CN102941005A - 处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法及设备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法及设备与应用。该处理有机废气的一体化净化方法包括静电除尘、光催化氧化和臭氧氧化吸附协同深度氧化三个步骤。实现该方法的设备包括依次连接的用于收集气体的集气罩、反应箱体和用于抽出气体的风机;按照气体的走向,反应箱体内依次设置有静电除尘器、光催化反应装置、臭氧发生器和吸附床层。使用该设备处理有机废气,有机废气的总处理效率达95%以上,总悬浮颗粒物的去除率90%以上。该设备组合紧凑、占地面积小,不但不会对环境造成二次污染,而且还可以有效地降低设计和处理成本,可广泛用于复杂工业有机废气处理,特别适用于各种复杂工业有机废气排放车间有机废气的一体化净化处理。

Description

处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法及设备与应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种处理复杂工业有机废气的物理化学方法,更具体地说,本发明涉及一种处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法及设备与应用。该方法集合高压静电除尘、光催化氧化和臭氧氧化吸附协同深度氧化等物理化学技术为一体化净化处理有机废气。
背景技术
[0002] 有机废气包含挥发性有机物,如三苯废气等,和半挥发性有机物,如多环芳烃、多溴联苯醚等。有机废气中微量毒害有机污染物由于其浓度较低,难以在后续降解过程中和催化剂充分接触和去除,因而使得一些控制技术花费较多且相对困难。气-固相光催化氧化技术对去除微量有机污染物存在一定的潜在优势。但是,在流量大的工业有机废气处理·过程中,由于有机废气在光催化氧化装置中停留时间不够长,导致光催化剂不能有效地、一次性流过式完全氧化废气中的有机物。另外,随着光催化剂处理有机废气的时间延长,光催化剂的催化效率会随着处理负荷的增加而有所降低。更重要的是,复杂工业有机废气中含有的大量细颗粒物会随着运行时间的延长严重影响和遮蔽光催化剂,从而导致光催化净化的效率逐渐降低,从而大大减少光催化剂的寿命。因此,在实际复杂工业有机废气的处理过程中,利用单独的光催化氧化技术难以达到理想的污染控制效果。另外,光催化氧化过程中,高能紫外线光束会与空气反应,产生一定的臭氧,从而可能引起臭氧的二次污染问题。因此,将光催化氧化技术与其他物理化学技术相结合处理有机废气的技术进行集成化研究,解决短波长紫外光光催化技术产生臭氧的二次污染问题是光催化技术应用于复杂工业有机废气污染控制的必然选择。
发明内容
[0003] 本发明的首要目的在于克服现有技术的不足,提供一种处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法。
[0004] 本发明的另一目的在于提供实现上述处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法的设备。
[0005] 本发明的另一目的在于提供上述设备的应用。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现:一种处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,包括以下步骤:
[0007] (I)静电除尘:通过集气罩收集有机废气,经静电除尘器将有机废气中粒径大于
2. 5 μ m的颗粒物去除,从而大大消除颗粒物对光催化剂的遮蔽作用,延长光催化剂的寿命;
[0008] (2)光催化氧化:除尘后的有机废气进入光催化反应装置,在光催化剂的作用下,有机废气中的大部分挥发性有机物分解为小分子有机物或矿化为CO2和H2O ;[0009] (3)臭氧氧化吸附协同深度氧化:利用设置于光催化反应装置后的臭氧发生器产生的臭氧将经过光催化氧化后的有机废气中残留的有机物进一步进行气相臭氧氧化,然后再将剩余的有机废气和臭氧通过吸附剂协同吸附浓缩进而原位发生气固相臭氧氧化,即同时利用前一单元光催化技术产生的剩余臭氧和新产生的臭氧先在气相氧化部分有机污染物,然后混合气体(包括臭氧和有机废气)一起吸附到吸附剂上以后再利用臭氧氧化性将所吸附的有机废气进行进一步原位在线氧化降解,这样既保证了有机废气的安全深度达标排放,又完全消除了光催化技术产生的剩余臭氧排放对大气的二次污染问题;
[0010] 所述的有机废气为各类工厂排放的复杂工业有机废气;
[0011] 步骤(I)和(2)中所述的光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米TiO2光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合氧化物光催化剂;
[0012] 步骤(I)和(2)中所述的光催化剂需被紫外光激发,才能分解有机废气中挥发性有机物质;
[0013] 步骤(3)中所述的吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,通过以下方法制备:将HAuCl4与水配成浸溃液,再将活性炭与分子筛混合物加入到浸溃液中,而后用O. lmol/LNaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在40〜100°C下反应5〜120min后,过滤,洗漆,常温下自然晾干,200〜400°C煅烧I〜12h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂;其中HAuCl4和活性炭与分子筛混合物的质量比为O. 002〜O. 02 :1 ;
[0014] 步骤(3)中所述的臭氧产生量范围为I〜15g/h ;
[0015] 实现所述处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法的设备,包括依次连接的用于收集气体的集气罩、反应箱体和用于抽出气体的风机;按照气体的走向,反应箱体内依次设置有静电除尘器、光催化反应装置、臭氧发生器和吸附床层;在光催化反应装置和吸附床层之间为臭氧发生区;吸附床层上设置有吸附剂;
[0016] 所述的静电除尘器优选为高压静电除尘器;
[0017] 所述的光催化反应装置包含用于激发光催化剂的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床;紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床依次排布,光催化剂固定在流过式光催化固定床上;
[0018] 所述的紫外灯优选在紫外灯外设置用于保护紫外灯的玻璃套管;
[0019] 所述的光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米TiO2光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合氧化物光催化剂;
[0020] 所述的吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,通过以下方法制备:将HAuCl4与水配成浸溃液,再将活性炭与分子筛混合物加入到浸溃液中,而后用O. Imol/LNaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在40〜100°C下反应5〜120min后,过滤,洗涤,常温下自然晾干,200〜400°C煅烧I〜12h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂;其中HAuCl4和活性炭与分子筛混合物的质量比为O. 002〜O. 02 :1 ;
[0021] 所述的HAuCl4在浸溃液的浓度优选为O. 01〜O. lg/L ;
[0022] 所述的活性炭和分子筛混合物按以下质量百分含量组成:
[0023] 活性炭 5〜95%
[0024] 分子筛 5〜95% ;
[0025] 更优选为按以下质量百分含量组成:[0026] 活性炭 20〜75%
[0027] 分子筛 25〜80% ;
[0028] 所述的设备应用于复杂工业有机废气的处理,特别适用于各种复杂工业有机废气排放车间有机废气的一体化净化处理。
[0029] 本发明相对于现有技术,具有如下的优点和有益效果:
[0030] (I)本发明提供的方法首先通过静电除尘器将有机废气中的悬浮颗粒物捕获,减小颗粒物对后置光催化反应装置中光催化剂的遮蔽和中毒作用;其次通过光催化剂将有机废气中的有机物降解成小分子,CO2和H2O ;最后,再利用前一单元光催化技术产生的剩余臭氧和臭氧发生器产生的臭氧对光催化氧化剩余的有机废气进一步氧化降解,反应后的剩余低浓度有机废气和臭氧一起吸附在吸附剂并利用吸附在吸附剂上的臭氧将有机废气进一 步原位降解成无毒无害的CO2和H2O,既可以保证有机废气完全去除的处理效果,又可以完全消除光催化技术产生的剩余臭氧排放对大气的二次污染;
[0031] (2)本发明提供的设备组合紧凑、占地面积小,不但不会对环境造成二次污染,而且还可以有效地降低处理成本。更重要的本一体化设备是一种一体化的联体无墙衔接设计,并不是三种已有技术和三个箱体的简单拼凑组合,而是三种物理化学技术工艺整体设计,减少了各个工艺和技术之间的墙体设计,不仅大大减少了设备加工成本,而且有效地提高了复杂工业有机废气的处理效率。根据测试结果表明,该物理化学一体化净化设备对电子垃圾拆解车间有机废气的总处理效率达95%以上,总悬浮颗粒物的去除率达到90%以上,臭氧基本上可完全去除。
附图说明
[0032]图I为实施例I提供的设备结构示意图;其中,I-集气罩、2-阀门、3-采样口、4-静电除尘器、5-采样口、6_光催化反应装置、7-流过式光催化固定床、8-采样口、9_紫外灯、10-臭氧发生器、11-吸附床层、12-风机、13-米样口 ; 为气体走向。
具体实施方式
[0033] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
[0034] 实施例I
[0035] 实现处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法的设备:如图I所示,包括依次连接的用于收集气体的集气罩I、反应箱体和用于抽出气体的风机12 ;反应箱体内设置有静电除尘器4、光催化反应装置6、臭氧发生器10和吸附床层11 ;按照气体的走向,反应箱体的气体入口、静电除尘器4、光催化反应装置6、臭氧发生器10、吸附床层11和反应箱体的气体出口依次排布;臭氧发生器10和吸附床层11之间为臭氧氧化区,吸附床层11上设置有吸附剂。集气罩I与反应箱体的气体入口通过管道连接,在管道上设置用于控制气体流量的阀门2 ;反应箱体的气体出口与用于抽出气体的风机12连接。反应箱体中静电除尘器4、光催化反应装置6、臭氧发生器10和吸附床层11采用无器壁接合,从而保证气体能完全经过静电除尘器4、光催化反应装置6、臭氧发生器10和吸附床层11,反应箱体采用无墙体衔接,不仅大大降低了一体化设备的风阻,而且降低了一体化净化设备的设计和处理成本。
[0036] 光催化反应装置6包含用于激发光催化剂的紫外灯9、光催化剂和流过式光催化固定床7 ;紫外灯9、光催化剂和流过式光催化固定床7依次排布,光催化剂固定在流过式光催化固定床7上。其中,流过式光催化固定床7为3层,固定床大小为1000X 1000mm,光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米TiO2光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合氧化物光催化剂。
[0037] 为了便于进行分析,设置采样口。采样口 3设置于阀门2和反应箱体的气体入口之间,采样口 5设置于静电除尘器4和光催化反应装置6之间,采样口 8设置于光催化反应装置6和吸附床层11之间,采样口 13即为风机12的出气口。
[0038] 实施例2
[0039] 使用实施例I提供的设备,其中,光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米商业TiO2光 催化剂,吸附床层上的吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,其制备过程为:将HAuCl4与水配成浓度为O. O lg/L的浸溃液,再将2. 5g活性炭与2. 5g SBA-15分子筛加入到IL浸溃液中,而后用O. lmol/L NaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在40°C下反应5min后,过滤,用去离子洗涤,常温下自然晾干,200°C煅烧12h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂。
[0040] (I)静电除尘:通过集气罩I收集有机废气(苯系物有机废气),有机废气通过静电除尘器4的处理,去除有机废气中的总悬浮颗粒物。
[0041] (2)光催化氧化:除尘后的有机废气通过风机12调节进入光催化反应装置6 ;有机废气被波长为254nm的紫外线激活的TiO2光催化剂催化氧化。
[0042] (3)臭氧氧化吸附协同深度氧化:经光催化反应装置6处理后的有机废气中残留的有机物首先被前一单元光催化技术产生的剩余臭氧和臭氧发生器10 (产生量为10g/h)产生的臭氧进行气相氧化,然后一起吸附在吸附剂(Au负载的活性炭和分子筛)上,进而进一步发生臭氧氧化有机废气的气固相协同深度氧化降解。
[0043] 试验进行中分别于采样口 3和采样口 13定期采集废气样品,进行分析以测定一体化净化设备对有机废气的处理效果。有机废气降解的研究结果表明,本发明提供的设备对总苯系物的去除效率一直稳定在95〜96%,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧基本检测为O。
[0044] 实施例3
[0045] 本实施例所用的设备与实施例2所的设备区别仅在于本实施例的光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米ZnO-SnO2复合氧化物光催化剂(发明专利:ZL 03126662. 2),吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,臭氧产生量为15g/h。Au负载的活性炭和分子筛的制备过程为:将HAuCl4与水配成浓度为O. lg/L的浸溃液,再将Ig活性炭与4g SBA-15分子筛加入到IL浸溃液中,而后用O. lmol/L NaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在100°C下反应120min后,过滤,用去离子洗涤,常温下自然晾干,40(TC煅烧lh,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂。
[0046] 有机废气降解的研究结果表明,一体化净化设备对总苯系物的去除效率一直稳定在96〜97%,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧基本检测为O。
[0047] 实施例4
[0048] 本实施例所用的设备与实施例2所用的设备的区别仅在于吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,臭氧产生量为lg/h。Au负载的活性炭和分子筛的制备过程为:将HAuCl4与水配成浓度为O. 05g/L的浸溃液,再将15g活性炭与5g SBA-15分子筛加入到IL浸溃液中,而后用O. lmol/L NaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在70°C下反应80min后,过滤,用去离子洗涤,常温下自然晾干,30(TC煅烧6h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂。
[0049] 有机废气降解的研究结果表明,一体化净化设备对总苯系物的去除效率一直稳定在95〜96%,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧基本检测为O。
[0050] 对比例I
[0051] 本对比实施例所用的设备与实施例4所用的设备相同,区别仅在于Au负载的活性炭和分子筛制备过程为:将HAuCl4与水配成浓度为O. 2g/L的浸溃液,再将Ig活性炭与IgSBA-15分子筛加入到IL浸溃液中,而后用O. lmol/L NaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在30°C下反应SOmin后,过滤,用去离子洗涤,常温下自然晾干,500°C煅烧6h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂。
[0052] 有机废气降解的研究结果表明,一体化净化设备对总苯系物的去除效率仅为90〜91%左右,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧检测残余量为O. I〜O. 3mg/m3。
[0053] 对比例2
[0054] 本对比实施例所用的设备与实施例4所用的设备相同,区别仅在于使用活性炭吸附剂。
[0055] 有机废气降解的研究结果表明,一体化净化设备对总苯系物的去除效率仅为90〜91%,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧检测残余量为O. 3〜O. 6mg/m3。
[0056] 对比例3
[0057] 本对比实施例所用的设备与实施例4所用的设备相同,区别仅在于使用SBA-15分子筛吸附剂。
[0058] 有机废气降解的研究结果表明,一体化净化设备对总苯系物的去除效率仅为90〜91%,总悬浮颗粒物的去除率90〜92%,臭氧检测残余量为O. 3〜O. 6mg/m3。
[0059] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于包括以下步骤: (O静电除尘:通过集气罩收集有机废气,经静电除尘器将有机废气中粒径大于.2. 5 μ m的颗粒物去除,从而大大消除颗粒物对光催化剂的遮蔽作用,延长光催化剂的寿命; (2)光催化氧化:除尘后的有机废气进入光催化反应装置,在光催化剂的作用下,有机废气中的大部分挥发性有机物分解为小分子有机物或矿化为CO2和H2O ; (3)臭氧氧化吸附协同深度氧化:将经过光催化氧化后的有机废气中残留的有机物首先通过光催化技术产生的剩余臭氧和臭氧发生器产生的臭氧进行气相氧化,然后通过吸附剂吸附浓缩氧化后的混合气体,再利用吸附的臭氧将所吸附的有机废气进行进一步氧化降解,这样既保证了有机废气的安全深度达标排放,又完全消除了光催化技术产生的剩余臭氧排放对大气的二次污染问题;混合气体包括有机废气和臭氧。
2.根据权利要求I所述的处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于:所述的有机废气为各类工厂排放的复杂工业有机废气。
3.根据权利要求I所述的处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于:步骤(I)和(2)中所述的光催化剂为负载在泡沫镍上的纳米TiO2光催化剂或者纳米ZnO-SnO2复合氧化物光催化剂。
4.根据权利要求I所述的处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于:步骤(3)中所述的吸附剂为Au负载的活性炭和分子筛,其通过以下方法制备得到:将HAuCl4与水配成浸溃液,再将活性炭与分子筛混合物加入到浸溃液中,而后用O. lmol/LNaOH溶液调节浸溃液的pH值到7,在40〜100°C下反应5〜120min后,过滤,洗漆,常温下自然晾干,200〜400°C煅烧I〜12h,得到Au负载的活性炭和分子筛吸附剂;其中HAuCl4和活性炭与分子筛混合物的质量比为O. 002〜O. 02 :1。
5.根据权利要求4所述的处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于:所述的活性炭和分子筛混合物按以下质量百分含量组成:活性炭5〜95%,分子筛5 〜95%。
6.根据权利要求I所述的处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法,其特征在于:步骤(3)中所述的臭氧产生量范围为I〜15g/h。
7.实现权利要求I〜6任一项所述处理复杂工业有机废气的一体化物理化学净化方法的设备,其特征在于:包括依次连接的用于收集气体的集气罩、反应箱体和用于抽出气体的风机;按照气体的走向,反应箱体内依次设置有静电除尘器、光催化反应装置、臭氧发生器和吸附床层;在光催化反应装置和吸附剂之间为臭氧发生区;吸附床层上设置有吸附剂。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述的静电除尘器为高压静电除尘器。
9.根据权利要求7所述的设备,其特征在于:所述的光催化反应装置包含用于激发光催化剂的紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床;紫外灯、光催化剂和流过式光催化固定床依次排布,光催化剂固定在流过式光催化固定床上。
10.权利要求7所述的设备在复杂工业有机废气处理中的应用。
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