CN103316572A - 一种多相催化净化气体中有机污染物的装置及方法 - Google Patents

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一种气体中有机污染物净化方法,其特征是含挥发性有机污染物的气体通入一个多功能化学反应器,有机污染物经过液体洗涤、吸收、二氧化钛-紫外光-双氧水催化氧化、铁氧化物-芬顿氧化被高效彻底清除。该反应器自下而上由液相吸收-催化氧化反应室、气-液相洗涤催化氧化反应室、气-固相非均相催化氧化反应室构成,在液相反应室和气相反应室内部加入紫外光源,液相反应室中液体为含双氧水、二氧化钛的水悬浮液,用输送泵液体室抽取液体从气相反应室上部喷淋,强化气体中污染物的吸收和化学反应。然后,气体穿过固体铁氧化物构成的滤层,进一步通过滤层中芬顿氧化反应清除挥发性有机物,并过滤气体中夹带液滴、水汽、双氧水,降低双氧水的泄漏量。

Description

一种多相催化净化气体中有机污染物的装置及方法
[0001] 一、技术领域
本发明属于环保技术领域,具体涉及到挥发性有机污染物净化技术。
[0002] 二、背景技术
挥发性有机物(VOCs)通常是指常压下沸点为50-260°C的有机化合物,如烷烃、烯烃、芳香烃、氯代芳烃以及饱和、不饱和的醛、酮等。VOCs主要来源于石油、化工、造纸、油漆涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业排放的废气,以及众多交通工具所排放的废气。
[0003] 我国每年VOCs排放总量约2650-3100万吨。苯系物、醇、醋、醚、酮等五类化合物是当前涂料应用排放有机废气的主要成分,分别占到总量的29%、19%、13%、10%和11%,其中31%为有毒有害物质,以甲苯和二甲苯为主。随着社会发展和人们对环境质量要求的提高,世界各国对有机废气的排放制定了严格的环保法规,如美国、日本、德国等都制定了严格的有机废气排放标准,特别是对苯系物、多环芳烃、多氯联苯、二恶英等常见的和强毒性的工业有机废气,更是引起了人们和环保工作者的关注。美国清洁空气修正案(1990年)要求监测的189种优先控制的有毒空气污染物中,约有100种为挥发性有机污染物;我国1997年颁布并实施的《大气污染物综合排放标准》中共限定了 33种污染物的排放限值,其中就包括苯系物(苯、甲苯和二甲苯)等多种VOCs。目前我国大气污染的控制和治理多集中于电厂和锅炉等大型固定源的烟气除尘、脱硫、脱硝等的技术研究和工业推广上,相比之下挥发性有机废气,如苯系物有机废气的排放未引起足够的重视。故开发经济、高效的有机废气处理技术,将对改善我国的大气质量,实现大气污染的控制和治理具有重要的环境、经济和社会意义。
[0004] 专利文件CN1277888公开了一种由电晕放电和固体吸收剂联合组成的化学反应吸收方法,用于含氯、硫、氮和氟的各种有机废气的净化。该方法的处理过程是把有机废气导入由电晕放电和固体吸收剂组成的反应吸收器,在电晕放电非平衡等离子体的作用下,使废气中的有机物被分解氧化为无害物,在分解的同时,有机废气中含有的氯、硫、氮和氟被装在反应器内的固体吸收剂吸收,从而达到气体净化的目的。
[0005] 专利文件CN101138713公开了一种室内有机污染气体净化剂的制备和使用方法。包括如下步骤:1)收集废弃的果皮等植物角质,去除剩余果肉等杂质,得到天然植物角质/生物聚合物;2)将植物角质干燥,粉碎,过筛10〜200目;3)加入0.5〜6mol/L的盐酸,水浴加热处理0.5〜6小时后,过滤,用水冲洗至中性,得到绿色净化剂;4)绿色净化剂用于吸附处理室内空气中有机污染物,达到饱和后,于70-100°C热再生0.5-2小时,重新使用。发明制备的净化剂对室内空气中有机污染物的吸附性能快速高效,吸附量高达2.0g/g,且不受温度、湿度和共存有机污染物的影响,特别适合室内复合污染有机物的净化处理;该净化剂廉价易得,且易回收利用或再生使用。
专利文件CN101147861公开了一氧化碳优先氧化的催化剂及其制备方法,主要用于燃料电池氢源技术中一氧化碳的去除及净化、CO防毒面具及CO气体探测器等,也可用于含CO有毒气体环境下的气体净化与提纯。
[0006] 三、发明内容
本发明旨在提供一种挥发性有机污染物净化方法,所要解决的技术问题是设计合适的反应器结构、工艺技术参数使其能在室温下通过催化化学氧化的方式去除气体中的挥发性有机污染物。
[0007] 本发明解决技术问题采用如下技术方案:
净化气体中有机污染物的装置由上、中、下3部分构成的多功能反应器,包括反应器外壳(I)、进气口(2)、双氧水加料口(3)、穿孔板(4)、紫外灯(5)、铁氧化物滤料层(6)、出气口(7)、双氧水储池(8)、喷淋装置(9)、喷淋液体输送泵(10)、液体出口(11)、液体入口
(12)。
[0008] 含挥发性有机污染物的气体从进气口(2)通入多功能化学反应器,由顶部出气口(7)排出,气体中的有机污染物在多功能反应器中经过液体洗涤吸收、二氧化钛-紫外光-双氧水催化氧化、铁氧化物-芬顿氧化联合作用被高效彻底清除。
[0009] 气体中有机污染物净化装置净化有机污染物的方法在于:
该反应器自下而上由液相吸收-催化氧化反应室、气相催化氧化反应室、气-固相非均相催化氧化反应室构成,气体从底部进入,底部排除;
在液体反应室和气体反应室内部加入紫外光源,单位体积内功率50-500W/m3 ;
液相吸收-催化氧化反应室液体为含双氧水、纳米二氧化钛的水悬浮液,双氧水的质量百分浓度0.02-20%, 二氧化钛的质量百分浓度0.01-1% ;
液体反应室底部设置液体出口,与输送泵进液口相连,含双氧水、二氧化钛的水悬浮液由输送泵提升加压后从气体反应室上部雾化喷淋,强化气体中污染物的洗涤吸收和催化化学反应;
气相催化氧化反应室设置4-5层铁金属板制作的穿孔板,穿孔板内孔径l_5mm、穿孔壁间距5-20mm,或者铁丝制作的金属筛网,气体和液体反复通过穿孔板的小孔或筛网,增强气-液接触和传质,提高洗涤吸收有机污染物的效率;
气-固相非均相催化氧化反应室装填直径l-20mm铁质颗粒状或纤维状材料,如纳米结构化的铁氧化物、铁硫化物矿物材料,或者负载铁氧化物、氢氧化物的纤维材料,或者铁质金属丝材料,材料装填之前用0.1%_5%的稀酸浸溃使材料表面酸化,提高催化双氧水氧化有机污染物的效率。
[0010] 与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
1、本发明的净化装置由液相吸收-催化氧化反应室、气相催化氧化反应室、气-固相非均相催化氧化反应室构成,含有机污染物气体自下而上通过反应器。有机污染物经历了液体室内的鼓泡吸收、气体室内的喷淋洗涤吸收过程,同时在液体室、气体室内经历TiO2-紫外光协同催化双氧水氧化作用。在气-固相非均相催化氧化反应室内与铁质材料表面发生气-固-液非均相芬顿氧化反应(铁离子催化的双氧水氧化反应)。由于在净化装置内发生上述多种物理吸收、化学氧化、催化氧化的联合作用,在常温下可以彻底去除气体中的有机污染物。
[0011] 2、发明人研究发现,二氧化钛紫外光催化有机污染物的空气氧化速率很慢,但是当有很少量双氧水存在时,二氧化钛紫外光催化有机物的氧化速率大幅度提高。
[0012] 3、发明人利用双氧水有一定的挥发性这一特点,设计紫外光强化气体室内的均相氧化。
[0013] 4、设置铁质材料过滤层,气体穿过铁质颗粒材料构成的过滤介质,过滤去除气体中夹带的液滴、水汽、双氧水,进一步通过滤层中芬顿氧化反应彻底清除挥发性有机物,并降低双氧水的泄漏量。
[0014] 四、附图说明
图1气体中有机污染物净化装置结构示意图。
[0015] 五、具体实施方式 非限定性实施方案如下:
净化气体中有机污染物的装置用有机玻璃管制作,直径500mm,高度1500mm。由上、中、下3部分构成,分别为液相吸收-催化氧化反应室、气-液洗涤催化氧化反应室、气-固相非均相催化氧化反应室,按照图1设置进气口、双氧水加料口、穿孔板、紫外灯、铁质材料滤料层、出气口、洗涤液储池、喷淋装置和喷淋液体输送泵;
在液体反应室和气体反应室部位的有机玻璃管上自上而下均匀布置4个孔,插入15瓦长度30cm紫外灯,并密封固定,单位体积内紫外光功率为200W/m3 ;
气相催化氧化反应室设置10层铁丝网,孔径2-3mm ;
褐铁矿矿石破碎筛分获得2-5_的颗粒材料,在管式炉中于300°C氢气还原I小时获得纳米结构化的磁铁矿,用1%稀酸浸溃使材料表面酸化,把处理好的颗粒物装填到气-固相非均相催化氧化反应室,填充高度20cm ;
液相吸收-催化氧化反应室充满含双氧水、纳米二氧化钛的水悬浮液,双氧水的质量百分浓度0.5%,二氧化钛的质量百分浓度0.05% ;
把引自空压机的空气分成两路,一路空气鼓泡进入甲苯溶液,甲苯挥发获得高浓度含甲苯气体,另一路作为稀释气体。通过两路气体流量调节获得不同甲苯浓度的模拟实验气体;
把液体反应室底部液体出口与输送泵进液口相连,启动蠕动泵将含双氧水、二氧化钛的水悬浮液输送至上部喷淋;
同时开启紫外灯开关、空气压缩机开关和出气阀门、喷淋蠕动泵开关,系统开始运行,从进气口和出气口取样检测进气和出气甲苯浓度,监测净化装置运行效果,监测喷淋液中双氧水的浓度,定期补加质量浓度20%的双氧水,维持喷淋液中双氧水的浓度在0.05-1%之间。

Claims (2)

1.一种净化气体中有机污染物的装置,其特征在于:净化装置由上、中、下3部分构成的多功能反应器,包括反应器外壳(I)、进气口(2)、双氧水加料口(3)、穿孔板(4)、紫外灯(5 )、铁质材料滤料层(6 )、出气口( 7 )、洗涤液储池(8 )、喷淋装置(9 )、喷淋液体输送泵(10)、液体出口(11)、液体入口(12); 含挥发性有机污染物的气体从进气口(2)通入多功能化学反应器,顶部出气口(7)排出,气体中的有机污染物在多功能反应器中经过液体洗涤吸收、二氧化钛-紫外光-双氧水催化氧化、铁质材料-芬顿氧化联合作用被高效彻底清除。
2.根据权利要求1所述的净化气体中有机污染物的装置,其净化有机污染物的方法在于: 该反应器自下而上由液相吸收-催化氧化反应室、气相催化氧化反应室、气-固相非均相催化氧化反应室构成,气体从反应器底部进入,顶部排出; 在液体反应室和气体反应室内部加入紫外光源,单位体积内功率50-500W/m3 ; 液相吸收-催化氧化反应室液体为含双氧水、二氧化钛的水悬浮液,双氧水的质量百分浓度0.02-20%, 二氧化钛的质量百分浓度0.01-1% ; 液体反应室底部设置液体出口,与输送泵进液口相连,含双氧水、二氧化钛的水悬浮液由输送泵提升加压后从气体反应室上部雾化喷淋,强化气体中污染物的洗涤吸收和催化化学反应; 气-液相洗涤催化氧化反应室设置5-20层铁金属板制作的穿孔板,穿孔板内孔径l-5mm、穿孔壁间距5-20mm,或者铁丝制作的金属筛网,气体和液体反复通过穿孔板的小孔、或筛网,增强气-液接触和传质,提高洗涤吸收有机污染物的效率; 气-固相非均相催化氧化反应室装填直径l-20mm铁质颗粒状或纤维状材料,如纳米结构化的铁氧化物、铁硫化物矿物材料,或者负载铁氧化物、氢氧化物的纤维材料,或者铁质金属丝材料,材料装填之前用0.1%-5%的稀酸浸溃使材料表面酸化,提高催化双氧水氧化有机污染物的效率。
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