CN103977678A - 一种光微波催化氧化处理有机废气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光微波催化氧化处理有机废气的方法，将碱液喷到波纹板上形成液膜，使液膜与有机废气充分接触发生物理溶解和化学反应形成预处理，将已预处理的有机废气网滤后进行微波辐射，使有机废气中的分子链进行第一次破坏，用高能C波段紫外线对有机废气进行照射，使有机废气中的分子链进行第二次破坏，用羟基自由基对有机废气进行第一次氧化，用高臭氧HV紫外线光束产生的臭氧对有机废气进行第二次氧化，将已脱臭和灭菌的有机废气经过以二氧化钛为蜂窝载体的稀土氧化物催化剂进行第三次催化氧化，可有效地将有机废气中高分子污染物和高分子污染物分子链全部分解、裂解后催化氧化成低分子无害物质，加快了催化氧化速度，缩短了处理时间，节约了电能。
Description
技术领域
本发明涉及到一种有机废气处理方法，尤其是涉及一种利用光微波辐射和催
化氧化处理工业有机废气的方法。
背景技术
对于在制药、皮革、冶金、焦化等行业中产生的高浓度有机废气的处理尚还存在一些问题，比如不能很好地将其中有毒、恶臭和难降解的气体除尽，进而经过处理的气体仍然会污染空气危害人体健康；另外对于处理的有机废气不能有效转化利用，某种程度造成资源的浪费。随着科学技术发展，对工业有害有机废气的处理开始采用新的光微波处理技术，与传统处理有机废气方法相比，无论各方面都取得了较好的技术效果，特别是处理效果明显提高，但处理过程中所消耗的电能较多，节能效果还不够好。
发明内容
针对上述现有技术中的有机废气在处理中所存在的问题，本发明提供了一种不仅处理效果好，处理过程稳定可靠和安全，而且适用性强，节能环保，运行成本低的光微波催化氧化处理有机废气的方法。
本发明要解决的技术问题所采取的技术方案：所述光微波催化氧化处理有机废气的方法是：
1、先将碱液喷到波纹板上形成液膜，使液膜与有机废气充分接触发生物理溶解和化学反应形成预处理，从而去除有机废气中的无机气体、粉尘和粘附物，并降低有机废气的浓度和温度，
2、将已预处理的有机废气网滤后进行微波辐射，将有机废气中的分子链进行第一次破坏，将有机废气中的高分子污染物分解成低分子无害物质，再用高能C波段紫外线对有机废气进行照射，将有机废气中的分子链进行第二次破坏，使有机废气中的高分子污染物分子链分解，并用微波辐射中产生的羟基自由基对有机废气进行第一次氧化，使有机废气中的有害物质氧化CO2、H2O或矿物盐，
3、再用高臭氧HV紫外线光束产生的臭氧对有机废气进行第二次氧化，使有机废气进行脱臭和灭菌，
4、再将已脱臭和灭菌的有机废气经过以二氧化钛为蜂窝载体的稀土氧化物催化剂进行第三次催化氧化并经网滤后外排，所述稀土氧化物为重量比为1︰2～1︰4的AO2和BO组成，所述A为镧、铈或钇，所述B为铕、钆或铽。
本发明一是提出了对有机废气进行两重分解破坏和三重催化氧化的处理方法，即对有机废气依次进行微波辐射和高能C波段紫外线照射的两重分子链破坏以及用羟基自由基、臭氧和二氧化钛稀土氧化物催化剂进行三重催化氧化，可有效地将有机废气中高分子污染物和高分子污染物分子链全部分解、裂解后催化氧化成低分子无害物质，提高了有机废气处理效果；二是本发明采用由二氧化钛为载体的稀土氧化物为催化剂进行催化氧化，加快了催化氧化速度，缩短了处理时间，节约了电能。
本发明所述方法具有以下特点：
1、节能：50多KW电可以处理10万立方风量的有机废气，与现有微波处理相比，可省电50%，做到节能环保，
2、稳定性：整机所有配件均属于持续性材料，适用于24小时不间断运行，
3、安全性：本方法不需电路，可实现远程智能操作，并无安全隐患，
4、适应性强：可适应高浓度，大气量，不同恶臭气体物质的脱臭净化处理，可每天24小时连续工作，运行稳定可靠，
5、处理效率可达99%以上，运行成本低，
6、能够分解掉有机废气中的所有分子链，做到有效处理而无第二次污染。
具体实施方式
本发明所述光微波催化氧化处理有机废气的方法是；
1、先将有机废气进行预处理，采用双级立式填料吸收塔，以碱液做为喷淋液，以金属或陶瓷波纹板填料作为脱水装置，当液体喷洒到填料上时形成液膜，由于该液膜作用，使有机废气与喷淋液接触面积增大，充分接触，在此接触过程中液相与气相发生物理溶解和化学反应过程，从而去除有机废气中污染成分。采用快速动态洗涤的设备，大大的加强了原有的雾化效果10倍以上，更有效的去除溶于水的无机气体，稀释有机废气浓度，降低安全隐患，酸碱中和，降低有机废气温度及去除其中的粉尘和粘附物；
2、将已预处理的有机废气经活性炭滤网缓冲吸附后进行微波辐射，微波辐射功率300-500W（频率为300MHz-300GHz的电磁波），辐射时间6-8钟，使有机废气中的分子链进行第一次破坏，使有机物废气的分子链完全打断，裂解、改变物质结构，从而将有机废气中的高分子污染物降解成低分子无害物质；再用波长为250-270nm的高能C波段紫外线（仅次于切割不锈钢的激光，强于氩弧焊光源的数十倍强度）对有机废气进行照射，将有机废气中的分子链进行第二次破坏，使有机废气中的高分子污染物分子链分解，并裂解恶臭物质分子链，改变物质结构，将高分子污染物质裂解、氧化成为低分子无害物质，如水和二氧化碳等。并将在分解过程中产生的大量羟基自由基对有机废气进行第一次催化氧化, 羟基自由基（·OH）因其有极高的氧化电位（2.80EV），其氧化能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐，无二次污染；
3、再用高臭氧HV紫外线光束（波长185nm）产生的臭氧对有机废气进行第二次氧化，对有机废气进行脱臭和灭菌，因高能高臭氧UV紫外线光束能分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。UV+O2→O-+O*(活性氧)O+O2→O3(臭氧)，臭氧对有机物具有极强的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有极强的清除效果。O3也为强催化氧化剂进行有机废气催化氧化, 裂解恶臭气体中细菌的分子键，破坏细菌的核酸（DNA），再用臭氧进行氧化反应，彻底达到脱臭及杀灭菌的目的；
4、再将已脱臭和灭菌的有机废气经过以二氧化钛为蜂窝载体的稀土氧化物催化剂进行第三次催化氧化，本实施例中采用纳米TiO2为蜂窝载体、重量比为1︰2的CeO2和EuO稀土氧化物混合为催化层的催化剂是目前反应效率最高的纳米TiO2光催化剂。通过催化氧化处理，使细胞中极性物质随高频微波场的摆动受到干扰和阻碍，引起微生物细胞的蛋白质，核酸等生物大分子受热凝固或变性失活，从而导致其突变或死亡，同时对磁共振使之产生强磁辐射对废气分子进行切割、破坏、断裂，如：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，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子键，破坏细菌的核酸（DNA），而后再经网滤后外排，其它实施例中，所述稀土氧化物AO2和BO重量比为1︰2～1︰4，所述A为镧或钇，所述B为钆或铽。
上述改性二氧化钛催化剂的制备方法采用溶胶-凝胶法，即利用钛的无机盐或者钛酸酯类（如钛酸四丁酯）为原料，先将钛酸四丁酯溶解在无水乙醇溶剂中，搅拌混合，中加入适量冰醋酸（螯合剂），于钛酸四丁酯反应形成螯合物，控制钛酸四丁酯在水解过程中均匀缓慢水解，可得到颗粒细小且均匀的胶体溶液，即配置好的Ti02溶胶，其中，钛酸四丁酯、水、无水乙醇、冰醋酸的质量之比为1:3:20:1,反应温度为25℃；然后将前述稀土元素的硝酸盐溶液按比例以及少量去离子水滴入已配置好的Ti02溶胶，滴加盐酸调节PH值，不断搅拌，然后静置，然后将溶胶涂于片状载体上或者将颗粒、蜂窝状等载体浸入溶胶内（可多层涂覆，层数为2-4层，优选2层），使其在100℃或者自然状态下凝固，然后在一定温度下（400-650℃，优选500℃）烧结即成成品，其中，稀土氧化物占催化剂的wt%为1%-1.8%。当然，也可使用现有技术中的沉淀法、喷雾热解法、水热法和氧化-还原法等制备。掺入稀土元素氧化物的改性二氧化钛催化剂中的稀土元素能够细化晶粒，使Tio2晶格产生较大的晶格畸变和应变力，有效抑制电子和空穴的复合，使氧化还原的几率增高，进而提高了催化剂的活性。
实验一
用纯二氧化钛催化剂与改性二氧化钛催化剂(其中CeO2和EuO重量比为1︰2)分别作模拟光催化实验，实验条件为罗明丹B浓度为1.25mg/L,体积500ml；PH值为2.20；小型微波炉，功率500W,频率2450MHz;紫外无极灯,功率15W,波长253.7nm；有臭氧紫外线灯，功率15W,波长185nm；反应室为石英管反应器，将罗明丹B移入石英管反应器中，使之与光源的距离为12cm左右，通过对罗明丹B溶液降解前后的吸光度来测定降解率，经5h反应后结果如下表一所示：
实验二
用纯二氧化钛催化剂与改性二氧化钛催化剂(其中CeO2和TbO重量比为1︰4)分别作模拟光催化实验，实验条件为罗明丹B浓度为1.25mg/L,体积500ml；PH值为2.20；小型微波炉，功率500W，频率2450MHz；紫外无极灯，功率15W,波长253.7nm；有臭氧紫外线灯，功率15W，波长185nm；反应室为石英管反应器，将罗明丹B移入石英管反应器中，使之与光源的距离为12cm左右，通过对罗明丹B溶液降解前后的吸光度来测定降解率，经5h反应结果如下表二所示：
将已预处理的有机废气通入到微波催化氧化处理装置中，按上述方法在微波催化氧化装置进行两重破坏三次催化氧化处理，启动电机，记录有机废气通气量、消耗的电功率和和处理时间，当有机废气通入量为10万立方米时，消耗的总电功率为50.6KW，与现有微波处理装置相比，在同样的有机废气处理量时，消耗的总电功率降低了48.5KW，处理时间缩短了30分钟，处理效果中各项技术指标已达到或超过现有处理技术指标。
Claims (1)
1. 一种光微波催化氧化处理有机废气的方法，其特征在于：
a、将碱液喷到波纹板上形成液膜，使液膜与有机废气充分接触发生物理溶解和化学反应形成预处理，从而去除有机废气中的无机气体、粉尘和粘附物，并降低有机废气的浓度和温度，
b、将已预处理的有机废气网滤后进行微波辐射，将有机废气中的分子链进行第一次破坏，使有机废气中的高分子污染物分解成低分子无害物质，再用高能C波段紫外线对有机废气进行照射，将有机废气中的分子链进行第二次破坏，使有机废气中的高分子污染物分子链分解，并用微波辐射中产生的羟基自由基对有机废气进行第一次氧化，使有机废气中的有害物质氧化CO2、H2O或矿物盐，
c、再用高臭氧HV紫外线光束产生的臭氧对有机废气进行第二次氧化，对有机废气进行脱臭和灭菌，
d、再将已脱臭和灭菌的有机废气经过以二氧化钛为蜂窝载体的稀土氧化物催化剂进行第三次催化氧化并经网滤后外排，所述稀土氧化物为重量比为1︰2～1︰4的AO2和BO组成，所述A为镧、铈或钇，所述B为铕、钆或铽。
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