CN101543728A

CN101543728A - 一种TiO2光解净化处理装置及方法

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Publication number: CN101543728A
Application number: CN200910106183A
Authority: CN
Inventors: 付阳平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-09-30

Abstract

本发明是一种TiO₂光解净化处理装置及方法，该装置及方法通过紫外线对恶臭气体及工业烟气进行氧化处理，同时在紫外线的作用下大分子有机物发生链断裂，使大分子有机物分解为小分子有机物，将经过氧化分解后的物质排出大气。该装置及方法使恶臭气体在气液两相体系中被高效去除，矿化程度高，可无害排放，无二次污染。

Description

一种TiO2光解净化处理装置及方法

技术领域

本发明设计恶臭气体或工业烟气的处理装置及方法，更具体地说是一种应用于恶臭气体或工业烟气的光催化净化装置及方法。

背景技术

恶臭气体污染是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。恶臭物质的臭气强度随尝试的增高而加强，据众多研究资料表明，恶臭给人的感觉量(即恶臭强度)是与恶臭物质对人嗅觉的刺激量对比数成正比，两者之间关系符合Weber-Fechner定律：

I＝K+logC+a

式中I：人对嗅觉的感觉量，臭气强度

K：常数，不同恶臭物质取值不同

C：恶臭物质浓度

a：常数，不同恶臭物质取值不同

从式中可知道即使恶臭气体去除了90％，但人对嗅觉的感觉量(臭气强度)却只减少了一半，这就决定了恶臭气体处理的技术难度大，据研究表明，与处理其它废气相比，处理恶臭气体要难成百上千倍。

恶臭气体作为一种典型的环境公害已为世界各国所公认，不少发达国家将其作为一种单列公害进行研究，并专项立法实施防治。国外对恶臭污染的治理工作也开展较早，在日本及欧美的多个工业领域中采用如固定床式活性碳吸附脱臭等技术已有一定历史。

近年来，我国也开始重视对恶臭气体的监测与防治并取得一定成效，在我国对恶臭气体治理技术中大多采用传统的技术方法，这些技术都存在一定的缺点。我国制订了部分恶臭化合物的排放标准(GB1455-93)和配套的分析方法，恶臭污染的防治目标之一就是要达到GB14554-93规定的恶臭物质(氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等)排放标准，最终目的是要消除恶臭，创造一个无臭的环境。

目前国内国际治理恶臭气体的技术方法有：1、燃烧法；2、催化氧化法；3、臭氧除臭法；4、活性碳吸附法；5、药液喷淋法；6、生物除臭法等。虽然它们在恶臭气体处理上取得一定成果，但在不同程度上存在设备投资大；运行管理成本高；处理气量小；占用空间大；处理不彻底；造成二次污染；工作不稳定；脱臭效果不高；能耗大等缺点。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种TiO₂光解净化处理装置及方法，该装置及方法能够将恶臭气体物质或工业烟气转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，有效地除去恶臭气体。

本发明的另一个目的在于提供一种TiO₂光解净化处理装置及方法，该装置及方法提供一种新的恶臭气体或工业烟气的处理方法，该装置及方法利用紫外线来将恶臭气体及工业烟气分解成小分子化合物或完全矿化，使其转变为无害气体或物资。

本发明的另一个目的是提供一种TiO₂光解净化处理装置及方法，该装置及方法所使用设备简单可靠，投资小，处理效率高，且不会造成二次污染。

因此，本发明是这样实现的：

一种TiO₂光解净化处理装置，该装置包括有紫外线发生器及TiO₂催化装置，TiO₂催化装置设置于紫外线发生器的外部，便于催化恶臭气体或工业烟气。启动该装置后，紫外线发生器向外发出紫外线，在TiO₂催化装置的作用下，恶臭气体及工业烟气的大分子有机物发生链断裂，使大分子有机物分解为小分子有机物，或者充分进行矿化，使恶臭气体或烟气转化为无害气体。

其作用机理为：

利用紫外线光束，使空气中产生大量的自由电子，这些电子大部分能被氧气所获得，形成负氧离子(O₃ ^-)，负氧离子不稳定，很容易失去一个电子而变成活性氧(臭氧)，臭氧是高级氧化剂，既可以氧化分解有机物和无机物，也可以起杀菌的作用。主要的恶臭气体，如臭气氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯等，都可以与臭氧发生反应。在臭氧的作用下，这些恶臭气体由大分子物质被分解为小分子物质，直至矿化。

所述的TiO₂催化装置，为TiO₂弹簧管，即采用TiO₂制作为弹簧的形状，或者在弹簧上喷上TiO₂颜料制成。

上述的TiO₂弹簧管，其套系于紫外线发生器上，便于进行催化反应。

所述TiO₂弹簧管是由普通弹簧管喷上TiO₂颜料。

所述的TiO₂光解净化处理装置，其还设置有喷雾器，喷雾器设置于对应于紫外线发生器的方向，向恶臭气体或工业烟气中喷入水汽，TiO₂和水的作用产生·OH(烃基自由基)，溶于水的臭氧产生·OH，通过·OH与恶臭气体或工业烟气进行氧化反应，对恶臭气体或工业烟气进行矿化。

所述的TiO₂光解净化处理装置，其至少具有一个紫外线发生器及TiO₂催化装置，且紫外线发生器及TiO₂催化装置是一一对应的关系。

所述的TiO₂光解净化处理装置，其进一步包括有整流板、湿度传感器、喷雾器、除雾器，该装置设置于一壳体内，具有一个以上的紫外线发生器及TiO₂催化装置，壳体上设置有喷雾器，喷雾器的喷嘴伸入到壳体内，向壳体内喷射水汽；控制反应的湿度在适当的范围内；壳体内部还设置有温度传感器，以控制反应温度；整流板设置于壳体的一侧进气口处；除雾器，则安装于壳体一侧的出气口处，用于除去多余的水汽。

所述的紫外线发生器，其发生高能紫外线，以能够使恶臭气体或工业烟气进行催化分解或矿化。

上述的紫外线发生器为紫外灯管。

一种TiO₂光解净化处理方法，其特征在于该方法是在TiO₂催化条件下，采用紫外线对恶臭气体进行氧化处理。

具体地说，其处理步骤为：

(1)、收集恶臭气体；

(2)、紫外线对恶臭气体进行光解反应，即在TiO₂催化条件下进行氧化处理，在紫外线的作用下大分子有机物发生链断裂，使大分子有机物分解为小分子有机物；

(3)、将经过氧化分解后的物质排出大气。

该方法是利用紫外线与O₂、水作用产生O₃ ^-和·OH自由基，在催化剂的帮助下，将恶臭气体或工业烟气进行分解反应，最终达到除去恶臭气体或工业烟气的效果。

所述的方法，紫外线的波长范围为184.9～253.7nm。

所述的步骤(2)，其光解反应在1秒内完成。

所述的方法，在步骤(2)中，可以向恶臭气体中喷洒水汽，紫外线可以将水汽分解形成作用产生·OH，用于恶臭气体的分解和矿化。

在本发明所述的TiO₂光解净化处理装置及方法，能利用高能紫外线光束，使空气中产生大量的自由电子，这些电子大部分能被氧气所获得，形成负氧离子(O₃ ^-)，负氧离子不稳定，很容易失去一个电子而变成活性氧(臭氧)，臭氧是高级氧化剂，既可以氧化分解有机物和无机物，对主要臭气氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯等，都可以与臭氧发生反应，在臭氧的作用下，这些恶臭气体由大分子物质被分解为小分子物质，直至矿化。

同时，可以利用紫外线光束与TiO₂和水的作用产生·OH，溶于水的臭氧产生·OH。

所述喷雾器的作用在于喷射水雾使高能紫外光在TiO₂催化条件下与水作用产生·OH自由基，具体分解情况如下：

几种氧化剂电位比较如下表：

氧化剂	反应	氧化电位/V
氧化剂	反应	氧化电位/V	·OH	·OH+H⁺+e^-→H₂O	3.06
O₃	O₃+2H⁺+2e^-→O₂+H₂O	2.07	·OH	·OH+H⁺+e^-→H₂O	3.06
O₃	O₃+2H⁺+2e^-→O₂+H₂O	2.07	H₂O₂	H₂O₂+2H⁺+2e^-→H₂O	1.77
HClO	HClO+H⁺+2e^-→Cl^-+H₂O	1.63	H₂O₂	H₂O₂+2H⁺+2e^-→H₂O	1.77
HClO	HClO+H⁺+2e^-→Cl^-+H₂O	1.63	Cl₂	Cl₂+2e^-→2Cl^-	1.36

·OH是最具活性的氧化剂之一，氧化能力明显高于普通氧化剂，与恶臭气体反应，矿化程度更高。

再之，大分子有机物在高能紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭气体物质转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，生成水和CO₂。同时具有消毒杀菌的功能，应用本装置可以完全做到免维护，免清洗，大大降低运行管理成本。

附图说明

图1为本发明所实施的结构示意图，

图2为本发明对恶臭气体处理的结构示意图，

图3为本发明一种具体应用的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1所述，为本发明TiO₂光解净化处理装置的基本构成结构示意图，在该装置中，最基本的元件是紫外线管61和TiO₂弹簧管62，其中TiO₂弹簧管62为普通的弹簧管电镀上TiO₂颜料制成，TiO₂弹簧62管套系于紫外线管61并一端与紫外线管61固定于一起，紫外线管61和TiO₂弹簧管62，再加上外壳及固定紫外线管61的部件共同构成光解净化的反应室6。

图2所述，为本发明出来恶臭气体的示意图。图中，当恶臭气体通过本发明构成的反应室6时，紫外光照射恶臭气体中氧气及TiO₂的催化作用下，使空气中产生大量的自由电子，这些电子大部分能被氧气所获得，形成负氧离子(O₃ ^-)，负氧离子不稳定，很容易失去一个电子而变成活性氧(臭氧)，臭氧是高级氧化剂，可以有效地氧化分解有机物和无机物，能够对恶臭气体进行充分地氧化分解，在臭氧的作用下，恶臭气体由大分子物质被分解为小分子物质，直至矿化。

结合图3所示，图3是本发明的TiO₂光解净化处理装置的结构示意图。恶臭气体在风机8的动力下通过集气罩9在整流板1均匀气流后进入反应室6(即TiO₂光解净化处理装置)。

在TiO₂光解净化处理装置内，高能紫外线光束在气相中产生的臭氧和在液相中产生的·OH对恶臭气体进行协同分解氧化反应，同时大分子有机物在紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭气体物质转化为无臭味的小分子化合物或者完全矿化，生成水和CO₂，达标后经排风管排入大气。整个分解氧化过程在1秒内完成，为保证恶臭气体的处理效率，恶臭气体由集气罩9收集后利用风机8的动力经整流板1把气流分布均匀后进入反应室6。在反应室内高能紫外灯管在TiO₂的催化作用下：大分子有机物链结构断裂在高能紫外光的作用下大分子有机物的链结构断裂，使大分子有机物被分解为小分子有机物；在高能紫外光照射恶臭气体中氧气及TiO₂的催化作用下，使空气中产生大量的自由电子，这些电子大部分能被氧气所获得，形成负氧离子(O₃ ^-)，负氧离子不稳定，很容易失去一个电子而变成活性氧(臭氧)，即

臭氧是高级氧化剂，既可以氧化分解有机物和无机物，也可以起杀菌的作用；

同时，反应室6内设置喷雾器，喷雾嘴3和喷雾管4构成喷雾器，向反应室内喷射水汽，在用紫外线光束与TiO₂和水的作用产生·OH，溶于水的臭氧产生·OH。即

是最具活性的氧化剂之一，氧化能力明显高于普通氧化剂，与恶臭气体反应，矿化程度更高。恶臭气体降解为小分子物质、CO₂和水，同时具有消毒杀菌的功能，可以完全做到免维护，免清洗，大大降低运行管理成本。

为了提高恶臭气体的净化效率，采用湿度传感器2探入到反应室内进行湿度监控；同时还在反应室6上安装防气倒流器5，以使恶臭气体的流向稳定；在反应室6的出气口上则安装除雾器7，除去气体中的水汽，然后将处理过的气体通过排气管10排放到空气中。

采用湿度传感器2控制反应室的湿度；适用于高中低浓度恶臭气体；利用整流使恶臭气体分布均匀，更有利于系统效率的提高；对恶臭气体无需预处理；设备占用面积小，自重轻，也便于制作。

经处理的恶臭气体脱臭率可达99.9％，可达环保排放标准。并在除雾器的作用下，去除处理过程中的水汽，使气体处于干燥，这样就可以降低水汽对风机的腐蚀，最后气体经排气管排出大气。

本发明的TiO₂光解净化处理方法及设备，具有以下效果：使用寿命长，运行成本低，净化效率高，工作安全可靠，可连续工作，安装灵活快捷，不产生二次污染。

实验结果表明，本装置采用气液两相高效除恶臭矿化程度高，对于各种恶臭物质，脱臭率可达99.9％，达现行环保排放标准；且无需添加任何化学物质。

Claims

1、一种TiO₂光解净化处理装置，该装置包括有紫外线发生器及TiO₂催化装置，TiO₂催化装置设置于紫外线发生器的外部，便于催化恶臭气体或工业烟气。

2、如权利要求1所述的TiO₂光解净化处理装置，其特征在于TiO₂催化装置为TiO₂弹簧管，即采用TiO₂制作为弹簧的形状，或者在弹簧上喷上TiO₂涂料制成。

3、如权利要求2所述的TiO₂光解净化处理装置，其特征在于上述的TiO₂弹簧管，其套系于紫外线发生器上，便于进行催化反应。

4、如权利要求1所述的TiO₂光解净化处理装置，其特征在于该装置，设置有喷雾器，向恶臭气体或工业烟气中喷入水汽，喷雾器设置于对应于紫外线发生器的方向。

5、如权利要求1所述的TiO₂光解净化处理装置，其特征在于所述的TiO₂光解净化处理装置，其至少具有一个紫外线发生器及TiO₂催化装置，且紫外线发生器及TiO₂催化装置是一一对应的关系。

6、如权利要求1所述的TiO₂光解净化处理装置，其特征在于所述的TiO₂光解净化处理装置，其进一步包括有整流板、湿度传感器、喷雾器、除雾器，该装置设置于一壳体内，具有一个以上的紫外线发生器及TiO₂催化装置，壳体上设置有喷雾器，喷雾器的喷嘴伸入到壳体内，向壳体内喷射水汽；控制反应的湿度在适当的范围内；壳体内部还设置有温度传感器，以控制反应温度；整流板设置于壳体的一侧进气口处；除雾器，则安装于壳体一侧的出气口处，用于除去多余的水汽。

7、一种TiO₂光解净化处理方法，其特征在于该方法的处理步骤为：

(1)、收集恶臭气体；

(3)、将经过氧化分解后的物质排出大气。

8、如权利要求7所述的TiO₂光解净化处理方法，其特征在于紫外线的波长范围为184.9～253.7nm。

9、如权利要求7所述的TiO₂光解净化处理方法，其特征在于步骤(2)的光解反应在1秒内完成。

10、如权利要求7所述的TiO₂光解净化处理方法，其特征在于所述的方法，在步骤(2)中，向恶臭气体中喷洒水汽，紫外线可以将水汽分解形成作用产生·OH，用于恶臭气体的分解和矿化。