CN102701310A - 微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，属于污染控制工艺技术领域。本发明解决了现有的吸附剂消耗量大，吸附法会产生二次固体污染物的问题，以及微波辅助光催化氧化水处理和废气处理方法能耗高、易产生热污染和污染物降解不彻底的弊端。本发明使用吸附剂对废水、废气中的有机物进行富集；将吸附有机物的多孔吸波催化剂放在石英反应器中；将湿度为30%~100%的空气通过进气管通入石英反应器中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；开启微波炉，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物彻底矿化。本发明用于处理废水、废气中的有机物。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波紫外辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，属于污染控制工艺技术领域。
背景技术
随着经济的高速发展，来自造纸、制革、石油化工、农药、药品、染料、化纤、炼焦、煤气、纺织印染、食品、木材加工等工业废水和石油废水日益增加，其污染水平和健康影响越来越受到重视。其中工业废水所含的有机物种类多，人工合成物所占的比例高，有机毒物多，生物不易降解。石油废水中主要污染物是各种烃类化合物—烷烃、环烷烃和芳香烃，其中多环芳香烃具有致癌性。
有机废气主要来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气和垃圾焚烧及煤、石油、木材及有机高分子化合物的不完全燃烧产生的烟气，特点是数量较大， 有机物含量波动性大、可燃、有一定毒性，有的还有恶臭。有机废气会造成大气污染，危害人体健康，而且还会造成浪费，所以有机废气的处理与净化势在必行。
在工业吸附过程中，吸附法工艺成熟，效果可靠，易于回收有机溶剂。因此被广泛地应用于工业有机废水和有机废气的治理。但吸附剂有需定期更换的缺点，而且吸附法会产生二次固体污染物。
公开号为CN1482072A，名称为微波—无极紫外光催化氧化水处理方法的专利申请，以及公开号为CN101264969，名称为双催化氧化水处理方法的专利申请，存在能耗高、易产生热污染、污染物降解不彻底等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的吸附剂需定期更换，吸附法会产生二次固体污染物的问题，以及光催化氧化水处理方法能耗高、易产生热污染、污染物降解不彻底的问题，进而提供一种微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法。
技术方案一：本发明的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管、出气管、石英反应器、灯座、无极紫外灯和微波炉，所述灯座设置在微波炉的底座上，无极紫外灯设置在灯座上，石英反应器罩在灯座和无极紫外灯的外部，进气管下端穿过微波炉与石英反应器的下部连通，进气管的上端至于微波炉的外部，出气管的下端穿过微波炉与石英反应器的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用MnO2/Al2O3球状颗粒作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的MnO2/Al2O3球状颗粒作为催化剂放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管通入石英反应器中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法为将MnO2/Al2O3球状颗粒作为催化剂和吸附剂用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
技术方案二：本发明的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管、出气管、石英反应器、灯座、无极紫外灯和微波炉，所述灯座设置在微波炉的底座上，无极紫外灯设置在灯座上，石英反应器罩在灯座和无极紫外灯的外部，进气管下端穿过微波炉与石英反应器的下部连通，进气管的上端至于微波炉的外部，出气管的下端穿过微波炉与石英反应器的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管通入石英反应器中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉，微波激发无极紫外灯产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用吸附-微波紫外联合处理废水、废气中的有机物，是对印染废水、炼钢炼铁等工业所排放的废水、垃圾焚烧产生的烟气、煤、石油、木材及有机高分子化合物的不完全燃烧产生的烟气等中的有机物进行吸附剂富集后，用微波紫外联合处理降解。其中有机物的吸附剂为活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛。通入的空气为调整湿度为30%~100%，H2O通过紫外光照射产生羟基自由基，羟基自由基有极强的氧化作用对有机物进行降解。催化剂为MnO2或是MnO2/Al2O3球状颗粒催化剂，无极紫外灯通过微波能激发产生紫外光，经过微波无极紫外光催化处理后，废水、废气中有机物90%以上降解为CO2和H2O。另外，本发明还具备以下优点：
1）将有机物浓缩富集后进行微波紫外辐射，节省微波时间，节约能源；
2）经微波紫外辐射后，有机物降解的过程也是吸附剂再生的过程，实现吸附剂的原位再生；
3）微波可间歇式运行，节能的同时增加微波发生装置的寿命；
4）与传统只用微波处理相比，缩短了反应时间，增大了有机物的矿化率，微波紫外联合处理有机物，矿化度达到90%以上，且效果稳定；
5）既可应用于有机废水，又能应用于废气，应用范围广，工艺简单，经济高效。
附图说明
图1是本发明的微波紫外耦合反应装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用MnO2/Al2O3球状颗粒作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的MnO2/Al2O3球状颗粒作为催化剂放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法为将MnO2/Al2O3球状颗粒作为催化剂和吸附剂用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是本实施方式的MnO2/Al2O3球状颗粒的制备步骤如下：
（1）将偏铝酸钠、硫酸铝溶于水配成溶液；
（2）将偏铝酸钠溶液缓慢注入硫酸铝溶液，加热至60oC ~70oC，不断搅拌，生成白色氢氧化铝胶体；
（3）在氢氧化铝胶体中缓慢加入50%的硝酸锰溶液，胶体呈淡粉色，搅拌2h；
（4）将胶体静止一段时间去除上清液后，放入干燥箱50 oC ~60 oC鼓风干燥12h，胶体呈膏状；
（5）将膏状物质造粒后，放入干燥箱干燥后放入管式炉内焙烧至450 oC，以100 oC/h的速率升温，然后在450 oC保温4个小时，冷却后取出。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是本实施方式的无极紫外灯5为填充Hg及Ar的无极紫外灯，无极紫外灯5的灯管为透明石英管。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用颗粒活性炭作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的颗粒活性炭放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六、七或八不同的是本实施方式的步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用活性氧化铝作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的活性氧化铝放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，活性氧化铝作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十或十一不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十、十一或十二不同的是本实施方式的步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
具体实施方式十四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用沸石作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的沸石放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，沸石作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十四不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十四或十五不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十四、十五或十六不同的是本实施方式的步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
具体实施方式十八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用硅藻土作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的硅藻土放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为50%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~20min之间，微波功率为400W~600W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，硅藻土作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十八不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十八或十九不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十八、十九或二十不同的是本实施方式的步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
具体实施方式二十二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管1、出气管2、石英反应器3、灯座4、无极紫外灯5和微波炉6，所述灯座4设置在微波炉6的底座6-1上，无极紫外灯5设置在灯座4上，石英反应器3罩在灯座4和无极紫外灯5的外部，进气管1下端穿过微波炉6与石英反应器3的下部连通，进气管1的上端至于微波炉6的外部，出气管2的下端穿过微波炉6与石英反应器3的顶部连通；
微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用分子筛作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的分子筛放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器3中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管1通入石英反应器3中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉6，微波激发无极紫外灯5产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
上述方法是将MnO2作为催化剂，分子筛作为吸附剂，用于吸附-微波紫外联合处理有机废水、废气。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十二不同的是步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十二或二十三不同的是步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二十二、二十三或二十四不同的是本实施方式的步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
Claims (9)
1.一种微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，所述微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管（1）、出气管（2）、石英反应器（3）、灯座（4）、无极紫外灯（5）和微波炉（6），所述灯座（4）设置在微波炉（6）的底座（6-1）上，无极紫外灯（5）设置在灯座（4）上，石英反应器（3）罩在灯座（4）和无极紫外灯（5）的外部，进气管（1）下端穿过微波炉（6）与石英反应器（3）的下部连通，进气管（1）的上端至于微波炉（6）的外部，出气管（2）的下端穿过微波炉（6）与石英反应器（3）的顶部连通；
其特征在于：微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用MnO2/Al2O3球状颗粒作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的MnO2/Al2O3球状颗粒作为催化剂放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器（3）中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管（1）通入石英反应器（3）中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉（6），微波激发无极紫外灯（5）产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
2.根据权利要求1所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
3.根据权利要求2所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
4.根据权利要求3所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤一中MnO2/Al2O3球状颗粒的制备步骤如下：
（1）将偏铝酸钠、硫酸铝溶于水配成溶液；
（2）将偏铝酸钠溶液缓慢注入硫酸铝溶液，加热至60oC ~70oC，不断搅拌，生成白色氢氧化铝胶体；
（3）在氢氧化铝胶体中缓慢加入50%的硝酸锰溶液，胶体呈淡粉色，搅拌2h；
（4）将胶体静止一段时间去除上清液后，放入干燥箱50 oC ~60 oC鼓风干燥12h，胶体呈膏状；
（5）将膏状物质造粒后，放入干燥箱干燥后放入管式炉内焙烧至450 oC，以100 oC/h的速率升温，然后在450 oC保温4个小时，冷却后取出。
5.根据权利要求4所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：无极紫外灯（5）为填充Hg及Ar的无极紫外灯，无极紫外灯（5）的灯管为透明石英管。
6.一种微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，所述微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法所使用的微波紫外耦合反应装置包括进气管（1）、出气管（2）、石英反应器（3）、灯座（4）、无极紫外灯（5）和微波炉（6），所述灯座（4）设置在微波炉（6）的底座（6-1）上，无极紫外灯（5）设置在灯座（4）上，石英反应器（3）罩在灯座（4）和无极紫外灯（5）的外部，进气管（1）下端穿过微波炉（6）与石英反应器（3）的下部连通，进气管（1）的上端至于微波炉（6）的外部，出气管（2）的下端穿过微波炉（6）与石英反应器（3）的顶部连通；
其特征在于：微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法的具体步骤为：
步骤一：使用颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛作为吸附剂，对废水、废气中的有机物进行富集；
步骤二：将吸附有机物的颗粒活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土或分子筛放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器（3）中，同时将作为催化剂的MnO2放在微波紫外耦合反应装置的石英反应器（3）中；
步骤三：将湿度为30%~100%的空气通过进气管（1）通入石英反应器（3）中，调节微波紫外反应时间在10min~60min之间，微波功率为100W~2000W；
步骤四：开启微波炉（6），微波激发无极紫外灯（5）产生紫外光，在微波、紫外光和催化剂的共同作用下，将有机物降解为CO2和H2O。
7.根据权利要求6所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤三中空气停留时间在15s~60s之间。
8.根据权利要求7所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤三中微波频率为915MHz或2450MHz。
9.根据权利要求8所述的微波紫外耦合辐射催化降解吸附态有机污染物的方法，其特征在于：步骤二中采用Ni2O3或Co3O4代替MnO2作为催化剂。
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