本發(fā)明屬于有機(jī)廢氣治理領(lǐng)域，具體涉及一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法。

技術(shù)背景

近年來我國北方大部分地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，尤其是京津冀地區(qū)，而揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)是導(dǎo)致這種嚴(yán)重霧霾天氣的直接原因之一。惡劣的霧霾天氣嚴(yán)重影響了人們的正常生活并且對人的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)一般是指在常溫常壓下飽和蒸氣壓大于70pa、沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)化合物的總稱，包括脂肪烴、芳香烴、含鹵烴類、含氧烴類、含氮烴和含硫烴類等，其主要來源于石化、汽車、家電、精細(xì)化工等行業(yè)。

有機(jī)廢氣治理控制技術(shù)主要有液體吸收法、熱破壞法、活性炭吸附法、冷凝法以及近些年技術(shù)趨于成熟的現(xiàn)代方法例如：光催化法、低溫等離子體技術(shù)、超重力技術(shù)、脈沖電暈法等等。其中液體吸收法是利用液體吸收劑吸附有機(jī)廢氣從而達(dá)到處理有機(jī)廢氣的目的。廢氣吸收液一般由水、表面活性劑及其他一些添加劑按比例配制而成，此方法適用于水溶性良好、有組織排放源的有機(jī)氣體，工藝簡單，管理方便，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。但液體吸收法產(chǎn)生二次污染，需對洗滌液進(jìn)行處理，凈化效率低。目前，很少采用液體吸收法處理有機(jī)廢氣，主要原因是無合適的吸收劑可以選擇。

另外，光催化法由于其處理效率高、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。光催化是利用二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎┰谧贤夤庹丈湎聦⒂袡C(jī)廢氣催化降解為水和二氧化碳，反應(yīng)條件溫和、光解迅速、適用范圍廣，烴、醇、醛、酮、氨等有機(jī)物都能被二氧化鈦光催化降解。其反應(yīng)機(jī)理主要是二氧化鈦催化劑吸收光子從而產(chǎn)生光生電子(e‐)和空穴(h+)，此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成羥基自由基。而超氧負(fù)離子和羥基自由基具有很強(qiáng)的氧化性，能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至最終產(chǎn)物二氧化碳和水，甚至對一些無機(jī)物也能徹底分解。但是，采用液體吸收協(xié)同紫外光催化能夠彌補(bǔ)液體吸收和光催化的不足，提高vocs去除率和降低處理成本的技術(shù)尚未報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的廢氣去除率低和處理成本高的問題，提出了一種高效低耗的液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和催化劑納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在納米級二氧化鈦催化下經(jīng)紫外光降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置，分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

吸收液按重量百分比由下述組分組成：6％～10％的分子量為1～30萬的聚乙烯吡咯烷酮、3％～6％的分子量為200～600的聚乙二醇、0.5％～1％的氯化鈉、0.1％～0.3％的工業(yè)香精、1％～3％的異噻唑啉酮、余量為水。

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體在進(jìn)入噴淋塔的濃度為50mg/m³～1000mg/m³，流量為40～100m³/min時，紫外燈管主波長為250nm～380nm，功率為20～100w，光照強(qiáng)度為6mw/cm²～50mw/cm²，納米級二氧化鈦的投加量為120g～1500g。

優(yōu)選的是：揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體在進(jìn)入噴淋塔的濃度為300mg/m³～800mg/m³，流量為42～58m³/min時，紫外燈管主波長為360nm～380nm，功率為50～100w，光照強(qiáng)度為12mw/cm²～36mw/cm²，納米級二氧化鈦的投加量為350g～600g。

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝置，包括噴淋塔1、光催化器2和膜分離裝置3，所述噴淋塔內(nèi)設(shè)置有填料層12和吸收液噴淋裝置15，廢氣進(jìn)口管道11連接氣體流量計14后與噴淋塔的下部連接，噴淋塔的底部出口13通過管道依次與第一泵23、光催化器2連接，光催化器內(nèi)設(shè)置有紫外燈管22和納米級二氧化鈦21，光催化器通過管道依次與第二泵32、膜分離裝置3連接，膜分離裝置的截留納米級二氧化鈦出口4通過管道與光催化器連接，膜分離裝置的吸收液出口31通過管道依次與液體流量計41、噴淋塔1的吸收液噴淋裝置15連接。

噴淋塔中的填料層的填料優(yōu)選金屬環(huán)矩鞍填料、鮑爾環(huán)填料、纖維球填料或孔徑為5～10mm的板波紋填料。

噴淋塔中的吸收液噴淋裝置采用噴頭式分布器，噴頭式分布器上小孔同心圓排列，小孔直徑為3～10mm，吸收液噴淋裝置的噴灑直徑為1/5～1/3倍的噴淋塔塔體直徑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的方法簡單，無二次污染，處理效果受外界(如vocs含量、溫度、微生物抑制物質(zhì)等)影響較小并且具有很高的vocs去除率?？朔藗鹘y(tǒng)的吸收法吸收分解vocs氣體，其對環(huán)境有害的廢棄吸收液很難得到有效處理和利用的不足，吸收后的吸收液經(jīng)過膜分離裝置后可通過回流系統(tǒng)回流至噴淋塔，從而實(shí)現(xiàn)吸收液的循環(huán)使用，顯著降低了運(yùn)行處理成本。并且不存在吸收液排放污染環(huán)境的問題。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝置(見圖1)，包括噴淋塔1、光催化器2和膜分離裝置3，噴淋塔內(nèi)設(shè)置有填料層12和吸收液噴淋裝置15，廢氣進(jìn)口管道11連接氣體流量計14后與噴淋塔的下部連接，噴淋塔的底部出口13通過管道依次與第一泵23、光催化器2連接，光催化器內(nèi)設(shè)置有紫外燈管22和納米級二氧化鈦21，光催化器通過管道依次與第二泵32、膜分離裝置3連接，膜分離裝置的截留納米級二氧化鈦出口4通過管道與光催化器連接，膜分離裝置的吸收液出口31通過管道依次與液體流量計41、噴淋塔1的吸收液噴淋裝置15連接。

噴淋塔中的填料層的填料優(yōu)選：金屬環(huán)矩鞍填料、鮑爾環(huán)填料、纖維球填料或孔徑為5～10mm的板波紋填料。

噴淋塔中的吸收液噴淋裝置采用噴頭式分布器，噴頭式分布器上小孔同心圓排列，小孔直徑為3、4、5、6、7、8、9或10mm，液噴淋裝置的噴灑直徑為1/5、1/4或1/3倍的噴淋塔塔體直徑。

以填料為金屬環(huán)矩鞍填料；液噴淋裝置采用噴頭式分布器，噴頭式分布器上小孔同心圓排列，小孔直徑為6mm，液噴淋裝置的噴灑直徑為1/4倍的噴淋塔塔體直徑的一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝置為例進(jìn)行下述各實(shí)施例的操作。

實(shí)施例1

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體(選取制藥廠產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣丙酮)在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液(見表1)吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在紫外光和納米級二氧化鈦催化降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置(有機(jī)管式膜，膜面液體流速控制為5m/s)分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體在進(jìn)入噴淋塔的濃度為300mg/m³，流量為42m³/min時，納米級二氧化鈦的投加量為350g。

紫外燈管主波長為360nm，功率為60w，光照強(qiáng)度為12mw/cm²，丙酮的去除率99％。

實(shí)施例2

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體(選取噴漆產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣二甲苯)在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液(見表1)吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在紫外光和納米級二氧化鈦催化降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置(有機(jī)管式膜，膜面液體流速控制為3m/s)分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體在進(jìn)入噴淋塔的濃度為500mg/m³，流量為50m³/min時，納米級二氧化鈦的投加量為450g。

紫外燈管主波長為360nm，功率為50w，光照強(qiáng)度為30mw/cm²。二甲苯的去除率99.3％。

實(shí)施例3

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體(選取石油煉化廠產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣苯酚)在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液(見表1)吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在紫外光和納米級二氧化鈦催化降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置(有機(jī)管式膜，膜面液體流速控制為7m/s)分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

揮發(fā)性有機(jī)廢氣二甲苯在進(jìn)入噴淋塔的初始濃度為800mg/m³，流量為58m³/min時，納米級二氧化鈦的投加量為600g。

紫外燈管主波長為380nm，功率為100w，光照強(qiáng)度為36mw/cm²苯酚的去除率99％。

表1：吸收液按重量百分比由下述組分組成：

實(shí)施例4

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體(選取噴漆產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣二甲苯)在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液(同實(shí)施例1)吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在紫外光和納米級二氧化鈦催化降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置(有機(jī)管式膜，膜面液體流速控制為3m/s)分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

揮發(fā)性有機(jī)廢氣二甲苯在進(jìn)入噴淋塔的初始濃度為50mg/m³，流量為100m³/min時，納米級二氧化鈦的投加量為120g。

紫外燈管主波長為250nm，功率為20w，光照強(qiáng)度為6mw/cm²二甲苯的去除率96％。

實(shí)施例5

一種液體吸收協(xié)同紫外光催化降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，包括如下步驟：

揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體(選取噴漆產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣二甲苯)在噴淋塔內(nèi)經(jīng)吸收液(同實(shí)施例1)吸收后從噴淋塔底部排出并輸送到設(shè)置有紫外燈管和納米級二氧化鈦的光催化器內(nèi)，在紫外光和納米級二氧化鈦催化降解后，揮發(fā)性有機(jī)化合物分解成二氧化碳和水，從光 催化器排出的混合液經(jīng)膜分離裝置(有機(jī)管式膜，膜面液體流速控制為3m/s)分離得到二氧化鈦濃縮液和吸收液，吸收液輸送到噴淋塔重復(fù)利用，二氧化鈦濃縮液回流至光催化器。

揮發(fā)性有機(jī)廢氣丙酮在進(jìn)入噴淋塔的初始濃度為1000mg/m³，流量為40m³/min，納米級二氧化鈦的投加量為1500g。

紫外燈管主波長為380nm，功率為100w，光照強(qiáng)度為50mw/cm²，二甲苯的去除率97％。

揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)通過廢氣進(jìn)口管道從噴淋塔下部進(jìn)入到噴淋塔內(nèi)部，氣體不斷上升，吸收液被噴淋裝置均勻的分配到填料層的填料顆粒表面形成薄膜層，與上升的vocs廢氣充分接觸后，將廢氣中的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)移到液相，以溶解的水含物或者新化合物存于液相中。飽和廢氣吸收液在重力作用從噴淋塔底部的排放口排出，然后進(jìn)入光催化器內(nèi)，二氧化鈦催化劑被紫外光活化，產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化能力的空穴和·oh自由基，空穴和·oh自由基能夠?qū)⒔^大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)氧化分解成二氧化碳和水。

膜分離裝置的目的在于將二氧化鈦催化劑分離出來使吸收液得以再生，再生后的吸收液回流至噴淋塔，回流流量由液體流量計調(diào)節(jié)，而含有二氧化鈦催化劑的濃縮液則回流至光催化器。

以上所述是對本發(fā)明的解釋，而非對本發(fā)明的限制，其他任何未背離本發(fā)明原理的修改、簡化、組合都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。