CN102824850A - 一种恶臭气体的光催化降解装置 - Google Patents

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徐期勇
徐佳
陈垚翰
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Abstract

本发明提供一种恶臭气体的光催化降解装置，包括不透光的容器、设置在所述容器内的可调紫外灯以及容纳在所述容器内的若干玻璃珠，所述玻璃珠的外表面设有二氧化钛TiO2光催化层。本发明所提供的恶臭气体的光催化降解装置，将玻璃珠作为光催化剂的载体，利用玻璃珠的折射反射作用，提高光催化降解效果，除臭效果好，结构简单，易于小型设备化，具备广泛的应用前景。

Description

一种恶臭气体的光催化降解装置
技术领域
本发明涉及恶臭气体处理领域，尤其涉及一种恶臭气体的光催化降解装置。
背景技术
在垃圾填埋场内，垃圾分解是一个自然过程，根据氧气需求程度，可分好氧分解和厌氧分解两种。在垃圾填埋初期，垃圾中的有机成分如蛋白质和脂肪，在好氧细菌的作用下生成有刺激性气味的氨气NH3等；随着氧气供应的不足，厌氧微生物发挥作用，厌氧细菌将有机物分解为不彻底的氧化产物如含硫的化合物，如硫化氢H2S、硫醇类等以及含氮的化合物如胺类、酰胺类等恶臭性气体。恶臭气体按其组成可分成5类：①含硫化合物，如H2S、二氧化硫SO2、硫醇、硫醚等；②含氮化合物，如氨气、胺类、酰胺、吲哚等；③卤素及衍生物，如氯气、卤代烃等；④烃类及芳香烃；⑤含氧有机物。如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中NH3和H2S是垃圾处理过程中产生的主恶臭气体。
恶臭治理的方法目前主要上是采用物理、化学和生物手段，或是这几种方法的组合。其中物理方法主要包括掩蔽法、吸收法、吸附法，具有操作简单、见效快等优点。但该法仅适宜处理低浓度、小范围的恶臭物质，且成本高、存在二次污染；化学方法主要包括化学洗涤法、氧化法、焚烧法，具有效率高、适用范围广等优点，但该方法存在除臭设施投资高、运行费用贵、持续时间短等缺陷。生物方法是在20世纪50年代土壤脱臭法的基础上发展起来的，它利用微生物的代谢降解作用，把恶臭物质分解转化成二氧化碳CO2、水H2O、氮气N2、硫酸盐等无害或少害物质。常用的生物脱臭工艺有生物过滤法、生物洗涤法、生物滴滤法和曝气式生物法。生物方法具有处理速度快、适应性广、无二次污染等优势，但该方法存在筛选及培养菌种难、见效慢等缺陷。
而近年来新兴的光触媒催化降解技术是通过紫外光照射在光催化剂上产生电子空穴对，与表面吸附的H2O和O2反应生成氧化性很强的羟基自由基（OH-）和超氧离子自由基（O2-），能够把各种有机无机恶臭气体如醛类、苯类、氨类、氮氧化物、硫化物以及其它VOC（Volatile Organic Compounds，挥发性有机物）类有机物和无机物在光催化氧化的作用下还原成CO2、H2O以及其它无毒无害物质。由于在光催化氧化反应过程中无任何添加剂，所以不会产生二次污染，光催化降解逐渐受到人们的重视。但由于目前的研究多着重于光催化剂本身，尚未形成用于恶臭气体处理的工业产品并将其应用到实际工程中。因此，如何将光催化降解技术以设备化的形式投入到工业生产和工程应用，是当前亟待解决的一大问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单，除臭能力强，易于小型设备化的恶臭气体的光催化降解装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种恶臭气体的光催化降解装置，包括不透光的容器、设置在所述容器内的可调紫外灯以及容纳在所述容器内的若干玻璃珠，所述玻璃珠的外表面设有二氧化钛TiO2光催化层。
进一步地，所述玻璃珠的直径为0.5-35mm，视比重为1.0-3.0g/cm3，所述光催化层粒径为5-100nm，厚度为20nm-1um，覆盖率为100%。
进一步地，所述容器的顶部设有气体监测口，用于监测所述容器内恶臭气体的量，以及当监测到所述容器内的气体达到排放标准后将气体予以排放。
进一步地，所述玻璃珠为标准圆球型或椭球型。
本发明所提供的恶臭气体的光催化降解装置，将玻璃珠作为光催化剂的载体，利用玻璃珠的折射反射作用，提高光催化降解效果，有助于解决长期困扰垃圾填埋场及周围居民的恶臭问题，不仅有利于降低垃圾填埋场的大气污染物排放，而且有利于营造绿色和谐的社区环境。同时结构简单，易于小型设备化，具备广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一恶臭气体的光催化降解装置的结构示意图。
图2是本发明实施例一光催化降解装置中玻璃珠的折射反射原理示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种恶臭气体的光催化降解装置1，包括一不透光的容器10，内装若干玻璃珠11，在不透光容器顶部设有可调紫外灯12。再请结合图2所示，玻璃珠11为标准圆球型或椭球型，在外表面涂有光催化剂，形成光催化层110。光催化剂可以从二氧化钛TiO2，氧化锌ZnO，氧化锡SnO2，二氧化锆ZrO2，硫化镉CdS等多种氧化物硫化物半导体中选择，本实施例中光催化剂优选TiO2。
TiO2的光催化反应过程，很大程度依靠光子激发，所以有足够激发二氧化钛的光子，才能提供足够的能量。而光催化反应也是需要消耗能量的，符合能量守恒原则，它消耗的是光子，也就是光能。在本实施例中，即由紫外灯12提供光能。TiO2受到紫外灯12的照射，将从表面飞出电子（-），同时生成可氧化性很强的空穴（+）。电子和空穴分别将空气中的氧气和水反应，在二氧化钛表面生成O和OH-（羟基）。两者都具有非常强的分解能力，能够将表面的污物分解。有机物被分解以后，变成二氧化碳和水。无机污染物将被氧化或还原为无害物。紫外光本身对NH3和H2S等恶臭气体有一定的去除作用，在TiO2的催化作用下，对NH3和H2S的反应速率和清除率都大为提高，其中反应速率可提升一倍以上。
本实施例的光催化降解装置1在不透光的容器10中内置设有TiO2光催化层110的若干玻璃珠11，可以大大增强光线反射和折射，提高紫外光对恶臭气体的清除效果。这是因为玻璃珠11特有的回归反射现象，即当光线照射在玻璃珠11表面时，由于玻璃珠11的高折射作用而聚光在玻璃珠11焦点的特殊反射层上，反射层将光线通过透明玻璃珠11又重新反射到光源附近，因而在光源处能看到非常明亮的反射光。作为一个例子，当玻璃珠11的折射率大于1.9以上时，能形成良好的回归反光效果。玻璃珠回归反射相对于普通玻璃平面反射能高效地提升容器10内光强，提升清除效果和光催化作用。此外，由于容器10不透光，紫外灯12发出的紫外光便密闭在容器10内，容器10的内壁也可发生反射作用，提升容器10内的光强。
本实施例中，玻璃珠11的直径为0.5-35mm，视比重为1.0-3.0g/cm3，表面覆盖TiO2光催化层110粒径为5-100nm，厚度为20nm-1um，覆盖率为100%。玻璃珠11添加量超过容器10体积的80%。
实际应用中，恶臭气体可由光催化降解装置1的底部导入。
本实施例的光催化降解装置1在不透光的容器10的顶部还设有气体监测口13，可以监测容器10内恶臭气体的量，以便确定是否需要调整玻璃珠11的数量。另外，还可用于当监测到容器10内的气体达到排放标准后将气体予以排放。
本实施例利用玻璃珠作为TiO2的载体，透光性好、均一，相比于粉末状TiO2或TiO2溶液，具有独特的优势。作为光催化剂的TiO2会因光催化产物阻塞催化剂活性中心而导致失活，如使用玻璃珠11作为载体，将便于容器10内光催化剂的适时更新。失活的玻璃珠11经适当的再生处理，如水洗/醇洗，氢气高温加热处理，高温氧化处理后可以再生，并重复进行使用。如用粉末状TiO2则通气效率不高，TiO2溶液则易失活、易凝聚、容易中毒，当溶液中存在高价阳离子时催化剂不易发散，且在催化剂更换时因其附着性强，难以清洗容器10的内壁和紫外灯12。
本实施例的光催化降解装置1可对多种紫外光源产生良好的光催化反应，5小时内对NH3和H2S的降解率均超过50%。同时，由于本实施例的光催化降解装置1结构简单，除臭能力强，且易于小型设备化，因此可以应用到各种需要对恶臭气体进行处理的场合。
本发明实施例将极大地有助于解决长期困扰垃圾填埋场及周围居民的恶臭问题，不仅有利于降低垃圾填埋场的大气污染物排放，而且有利于营造绿色和谐的社区环境。同时，垃圾填埋场恶臭气体的净化能够延长目前垃圾填埋场运营设备的使用寿命，如焚烧火炬和沼气发电设备，将更有利于垃圾填埋场沼气的资源化利用。
此外，因为恶臭气体的排放不仅仅局限于垃圾填埋场，在多种固体废弃物经营处理场所都存在类似的环境问题，本发明实施例有着广泛的市场应用前景，比如，有机垃圾堆肥厂、垃圾中转站、垃圾焚烧厂等。本发明实施例的光催化降解装置结构简单，很容易进行小型设备化，生产出具体设备产品，以供垃圾填埋场或其他地方恶臭气体的污染控制。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种恶臭气体的光催化降解装置，其特征在于，包括不透光的容器、设置在所述容器内的可调紫外灯以及容纳在所述容器内的若干玻璃珠，所述玻璃珠的外表面设有二氧化钛TiO2光催化层。
2.根据权利要求1所述的光催化降解装置，其特征在于，所述玻璃珠的直径为0.5-35mm，视比重为1.0-3.0g/cm3，所述光催化层粒径为5-100nm，厚度为20nm-1um，覆盖率为100%。
3.根据权利要求1所述的光催化降解装置，其特征在于，所述容器的顶部设有气体监测口，用于监测所述容器内恶臭气体的量，以及当监测到所述容器内的气体达到排放标准后将气体予以排放。
4.根据权利要求1所述的光催化降解装置，其特征在于，所述玻璃珠为标准圆球型或椭球型。
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