專利名稱：一種甲烷降解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷降解裝置，尤其涉及一種超聲霧化甲烷降解裝置。
背景技術(shù)：
煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)形勢(shì)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中較為嚴(yán)峻，瓦斯事故危害性最高，被冠以煤礦“第一殺手”。瓦斯的治理是一個(gè)世界性的難題，目前還沒(méi)有從根本上解決瓦斯災(zāi)害的辦法。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，能源短缺，能耗量大，煤炭又占我國(guó)能源總消耗量的70%以上，各地都在積極開(kāi)采煤礦。因此，瓦斯治理是一件即嚴(yán)峻又必須進(jìn)行的工作。煤礦瓦斯中的主要成分為甲烷(CH4),它也是主要的溫室氣體之一，它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍，甲烷濃度的增加還會(huì)帶來(lái)地球環(huán)境的破壞，也就是“溫室效應(yīng)”，導(dǎo)致全球氣候的變暖。因此，對(duì)甲烷進(jìn)行治理，對(duì)于安全生產(chǎn)，環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都有著重要的意義。由于甲烷分子化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，正常情況下很難與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。目前降解甲烷的方法主要有微生物降解法和化學(xué)催化降解法，微生物降解存在降解速度慢的問(wèn)題。化學(xué)催化氧化法則是利用羥自由基(.0Η)。羥基自由基具有極強(qiáng)的氧化能力。是自然界中僅次于氟的強(qiáng)氧化劑。產(chǎn)生羥基自由基的方法較多，主要有Fenton法和光催化法。但也存在如下問(wèn)題:如《武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)》第32卷第5期116頁(yè)于2010年發(fā)表的文章《Fenton試劑液相催化氧化法凈化甲苯氣體》和《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》第26卷第6期653頁(yè)于2006年發(fā)表的文章《真空紫外光催化降解甲烷》中分別介紹了利用Fenton法和光催化法去除甲苯或甲烷。但因?yàn)榧妆胶图淄槭菤怏w，不溶于水溶液，而Fenton試劑為液體，TiO2為固體，所以當(dāng)它們與Fenton試劑或固體TiO2反應(yīng)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)只能發(fā)生在氣體與液態(tài)Fenton試劑的氣/液接觸面上或是氣體與TiO2的氣/固界面上，屬于兩相反應(yīng)體系，且由于甲烷氣泡會(huì)迅速上升而離開(kāi)液體，所以甲烷與氧化劑接觸面積小，反應(yīng)效率低。在公知的超聲 領(lǐng)域，超聲霧化器利用電子高頻震蕩，通過(guò)陶瓷霧化片的高頻諧振，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的水霧。廣泛的用于加濕器和醫(yī)療領(lǐng)域。如2012年《昆明醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)》第33卷第12期107頁(yè)發(fā)表的文章《微量間歇性超聲霧化吸入治療小兒支氣管肺炎》和《汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)》第25卷第4期212頁(yè)發(fā)表的文章《不同溫度對(duì)茶液超聲霧化法治療春季結(jié)膜炎療效的影響》中對(duì)超聲霧化在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種超聲霧化甲烷降解裝置，能夠極大地增加甲烷與氧化物質(zhì)的接觸面積，高效率地去除空氣中的甲烷氣體。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種超聲霧化甲烷降解裝置，包括進(jìn)氣管路、排氣管路和連接進(jìn)氣管路與排氣管路的反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置由反應(yīng)室、超聲霧化器、攪拌子、反應(yīng)液、磁力攪拌器、長(zhǎng)形彎管以及回流裝置構(gòu)成。磁力攪拌器位于攪拌子的正下方。反應(yīng)室的斜上方設(shè)置有紫外光發(fā)射裝置。排氣管路與排氣泵相連。所述的紫外光發(fā)射裝置為紫外LED光源。所述的反應(yīng)室側(cè)面和下表面設(shè)置有金屬反射壁。所述的金屬反射壁銀或鋁制成。所述的反應(yīng)室由石英玻璃制作。 所述的超聲霧化器表面經(jīng)過(guò)耐氧化處理，具有耐氧化能力。所述的回流裝置由長(zhǎng)形彎管、儲(chǔ)液罐和下流管組成。所述的下流管上帶有一控制閥門。所述的反應(yīng)液可以是Fenton試劑或納米TiO2與水形成的懸浮液。本發(fā)明利用磁力攪拌器帶動(dòng)攪子轉(zhuǎn)動(dòng)，將反應(yīng)液不斷的混合均勻；再利用超聲霧化器的霧化功能，將反應(yīng)室中的反應(yīng)液包括液體中的氧化性化學(xué)物質(zhì)以近霧化的形式噴至空中與甲烷氣體充分混合，在紫外光的照射下高效降解。與傳統(tǒng)方法相比，這種方法利用了超聲霧化器，使反應(yīng)液中的Fenton試劑或納米TiO2粉末在空中形成近似的霧氣，有效地增加了甲烷氣體與反應(yīng)液的接觸面積，使甲烷氣體與反應(yīng)液中的氧化劑形成近似的氣/氣混合，解決了甲烷不溶于水而與氧化劑接觸面積小，反應(yīng)效率低的問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括進(jìn)氣管路1、長(zhǎng)形彎管9和連接進(jìn)氣管路I與長(zhǎng)形彎管9的反應(yīng)室2，以及回流裝置和排氣管路14及排氣泵15。反應(yīng)室2上部設(shè)置有紫外光發(fā)射裝置3，紫外光發(fā)射裝置3可采用大功率紫外LED光源。反應(yīng)室2內(nèi)部放有一磁力攪拌子5，在磁力攪拌子5的正下方，反應(yīng)室2外部放有磁力攪拌器7。在反應(yīng)室2內(nèi)部還設(shè)置有一超聲霧化器6，此超聲霧化器外表面經(jīng)過(guò)耐氧化處理。反應(yīng)室2內(nèi)部還充有一定量的反應(yīng)液
4。反應(yīng)室2的側(cè)面和下表面設(shè)置有銀或鋁制成的金屬反光壁。回流裝置包括儲(chǔ)液罐11和回流管12，儲(chǔ)液罐11位于反應(yīng)室2的斜上方。儲(chǔ)液罐11中加有水10。排氣管路14 一端連接儲(chǔ)液罐11，另一端連接排氣泵15用來(lái)排出反應(yīng)后的氣體?；亓鞴?2上帶有一控制閥門13用來(lái)控制開(kāi)關(guān)和流量。長(zhǎng)形彎管9的上方端口位于水10的液面下。本發(fā)明在工作過(guò)程中，將環(huán)境中含有甲烷分子的空氣在排氣泵15的作用下從進(jìn)氣通道I吸入反應(yīng)室2，在反應(yīng)室2中，充有一定量的反應(yīng)液4。打開(kāi)磁力攪拌器7，帶動(dòng)磁力攪拌子5，使反應(yīng)液4 一直混合。在超聲霧化器6的作用下，反應(yīng)液中的水及化學(xué)物質(zhì)即氧化劑被噴至空中形成近霧化的反應(yīng)物8，反應(yīng)物8以近霧化的形式與甲烷氣體充分混合。打開(kāi)紫外光發(fā)射裝置3，在紫外光下與甲烷分子進(jìn)行催化反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體再通過(guò)長(zhǎng)形彎管9進(jìn)入儲(chǔ)液罐11，一定量的霧化物質(zhì)在長(zhǎng)形彎管中組成大液滴后回落到反應(yīng)室2中，另有一部分霧化液體如Fenton試劑等將被帶入儲(chǔ)液罐11。因長(zhǎng)形彎管9的出氣端面位于水面下，因此反應(yīng)物質(zhì)將液化后留在水中，而反應(yīng)后的尾氣因?yàn)椴蝗苡谒蛭⑷苡谒旧蠌呐艢夤苈?4排 出。當(dāng)儲(chǔ)液罐11中液體增加到一定程度，水面高度達(dá)到回流管12的管口高度時(shí)，將順著回流管12返回反應(yīng)室2。可通過(guò)閥門13控制開(kāi)關(guān)和流量。
現(xiàn)有技術(shù)中，如果利用納米TiO2作為化學(xué)反應(yīng)物對(duì)有機(jī)氣體進(jìn)行催化降解，可將氣體通過(guò)含納米TiO2與水的混合進(jìn)行循環(huán)，氣體與TiO2接觸面積小，催化效率較低。如果利用Fenton試劑作為化學(xué)反應(yīng)物4對(duì)氣體進(jìn)行催化降解，也是將氣體通過(guò)Fenton試劑的水溶液進(jìn)行反應(yīng)，因?yàn)闅怏w與Fenton試劑屬于兩相，只在氣泡與液體界面形成反應(yīng)，所以接觸面積十分有限，反應(yīng)效率低。在公知的超聲領(lǐng)域，超聲霧化器廣泛的用于加濕器和醫(yī)療領(lǐng)域，而本發(fā)明首次將超聲霧化應(yīng)用于氣體降解領(lǐng)域。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是利用超聲霧化器6的霧化功能，將水中的Fenton試劑或TiO2粉沫以霧化或近霧化的形式噴至空中，與空中的甲烷氣體形成近似的氣/氣混合后進(jìn)行光降解，此方法極大地增加了反應(yīng)物的接觸面積，從而提高了反應(yīng)的速度。實(shí)施例1，配制Fenton試劑，其中H2O2濃度為100mmol/L，F(xiàn)eSO4.7H20的濃度為2mmol/L，硫酸調(diào)節(jié)pH至2.5。將Fenton試劑加入到反應(yīng)室2中。液面高度超過(guò)超聲霧化器上表面約5cm。打開(kāi)超聲霧化器6和磁力攪拌器7，打開(kāi)紫外光發(fā)射裝置3并打開(kāi)排氣泵15，開(kāi)始通入待降解氣體。待降解氣體與漂在空中的霧化Fenton試劑以近氣體的形式混后聞效反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由長(zhǎng)形彎管9進(jìn)入儲(chǔ)液iip 11中，儲(chǔ)液iil 11中加入一定量的水，不溶于水或難溶于水的氣體從排氣管路14排出。少量霧化反應(yīng)液在儲(chǔ)液罐11中變?yōu)橐后w，當(dāng)液體蓄積到一定高度時(shí)，打開(kāi)閥門13，使液體回流到反應(yīng)室2。實(shí)施例2，配制Fenton試劑，其中H2O2濃度為50mmol/L，F(xiàn)eSO4.7H20的濃度為2mmol/L,高氯酸調(diào)節(jié)pH至3.5。將Fenton試劑加入到反應(yīng)室2中。液面高度超過(guò)超聲霧化器上表面約5cm。打開(kāi)超聲霧化器6和磁力攪拌器7,打開(kāi)紫外光發(fā)射裝置3并打開(kāi)排氣泵15，開(kāi)始通入待降解氣體。待降解氣體與漂在空中的霧化Fenton試劑以近氣體的形式混后聞效反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由長(zhǎng)形彎管9進(jìn)入儲(chǔ)液iip 11中，儲(chǔ)液iil 11中加入一定量的水，不溶于水或難溶于水的氣體從排氣管路14排出。少量霧化反應(yīng)液在儲(chǔ)液罐11中變?yōu)橐后w，當(dāng)液體蓄積到一定高度時(shí)，打開(kāi)閥門13，使液體回流到反應(yīng)室2。實(shí)施例3，將納米TiO2粉沫中加入去離子水，TiO2占0.05%?；旌暇鶆蚝蠹尤氲椒磻?yīng)室2中，液面高度超過(guò)超聲 霧化器上表面約5cm。打開(kāi)超聲霧化器6和磁力攪拌器7，使納米TiO2粉沫在反應(yīng)室中混合均勻，5分鐘后打開(kāi)紫外光發(fā)射裝置3并打開(kāi)排氣泵15，開(kāi)始通入待降解氣體。待降解氣體與漂在空中的霧化水和納米TiO2充分混后反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由長(zhǎng)形彎管9進(jìn)入儲(chǔ)液罐11中，儲(chǔ)液罐11中加入一定量的水，不溶于水或難溶于水的氣體從排氣管路14排出。少量霧化物質(zhì)在儲(chǔ)液罐11中變?yōu)橐后w，當(dāng)液體蓄積到一定高度時(shí)，打開(kāi)閥門13，使液體回流到反應(yīng)室2。實(shí)施例4，將納米TiO2粉沫中加入去離子水，TiO2占0.2%。混合均勻后加入的反應(yīng)室2中，液面高度超過(guò)超聲霧化器上表面約4cm。打開(kāi)超聲霧化器6和磁力攪拌器7，使納米TiO2粉沫在反應(yīng)室中混合均勻，5分鐘后打開(kāi)紫外光發(fā)射裝置3并打開(kāi)排氣泵15，開(kāi)始通入待降解氣體。待降解氣體與漂在空中的霧化水和納米TiO2充分混后反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由長(zhǎng)形彎管9進(jìn)入儲(chǔ)液罐11中，儲(chǔ)液罐11中加入一定量的水，不溶于水或難溶于水的氣體從排氣管路14排出。少量霧化物質(zhì)在儲(chǔ)液罐11中變?yōu)橐后w，當(dāng)液體蓄積到一定高度時(shí)，打開(kāi)閥門13，使液體回流到反應(yīng)室2。
權(quán)利要求
1.一種甲烷降解裝置，其特征在于包括進(jìn)氣管路、排氣管路和連接進(jìn)氣管路與排氣管路的反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置由反應(yīng)室、超聲霧化器、攪拌子、反應(yīng)液、磁力攪拌器、長(zhǎng)形彎管以及回流裝置構(gòu)成。磁力攪拌器位于攪拌子的正下方。反應(yīng)室的斜上方設(shè)置有紫外光發(fā)射裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有超聲霧化器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的反應(yīng)液為Fenton試劑或納米TiO2粉沫。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)由超聲霧化器進(jìn)行霧化。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的反應(yīng)室上端與長(zhǎng)型彎管相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的反應(yīng)長(zhǎng)型彎管出氣端位于回流裝置中的液面下。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的甲烷降解裝置，其特征在于所述的回流裝置與長(zhǎng)形彎管和下流管相連。
8.一種甲烷降解裝置，其特征在于反應(yīng)室中設(shè)置有超聲霧化器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種甲烷降解裝置，包括進(jìn)氣管路、排氣管路和連接進(jìn)氣管路與排氣管路的反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置由反應(yīng)室、超聲霧化器、攪拌子、反應(yīng)液、磁力攪拌器、長(zhǎng)形彎管以及回流裝置構(gòu)成。反應(yīng)室的斜上方設(shè)置有紫外光發(fā)射裝置。本發(fā)明利用超聲霧化器的霧化功能，將反應(yīng)室中的反應(yīng)液以近霧化的形式噴至空中與甲烷氣體充分混合，在紫外光的照射下高效降解甲烷氣體。這種方法利用了超聲霧化器，使氧化劑在空中形成近似的霧氣，有效地增加了甲烷氣體與氧化劑的接觸面積，解決了甲烷不溶于水而與氧化劑接觸面積小，反應(yīng)效率低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B01D53/72GK103252160SQ20131017262
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者汪艦, 張利偉, 魏建平, 楊波, 沈玲, 姚培峰 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)