一種氣相光解-液相光催化氧化凈化揮發(fā)性有機(jī)物的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于氣體污染物處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣相光解-液相光催化氧化凈化揮發(fā)性有機(jī)物的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，有機(jī)廢氣的排放量日益增多，空氣污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)大幅提升。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs )是我國(guó)大氣關(guān)鍵污染物PM2.5和O3形成的重要前體物，易與其它大氣污染物相互耦合，所形成的新污染物難以自然分解，危害更為持久。此外，其還能參與光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧污染。有機(jī)廢氣往往帶有惡臭，不僅對(duì)人體和各種感官有刺激作用，而且具有一定的毒性，對(duì)人體健康造成極大的危害。有機(jī)廢氣的消除治理是一項(xiàng)緊迫而重要的工作，成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。
[0003]目前應(yīng)用較多的工藝如活性炭吸附、催化燃燒等在實(shí)際使用過(guò)程中仍存在一定局限，難以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)及人民群眾對(duì)改善空氣質(zhì)量的迫切要求。如吸附法并不能根本上消除污染物，其脫附設(shè)備、控制系統(tǒng)及脫附運(yùn)行成本高，吸附劑飽和后需要再生或者更換。催化燃燒通常以貴金屬為催化劑，成本高;在高溫環(huán)境進(jìn)行存在安全隱患且催化劑易失活;有機(jī)廢氣濃度較低需要外部熱量來(lái)維持燃燒。
[0004]光催化技術(shù)是近年來(lái)得到廣泛關(guān)注，能在室溫光照下分解有機(jī)物，具有氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢(shì)，是一種比較有前景的技術(shù)。然而常用的氣/固光催化氧化揮發(fā)性有機(jī)物過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生醛、酮、酸和酯等中間產(chǎn)物，不僅造成二次污染，而且中間產(chǎn)物覆蓋在催化活性位會(huì)導(dǎo)致催化劑效率下降甚至完全失活，且凈化后氣體殘余臭氧等副產(chǎn)物。這些問題成為制約該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。為提高光催化降解效率、有效解決催化劑失活以及消除臭氧副產(chǎn)物，需對(duì)氣/固光催化氧化有機(jī)廢氣體系進(jìn)行變革。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)廢氣處理技術(shù)的不足，在氣/固光催化的基礎(chǔ)上提出一種氣相光解-液相光催化氧化凈化揮發(fā)性有機(jī)物的新方法，該方法將氣相光解與液相光催化有效結(jié)合，通過(guò)在液相中加入催化劑，使得揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)光解后進(jìn)入液相中并發(fā)生光催化氧化、臭氧氧化等反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣高效穩(wěn)定的降解。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種氣相光解-液相光催化氧化凈化揮發(fā)性有機(jī)物的
目.ο
[0007]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0008]—種氣相光解-液相光催化氧化凈化揮發(fā)性有機(jī)物的方法，包括如下步驟:
S1.氣相光解:將揮發(fā)性有機(jī)物在紫外光條件下照射，光解時(shí)間<ls，反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，與光解后的殘留氣體組成混合氣； S2.液相光催化:將SI得到的混合氣與催化劑漿液進(jìn)行逆向氣液接觸，充分反應(yīng)，混合氣轉(zhuǎn)化為CO2和H2O;
所述催化劑漿液以水為介質(zhì)，加入T12或經(jīng)過(guò)渡金屬M(fèi)n、Cu、Co或Ni改性后的T12;其中，過(guò)渡金屬改性T12的方法為:以含過(guò)渡金屬的鹽為前驅(qū)體，采用浸漬法，將其水溶液與T12粉末的水溶液混勻后，80?120°C烘干，然后在300?550°C的條件下焙燒，得到所述改性T12o
[0009]現(xiàn)有研究表明，液相光催化降解水中有機(jī)物相比于氣-固光催化凈化揮發(fā)性有機(jī)物，其催化穩(wěn)定性好。這可能是因?yàn)橐合嘀写呋瘎┍砻嬗捎谒醋饔?，保持較高的活性。單獨(dú)使用氣相光解，揮發(fā)性有機(jī)物降解效率低，且產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，產(chǎn)生的臭氧直接排放會(huì)造成污染，而液相光催化用于廢水中揮發(fā)性有機(jī)物的處理較多，氣體揮發(fā)性有機(jī)物主要用氣固光催化，將二者結(jié)合是考慮到液相中的降解速率高于氣相，且一些光解產(chǎn)物易溶于水，再者液相中的催化劑由于水洗作用，中間產(chǎn)物不會(huì)像氣固光催化那樣積累在催化劑表面，導(dǎo)致催化劑失活。
[0010]揮發(fā)性有機(jī)物首先在紫外光作用下進(jìn)行高能紫外光解，一部分揮發(fā)性有機(jī)物被光解，同時(shí)該過(guò)程產(chǎn)生一定量的O3，其中被光解的一部分揮發(fā)性有機(jī)物的光解產(chǎn)物包括醛、酸等中間產(chǎn)物;經(jīng)光解后的混合氣(包括揮發(fā)性有機(jī)物、光解產(chǎn)物、臭氧)與催化劑漿液進(jìn)行氣液接觸，此時(shí)揮發(fā)性有機(jī)物及其產(chǎn)物除了向液相中轉(zhuǎn)移外，還會(huì)由于催化劑漿液的吸附作用加快向溶液及催化劑固體顆粒中擴(kuò)散，然后在紫外光、光催化劑及臭氧的作用下，揮發(fā)性有機(jī)物及其中間產(chǎn)物在液相中發(fā)生光催化氧化以及臭氧催化氧化等過(guò)程，最終轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O排出。步驟SI紫外光解產(chǎn)生的臭氧能強(qiáng)化后續(xù)的液相光催化氧化步驟，產(chǎn)生更多的高活性氧物種，進(jìn)而提高揮發(fā)性有機(jī)物凈化效率并延緩催化劑失活，減少臭氧污染的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了臭氧利用，化害為利;在步驟S2過(guò)程中由于降解作用的存在，液相中的揮發(fā)性有機(jī)物不斷被降解，可有效促進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)物向液相中轉(zhuǎn)移，加快了液相的吸收效率，最終實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物的高效凈化。
[0011]本發(fā)明將氣相光解與液相光催化氧化有效結(jié)合起來(lái)，兩個(gè)步驟相互影響，協(xié)同作用，無(wú)法分割。所述方法從根本上解決氣-固光催化表面中間產(chǎn)物沉積導(dǎo)致的催化劑失活以及VOCs液相吸收效率低等問題，通過(guò)高能紫外光解、液相光催化和臭氧催化氧化等多種過(guò)程協(xié)同作用，減少中間產(chǎn)物的產(chǎn)生與積累，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣高效穩(wěn)定的降解。此外，該方法充分利用紫外光能使其同時(shí)為氣相光解、液相光催化氧化提供能量，而且氣相光解過(guò)程中產(chǎn)生的臭氧也可在液相催化劑作用下強(qiáng)化VOCs氧化。
[0012]所述的催化劑漿液以水為介質(zhì)，加入二氧化鈦或經(jīng)過(guò)渡金屬改性后的二氧化鈦混合而成，比普通的二氧化鈦具有更強(qiáng)的光催化活性，在紫外燈激發(fā)下催化劑和水能產(chǎn)生更多強(qiáng)氧化性的自由基，提高體系氧化能力，可無(wú)選擇性地分解難降解污染物為二氧化碳和水，具有強(qiáng)有機(jī)廢氣吸附性能、高臭氧利用效率以及高光催化活性。本發(fā)明方法具有凈化效率高、反應(yīng)溫和、過(guò)程簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，其能為揮發(fā)性有機(jī)物治理提供一種新的高效經(jīng)濟(jì)的解決方案。
[0013]優(yōu)選地，S2使用后的催化劑漿液經(jīng)收集后再生使用。
[0014]優(yōu)選地，含過(guò)渡金屬的鹽為有機(jī)醋酸鹽或無(wú)機(jī)硫酸鹽。
[0015]優(yōu)選地，所述過(guò)渡金屬的負(fù)載量為I%~5%。[ΟΟ? 6]優(yōu)選地，SI所述紫外光的波長(zhǎng)為185nm。
[0017]本發(fā)明還提供一種基于上述方法的氣相光解-液相光催化裝置，包括氣相光解室、液相光催化噴淋塔及液體回收再生箱，所述液相光催化噴淋塔內(nèi)自下而上依次設(shè)有廢氣進(jìn)氣裝置、濾球?qū)?、吸收液噴淋裝置和氣體排放口，所述液相光催化噴淋塔的下部與液體回收再生箱的上部相連，所述液體回收再生箱通過(guò)送液管道、循環(huán)栗與吸收液噴淋裝置相連;所述液相光催化噴淋塔內(nèi)還設(shè)有紫外燈和氣相光解室，液相光催化噴淋塔內(nèi)的紫外燈設(shè)置于濾球?qū)雍蜌怏w排放口之間，所述吸收液噴淋裝置的末端設(shè)有若干個(gè)霧化噴嘴，所述氣相光解室包括石英玻璃套管和設(shè)于其內(nèi)的紫外燈，所述石英玻璃套管分別與進(jìn)氣口及廢氣進(jìn)氣裝置相連。
[0018]使用時(shí)，液體回收再生箱內(nèi)裝有催化劑漿液，該催化劑漿液通過(guò)循環(huán)栗、送液管道和吸收液噴淋裝置從液相光催化噴淋塔頂部以噴霧形式噴出。當(dāng)廢氣從進(jìn)氣口經(jīng)氣相光解室光解后，再經(jīng)廢氣進(jìn)氣裝置通入液相光催化噴淋塔，通過(guò)濾球?qū)拥膹U氣與噴霧逆向接觸，進(jìn)行液相光催化氧化步驟，將大部分廢氣轉(zhuǎn)為無(wú)害的小分子化合物，小部分中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到催化劑將野種，液相光催化進(jìn)一步徹底氧化降解，且在液體回收再生箱內(nèi)原位同步處理后的催化劑漿液繼續(xù)循環(huán)使用。所述液相光催化噴淋塔和氣相光解室內(nèi)均設(shè)有紫外燈，氣相光解室內(nèi)的紫外燈不僅可用于氣相光解，由于氣相光解室為石英玻璃套管，其內(nèi)紫外燈還可對(duì)液相光催化噴淋塔內(nèi)的液相光催化過(guò)程發(fā)揮作用，從而利于減少紫外燈的數(shù)量，節(jié)能尚效。
[0019]優(yōu)選地，所述液相光催化噴淋塔、氣相光解室內(nèi)的紫外燈均設(shè)有若干個(gè)，均為185nm的真空紫外燈。
[0020]優(yōu)選地，所述液相光催化噴淋塔內(nèi)的紫外燈呈環(huán)形分布。更優(yōu)選地，液相光催化噴淋塔內(nèi)的紫外燈形成一級(jí)或多級(jí)環(huán)形陣列，即可在噴淋塔內(nèi)形成一層或多層環(huán)形，最外層的紫外燈沿噴淋塔內(nèi)壁均勻分布。
[0021]優(yōu)選地，所述氣相光解室設(shè)有若干個(gè)相互平行的石英玻璃套管，石英玻璃套管之間通過(guò)管道連通，其內(nèi)分別設(shè)有紫外燈。
[0022]優(yōu)選地，所述氣相光解室設(shè)于廢氣進(jìn)氣裝置內(nèi)。
[0023]優(yōu)選地，所述吸收液噴淋裝置包括若干條溶液支管，所述溶液支管均與送液管道連通。更優(yōu)選地，所述溶液支管上設(shè)有支管控制閥，用于控制所述吸收液噴淋裝置的流量大小和霧化效果。
[0024]優(yōu)選地，所述霧化噴嘴采用不銹鋼精細(xì)霧化噴嘴，霧化顆粒達(dá)50-100μπι，還可防止被吸收液腐蝕。根據(jù)廢氣的種類、水溶性、流量和濃度等，優(yōu)選地，所述霧化噴嘴的口徑為1-3mm，保證催化劑顆粒順利通過(guò)而不發(fā)生堵塞。優(yōu)選地，所述霧化噴嘴設(shè)有放射狀的噴霧管道，噴霧呈放射狀噴出，更利于與廢氣充分接觸。
[0025]優(yōu)選地，所述廢氣進(jìn)氣裝置上設(shè)有若干個(gè)出氣通道，所述出氣通道與所述霧化噴嘴的位置相對(duì)應(yīng)。所述出氣通道為朝上正對(duì)霧化噴嘴，或朝下與霧化噴嘴的方向一致。作為一種實(shí)施方式，所述出氣通道為出氣孔，所述出氣孔與所述霧化噴嘴的數(shù)量相等，位置相對(duì)應(yīng)。作為另一種實(shí)施方式，所述廢氣進(jìn)氣裝置設(shè)有喇叭形的導(dǎo)氣盤，所述導(dǎo)氣盤開口朝下且內(nèi)部設(shè)置若干層出氣通道。
[0026]優(yōu)選地，所述液相光催化噴淋塔內(nèi)的紫外燈長(zhǎng)度為1200mm-1800mm，根據(jù)所述噴淋塔的高度進(jìn)行調(diào)整，保證了所述噴淋塔內(nèi)全方位被紫外光照射。
[0027 ] 優(yōu)選地，所述濾球?qū)右跃郾V球?yàn)樘盍?，高度?0cm-30cm。
[0028]優(yōu)選地，所述吸收液噴淋裝置的上方設(shè)有除霧器，所述除霧器采用旋流板式除霧器或者平板式除霧器。
[0029]優(yōu)選地，所述送液管道上設(shè)有送液控制閥。
[0030]優(yōu)選地，所述液相光催化噴淋塔上設(shè)有檢修窗。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于:本發(fā)明將氣相光解與液相光催化相結(jié)合，其中氣相光解除了降解一部分有機(jī)廢氣外，還可產(chǎn)生臭氧用于臭氧氧化降解有機(jī)廢氣，提高有機(jī)廢氣的降解率，此外光解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物為可溶性，有利于其進(jìn)一步降解。而液相光催化克服了傳統(tǒng)氣/固光催化反應(yīng)中催化劑易失活的問題，由于液相中的水洗作