener Form und aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sein. Eine zweckvolle Ausbildung kann vorsehen, daß der Ummante lungsbehälter aus Weichglas besteht und mit mindestens einem Rohr stirnseitig verschmolzen ist.

Zur gleichmäßigen Verteilung und/oder Stabilisierung der Gasentladungen können zusätzlich ein oder mehrere Elek troden innerhalb des Entladungsraumes vorgesehen sein, an die entsprechende Potentiale gelegt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der Erfindung schematisch dargestellt; Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bestrahlungsvor richtung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Bestrahlungsvor richtung gemäß der Erfindung in alternativer Ausbildung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ummantelungsbehälter 1 dargestellt, welcher einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist. Im Innern des Ummantelungsbehälters 1 befindet sich als photochemische Strahlungsquelle ein U-förmig ab gebogener Quecksilber-Niederdruckstrahler 4, der zwei rohrförmige parallele Schenkel 5, 6 aufweist. In diesen längserstreckten Schenkeln 5, 6 ist jeweils ein dünnes Rohr 7, 8 aus hochreinem Quarzglas eingeschmolzen, welches die zu bestrahlende Flüssigkeit aufnimmt.

Der Ummantelungsbehälter 1 besteht aus Weichglas und ist mit Anschlußbuchsen 9, 10, 11, 12 nach chromatographi scher Norm versehen. Gleichartige Anschlußbuchsen sind auch am Einlaß 2 und am Auslaß 3 vorgesehen, die gegebe nenfalls mit Blindstopfen verschlossen werden können, so daß sowohl ein Betrieb mit geschlossenem Ummantelungsbe hälter als auch mit durchströmbarem Ummantelungsbehälter möglich ist.

Die Anschlußbuchsen 9, 10 und 11, 12 sind über flexible Verbindungsleitungen 13, 14 und 15, 16 aus Polytetra fluorethylen sowie durch Verbindungstücke 17, 18, 19, 20, gemäß chromatographischer Norm mit den Rohren 7, 8 ver bunden. Zum elektrischen Anschluß des Quecksilber-Nieder druckstrahlers 4 ist eine stirnseitige Steckeranschluß buchse 21 vorgesehen.

Der Ummantelungsbehälter 1 kann aus verschiedenen Werk stoffen wie Glas, Metall oder Kunststoff bestehen. Er weist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform rechteckigen Querschnitt auf. Bei den verschiedenen Werk stoffen, aus denen der Ummantelungsbehälter hergestellt werden kann, sind gegebenenfalls auch andere Quer schnittsformen, z. B. Kreisform, verwendbar und zweckmä ßig.

Bei der vereinfachten Ausführung nach Fig. 3 ist auf den Ummantelungsbehälter verzichtet worden. Die Innenwandflä che des Quecksilber-Niederdruckstrahlers 4 ist mit einem spiegelnden Oberflächenbelag 22 versehen. Die nicht näher erläuterten Teile entsprechen der Ausführung nach Fig. 1.

Eine solche Bestrahlungsvorrichtung der oben genannten Art kann vorzugsweise kontinuierlich betrieben werden, und hierbei läßt sich z. B. eine gleichbleibende Qualität der aufbereiteten Flüssigkeiten erzielen. Die Bestrah lungsvorrichtung kann vorteilhaft auch zur Einwirkung auf andere Medien bzw. fluide Substanzen oder Substanzge mische anstelle von Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. für Gase.

Anstelle der häufig gebrauchten Bezeichnung "Quarzglas" ist zweckmäßiger "Silikatanhydridglas" zu setzen.

Claims

1. Bestrahlungsvorrichtung in Form eines Rohrreaktors zum Erzeugen photochemischer Reaktionen in Medien, insbesondere in wäßrigen bzw. wasserhaltigen Flüs sigkeiten, mit mindestens einer eine elektrische Gas entladung in einem Entladungsraum erzeugenden photo chemischen Strahlungsquelle, deren Strahlung die in mindestens einem Rohr vorbeiströmende Flüssigkeit im Einwirkungsbereich der Strahlungsquelle durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das die Flüssigkeit füh rende Rohr (7, 8) innerhalb des Entladungsraumes der photochemischen Strahlungsquelle (4) angeordnet ist.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die photochemische Strahlungsquelle (4) ein Quecksilber-Niederdruckstrahler ist und daß das Rohr (7, 8) aus einem UV-durchlässigen, unter den Bedingungen innerhalb des Entladungsraumes beständi gen Material besteht.

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der UV-Strahler (4) wesentliche Strahlungsanteile im Bereich der Doppelbande bei 185 nm aufweist.

4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß im Entladungsraum zwei oder mehrere flüssigkeitsführende Rohre (7, 8) angeordnet sind.

5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das die Flüssigkeit führende Rohr (7, 8) aus hochreinem Quarzglas besteht.

6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Innenwandfläche der photochemi schen Strahlungsquelle (4) verspiegelt ist.

7. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die photochemische Strahlungsquelle (4) mit mindestens einem in ihrem Entladungsraum lie genden Rohr (7, 8) von einem Ummantelungsbehälter (1) umgeben ist.

8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ummantelungsbehälter (1) abge schlossen ist.

9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ummantelungsbehälter (1) durch strömbar ist.

10. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ummantelungsbehälter (1) aus Weichglas besteht und mit mindestens einem die Flüs sigkeiten führenden Rohr (7, 8) stirnseitig verschmol zen ist.

11. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß im Entladungsraum zusätzliche Elek troden zur gleichmäßigen Verteilung und/oder Stabili sierung der Gasentladung vorgesehen sind.

12. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres (7, 8) un terhalb von 3 mm liegt.

13. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß zwei längserstreckte Rohre (7, 8) in den beiden parallelen Schenkeln (5, 6) einer U-förmig abgebogenen photochemischen Strahlungsquelle (4) liegen.

14. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die lichte Weite des Rohres (7, 8) unterhalb von 5 mm liegt.

15. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das flüssigkeitsführende Rohr (7, 8) innerhalb des rohrförmigen Entladungsraumes längs er streckt, zentral angeordnet ist.