一種研究光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置制造方法
【專利摘要】一種研究光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置，包括：貯液罐置于恒溫器之上，貯液罐中設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口以及溫度計(jì)，進(jìn)氣口與空氣罐連接，出氣口連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口，氣體流量控制器的出氣口連接光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和第一采樣口，氣體流量控制器設(shè)置有多個(gè)流量控制開(kāi)關(guān)；光催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有可更換的光源，光源周圍盤(pán)旋環(huán)繞的石英管內(nèi)填充有光催化劑，石英管的兩端分別為進(jìn)氣口和出氣口，光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口與氣體流量控制器的出氣口相連接，光催化反應(yīng)器的出氣口連接冷凝液化器入口和第二采樣口；冷凝液化器內(nèi)的通氣道周圍設(shè)有用于冷卻的冷凝管，冷凝管的兩端分別連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口，冷凝液化器內(nèi)的通氣道下方為滴液容器。
【專利說(shuō)明】一種研究光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研宄光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs)是空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)污染物。世界衛(wèi)生組織對(duì)其定義為熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50?260°C之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。其污染主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是由于揮發(fā)性有機(jī)物多以氣、液態(tài)存在，這些有毒物質(zhì)會(huì)通過(guò)暴露人群的呼吸系統(tǒng)和皮膚進(jìn)入人體危害人體健康；另一方面是一些VOCs物種具有較強(qiáng)的光化學(xué)反應(yīng)活性，能在環(huán)境中進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，對(duì)城市和區(qū)域臭氧的生成至關(guān)重要，也是導(dǎo)致灰霾天氣的重要前體物之一，對(duì)復(fù)合型大氣污染的形成具有十分重要的促進(jìn)作用。
[0003]揮發(fā)性有機(jī)物是造成我國(guó)城市大氣污染的主要因素之一。傳統(tǒng)的VOCs控制技術(shù)主要包括物理方法和化學(xué)方法。物理方法是通過(guò)運(yùn)用凈化設(shè)備，采用吸收、分離等物理手段除去VOCs有機(jī)污染物，常用的物理方法有:吸附法，冷凝法，膜分離技術(shù)等。這些方法需要消耗大量能源，設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴，收集回來(lái)的油脂及烴類物質(zhì)易成為二次污染物?；瘜W(xué)方法是通過(guò)化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無(wú)毒害無(wú)機(jī)小分子化合物的方法。其中，光催化氧化法技術(shù)在常溫常壓下就能將廢氣中的有機(jī)物降解為二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物，具有去除效率高，安全可控，反應(yīng)條件溫和，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前最經(jīng)濟(jì)有效，最具有開(kāi)發(fā)前景的污染治理技術(shù)。
[0004]光催化氧化方法主要是利用光催化劑(如T12)的光催化活性，氧化吸附在催化劑表面的揮發(fā)性有機(jī)物。利用特定波長(zhǎng)的光(通常為紫外光)照射光催化劑，激發(fā)出一種高能粒子的“電子-空穴”對(duì)并與水、氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力的自由基活性基團(tuán)，將吸附在催化劑表面上的有機(jī)物氧化為二氧化碳和水等無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。然而，目前常用于光催化劑的納米打02顆粒細(xì)小，在光催化反應(yīng)過(guò)程中存在催化劑的回收，控制及反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)受到制約等的缺點(diǎn)，從而無(wú)法對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行有效的降解實(shí)驗(yàn)。這樣不但對(duì)深入研宄光催化降解揮發(fā)性有機(jī)物不利，更不利于光催化方法降解揮發(fā)性有機(jī)物向?qū)嵺`中的推廣及應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種研宄光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置，以改進(jìn)公知技術(shù)中存在的缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的裝置包括:
[0007]盛裝揮發(fā)性有機(jī)液體的貯液罐置于恒溫器之上，貯液罐中設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口以及溫度計(jì)，進(jìn)氣口與空氣罐連接，揮發(fā)氣體由出氣口連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口，氣體流量控制器的出氣口連接光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和第一采樣口，氣體流量控制器設(shè)置有多個(gè)流量控制開(kāi)關(guān)；
[0008]光催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有可更換的光源，光源周圍盤(pán)旋環(huán)繞石英管，石英管內(nèi)填充有光催化劑，石英管的兩端分別為光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和出氣口，光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口與氣體流量控制器的出氣口相連接，光催化反應(yīng)器的出氣口連接冷凝液化器入口和第二采樣口 ；
[0009]冷凝液化器內(nèi)的通氣道周圍設(shè)有用于冷卻的冷凝管，冷凝管的兩端分別連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口，冷凝液化器內(nèi)的通氣道下方為滴液容器。
[0010]所述的裝置中，貯液罐的進(jìn)氣口與空氣罐之間設(shè)有空氣流量控制閥。
[0011]所述的裝置中，貯液罐的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口
[0012]所述的裝置中，氣體流量控制器的一端設(shè)有多余氣體排出口。
[0013]所述的裝置中，光催化反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制作，填充光催化劑的石英管為純度99.999%的石英材質(zhì)制作而成，透光率為90%。
[0014]所述的裝置中，光催化劑為活性炭與天然沸石以重量比2:1的比例摻雜水玻璃成型直徑4cm的小球狀，并負(fù)載納米二氧化鈦制作而成。
[0015]所述的裝置中，光催化反應(yīng)器的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接冷凝液化器入口和第二采樣口。
[0016]所述的裝置中，冷凝管的兩端分別通過(guò)冷凝循環(huán)管連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口。
[0017]本發(fā)明克服了現(xiàn)有的納米1102顆粒細(xì)小，在光催化反應(yīng)過(guò)程中回收、控制及反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)受到制約等因素的困難，有效提高了光催化劑與光源之間的協(xié)同效應(yīng)，從而使光催化反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行了有效的降解實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的裝置操作簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明用于研宄光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置示意圖。附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明:
[0019]1-1空氣罐，1-2恒溫器，1-3貯液罐，1-4空氣進(jìn)口，1_5空氣流量控制閥，1_6氣體流量控制器，1-7揮發(fā)氣體管，1-8溫度計(jì)，1-9多余氣體排出口，2-1反應(yīng)器托盤(pán)，2-2光催化反應(yīng)器，2-3蛇形石英管，2-4第一采樣口，2-5進(jìn)氣口，2-6光源，2-7揮發(fā)氣體管，2-8第二采樣口，2-9出氣口，3-1控制架，3-2冷凝液化器，3-3冷凝液化器入口，3-4溫冷凝箱，3-5蛇形冷凝管，3-6冷凝循環(huán)管，3-7滴液容器。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的裝置包括揮發(fā)性有機(jī)物氣體發(fā)生系統(tǒng)、光催化降解反應(yīng)系統(tǒng)和尾氣冷凝回收系統(tǒng)。其中，揮發(fā)性有機(jī)物氣體發(fā)生系統(tǒng)由恒溫器和盛裝揮發(fā)性有機(jī)液體的貯液罐構(gòu)成。光催化降解反應(yīng)系統(tǒng)的主體為光催化反應(yīng)器，光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和出氣口分別與揮發(fā)性有機(jī)物氣體發(fā)生系統(tǒng)及尾氣冷凝回收系統(tǒng)連接。光催化反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有可更換的光源，光源周圍盤(pán)旋環(huán)繞有填充光催化劑的蛇形石英管。石英管中填充的光催化劑是活性炭與天然沸石摻雜水玻璃成型的小球狀并負(fù)載納米二氧化鈦的球形光催化劑，解決了納米光催化劑回收及控制困難的問(wèn)題。而且，吸附劑的吸附性能對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物分子起到富集作用，從而提高了光催化反應(yīng)效率，其次，污染物大分子不斷降解使得吸附劑不會(huì)吸附飽和，可以達(dá)到一種良性互補(bǔ)的效果。尾氣冷凝回收反應(yīng)系統(tǒng)利用熱交換原理使剩余氣體冷卻凝結(jié)為液體回收于滴液容器中。
[0021]本發(fā)明可以任意選擇一種或多種揮發(fā)性有機(jī)物，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量及濃度針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜅l件進(jìn)行光催化降解揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)研宄，光催化光源和光催化劑還可根據(jù)研宄目的另行選擇。
[0022]本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)空氣罐來(lái)調(diào)整空氣流量；通過(guò)調(diào)節(jié)恒溫器來(lái)調(diào)整揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)濃度并可通過(guò)氣體流量器調(diào)整揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)流量。光催化反應(yīng)器所使用的光源和光催化劑顯然也可根據(jù)研宄目的選擇使用。光催化劑中包括吸附劑與催化劑的比例協(xié)調(diào)，因此，可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，條件進(jìn)行不同的光催化降解實(shí)驗(yàn)。
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明的研宄光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置，按照功能可以劃分為揮發(fā)性有機(jī)物氣體發(fā)生系統(tǒng)(附圖中1-1?1-9部分)、光催化降解反應(yīng)系統(tǒng)(附圖中2-1?2-9部分)和尾氣冷凝回收系統(tǒng)(附圖中3-1?3-7部分)。
[0025]揮發(fā)性有機(jī)物氣體發(fā)生系統(tǒng)由恒溫器1-2和盛裝揮發(fā)性有機(jī)液體的貯液罐1-3構(gòu)成。使用恒溫器1-2將溫度調(diào)整到貯液罐1-3中揮發(fā)性液體的沸點(diǎn)溫度使液體揮發(fā)，并開(kāi)啟空氣罐1-1通過(guò)空氣流量控制閥1-5控制調(diào)整空氣進(jìn)口 1-4進(jìn)入貯液罐1-3的空氣流量，將貯液罐1-3揮發(fā)氣體通過(guò)揮發(fā)氣體管1-7移送至氣體流量控制器1-6控制氣體流量。氣體流量控制器1-6設(shè)置有多個(gè)流量控制開(kāi)關(guān)供調(diào)整多種混合氣體進(jìn)行同時(shí)控制，多余氣體通過(guò)多余氣體排出口 1-9排出。貯液罐1-3中安插有溫度計(jì)1-8觀察溫度變化。揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)氣體流量控制器1-9調(diào)整之后通過(guò)光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口 2-5進(jìn)入光催化反應(yīng)器2-2。
[0026]光催化反應(yīng)器2-2是作為光催化降解反應(yīng)系統(tǒng)中的主體，安置在反應(yīng)器托盤(pán)2-1上。光催化反應(yīng)器2-2的光源2-6設(shè)置于光催化反應(yīng)器2-2的中央，光源2-6的周圍由填充有小球形光催化劑的蛇形石英管2-3盤(pán)旋環(huán)繞，在最大范圍光源均勻照射石英管中光催化劑產(chǎn)生高氧化活性基團(tuán)，再與通過(guò)石英管通路的揮發(fā)性有機(jī)氣體進(jìn)行氧化降解反應(yīng)使被吸附在催化劑表面的揮發(fā)性有機(jī)物快速降解為無(wú)害的二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物。由于本發(fā)明的裝置是為了研宄光催化與揮發(fā)性有機(jī)物之間的協(xié)同效應(yīng)，因此，光催化反應(yīng)器中的光源是可更換的。例如，除可更換為常用的紫外線光源之外，還可以更換成不同光波段的光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。蛇形石英管中吸附劑負(fù)載二氧化鈦的光催化劑也可以根據(jù)不同的研宄目的進(jìn)行更換。
[0027]未得到完全氧化降解的剩余揮發(fā)性有機(jī)氣體通過(guò)出氣口 2-9經(jīng)揮發(fā)氣體管2-7與冷凝液化器入口 3-3進(jìn)入冷凝液化器3-2。光催化反應(yīng)器2-2的進(jìn)氣口 2-5和出氣口 2_9分別設(shè)置了第一采樣口 2-4和第二采樣口 2-8，可定時(shí)進(jìn)行采樣分析。
[0028]尾氣冷凝回收反應(yīng)系統(tǒng)是利用熱交換原理，使剩余氣體通過(guò)冷凝為液體進(jìn)行回收。具體地如圖1所示，尾氣冷凝回收反應(yīng)系統(tǒng)中的冷凝液化器3-2內(nèi)的通氣道周圍設(shè)有用于冷卻的蛇形冷凝管3-5，蛇形冷凝管3-5的兩端分別連接恒溫冷凝箱3-4的出水口和進(jìn)水口，冷凝液化器內(nèi)的通氣道下方為滴液容器3-7 ο本實(shí)施例中的冷凝液化器是安裝在控制架3-1上。光催化反應(yīng)器的出氣口 2-9將剩余氣體通過(guò)蛇形冷凝管3-5冷卻凝結(jié)為液體回收于滴液容器3-7中。冷凝循環(huán)管3-6中冷卻循環(huán)水由恒溫冷凝箱3-4提供。
[0029]本發(fā)明的裝置可供研宄人員根據(jù)不同條件與實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩`活地運(yùn)用，并且能得出比較滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0030]以上所述只是為了更清楚地對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述，而不是對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)范圍的情況下，利用上述揭示的方法對(duì)本發(fā)明所作的變動(dòng)和修改，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種研宄光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置，包括: 盛裝揮發(fā)性有機(jī)液體的貯液罐置于恒溫器之上，貯液罐中設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口以及溫度計(jì)，進(jìn)氣口與空氣罐連接，出氣口連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口，氣體流量控制器的出氣口連接光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和第一采樣口，氣體流量控制器設(shè)置有多個(gè)流量控制開(kāi)關(guān)； 光催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有可更換的光源，光源周圍盤(pán)旋環(huán)繞石英管，石英管內(nèi)填充有光催化劑，石英管的兩端分別為光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和出氣口，光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口與氣體流量控制器的出氣口相連接，光催化反應(yīng)器的出氣口連接冷凝液化器入口和第二采樣P ； 冷凝液化器內(nèi)的通氣道周圍設(shè)有用于冷卻的冷凝管，冷凝管的兩端分別連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口，冷凝液化器內(nèi)的通氣道下方為滴液容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，貯液罐的進(jìn)氣口與空氣罐之間設(shè)有空氣流量控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，貯液罐的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，氣體流量控制器的一端設(shè)有多余氣體排出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光催化反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制作，填充光催化劑的石英管為純度99.999%的石英材質(zhì)制作而成，透光率為90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光催化劑為活性炭與天然沸石以重量比2:1的比例摻雜水玻璃成型直徑4cm的小球狀，并負(fù)載納米二氧化鈦制作而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光催化反應(yīng)器的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接冷凝液化器入口和第二采樣口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，冷凝管的兩端分別通過(guò)冷凝循環(huán)管連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK104437077SQ201410645115
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】陳求穩(wěn), 羅明漢, 徐強(qiáng), 馬金峰, 李若男, 李國(guó)良 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心