CN105921007A - 有机废气净化装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种有机废气净化装置和方法，包括步骤：将废气中的尘粒捕集分离；由流光放电产生的高能电子与污染气体分子发生碰撞，使其分子内部化学键断裂活化；由紫外光照射纳米二氧化钛催化剂产生多种自由基和电子空穴，将有机废气氧化分解。本发明采用针阵列正直流流光放电，提高了电晕放电的能量密度，可产生更多活性更强的高能电子，对有机废气分子进行活化降解。通过贵金属和二氧化锰催化剂的协同作用，改变反应途径，降低反应活化能，促使有机废气被彻底氧化成二氧化碳和水，减少中间产物。纳米二氧化钛在紫外光照射下产生光子和电子空穴，进而形成羟基和氧自由基等氧化性极强的粒子，和污染物发生光化学氧化反应。

Description

有机废气净化装置和方法

技术领域

本申请属于废气处理技术领域，特别是涉及一种有机废气净化装置和方法。

背景技术

目前国内外主要的挥发性有机物处理方法包括：吸附法、吸收法、燃烧法、等离子体和光催化氧化等。由于大部分VOCs不溶于水，吸收法处理效率相对较低，仅作为预处理手段。吸附法净化效率高，可处理多组分气体，其缺点是设备庞大，吸附剂价格昂贵，饱和后需要再生或更换，产生的固废还需进一步处理。燃烧法适用于处理高浓度、小气量的可燃性气体，净化效率高，有机废气被彻底氧化分解，但其处理成本高，需添加燃料、陶瓷蓄热体或催化剂，易形成二次污染。低温等离子体和光催化技术是近年来备受关注的新型的气态污染物的治理技术，是一个集物理学、化学和环境科学于一体的交叉综合性电子化学技术。该技术具有高效率、低能耗、使用范围广、处理量大、操作简单等特点，其应用和推广对工业领域有机废气及恶臭气体的治理意义重大。

目前工业应用的低温等离子体技术主要是采用气体放电方式发生，其具体放电模式又分为介质阻挡放电和电晕放电。

介质阻挡放电可以产生高密度的等离子体，能使大多数有机废气在高能电子和自由基作用下氧化分解。但工业大风量废气净化中，所有待处理废气都经过放电区间则装置成本和能耗过高，且电极易被污染而失效。所以有采用新鲜空气通过介质阻挡放电产生等离子体后再与污染气体混合反应。

电晕放电从电极结构分主要有线筒式、线板式、针板式等；高压电源波形分直流、交流和脉冲等。脉冲放电因能耗高，电源和反应器匹配困难，高压元件受脉冲冲击寿命短等原因，应用较少。市场上常见的电晕等离子体是由多个线筒组合而成的蜂窝状直流电晕放电，线电极为高压极，筒为接地电极。这种电晕放电模式对工业电除尘和需要产生少量负离子的应用需求，能够很好的满足。但要去除挥发性有机物，打开有机分子的化学键，使其发生化学反应而被彻底氧化，这种放电模式则难以胜任。这时就需要能够产生电子能级在5-10eV高能电子的流光放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能长期稳定高效运行、处理成本低、能耗低、无二次污染，适用于大风量、中低浓度、成分复杂的有机废气净化装置和方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种有机废气净化装置，包括壳体，该壳体的两侧分别形成有进风口和出风口，所述壳体内于进风口和出风口之间依次设置有过滤除尘装置、等离子体催化协同装置和光催化氧化装置，所述等离子体催化协同装置包括沿气流方向依次设置的针阵列对板电晕放电装置和催化协同装置。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述过滤除尘装置包括并列设置的多个滤筒，所述滤筒水平设置，所述滤筒的入口端与所述进风口连通，每个所述滤筒的出口端分别连接有一文氏管，所述文氏管的出口端与所述等离子体催化协同装置连通。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述文氏管的出口端还设置有脉冲喷吹装置，所述滤筒设置有压力传感器。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述针阵列电晕放电装置包括交替设置的高压电极板和地电极板，所述高压电极板和地电极板表面阵列凸伸有多个针尖体，针尖体之间的间距20～40mm，针尖体高度5～7mm，高压电极板和地电极板间距20～40mm，高压电极板所加高压在10～20kV。。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述催化协同装置包括载体以及负载于载体上的催化剂。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述载体为蜂窝状活性炭，所述催化剂选自Ag、Pt、Pd、MnO₂。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述光催化氧化装置包括依次设置的第一紫外光源、第一光催化装置、第二紫外光源和第二光催化装置，所述第一紫外光源和第二紫外光源的波长分别为185nm和254nm，所述第一光催化装置和第二催化装置包括二氧化钛催化剂。

优选的，在上述的有机废气净化装置中，所述二氧化钛催化剂以蜂窝状铝网为载体。

相应的，本申请还公开了一种有机废气净化方法，依次包括步骤：

将废气中的尘粒捕集分离；

由流光放电产生的高能电子与污染气体分子发生碰撞，使其分子内部化学键断裂活化；

由紫外光照射纳米二氧化钛催化剂产生多种自由基和电子空穴，将有机废气氧化分解。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用针阵列正直流流光放电，提高了电晕放电的能量密度，可产生更多活性更强的高能电子，对有机废气分子进行活化降解。

通过贵金属和二氧化锰催化剂的协同作用，改变反应途径，降低反应活化能，促使有机废气被彻底氧化成二氧化碳和水，减少中间产物。

纳米二氧化钛在紫外光照射下产生光子和电子空穴，进而形成羟基和氧自由基等氧化性极强的粒子，和污染物发生光化学氧化反应。

本发明对工业有机废气去除效率高、无二次污染、能耗低、一次性投入少、运行成本低适用范围广，可根据需要加工各种不同风量大小的净化系统。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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所示为本发明具体实施例中有机废气净化装置的结构示意图；

图2所示为本发明具体实施例中针阵列对板电晕放电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，有机废气净化装置，包括壳体1，该壳体的两侧分别形成有进风口101和出风口102，壳体1内于进风口101和出风口102之间依次设置有过滤除尘装置2、等离子体催化协同装置3和光催化氧化装置4，等离子体催化协同装置3包括沿气流方向依次设置的针阵列对板电晕放电装置301和催化协同装置302。

过滤除尘装置2包括并列设置的多个滤筒201，滤筒201水平设置，滤筒的入口端与进风口连通，每个滤筒的出口端分别连接有一文氏管202，文氏管的出口端与等离子体催化协同装置3连通。

在该技术方案中，滤筒采用纳米级复合高效滤材，该复合高效滤材优选为纳米纤维，用以保障清洁的气体排出，以减轻尘粒对等离子体能量消耗和防止各种催化剂中毒失活。

进一步地，文氏管202的出口端还设置有脉冲喷吹装置(图未示)，滤筒201还设置有压力传感器。

在该技术方案中，通过压力传感器实现在线压力检测，当滤筒集尘较多，风阻过大时自动进行脉冲喷吹清灰，确保整个系统能高效稳定运行。

结合图2所示，针阵列对板电晕放电装置301采用针阵列对板正直流流光放电方式，包括交替设置的高压电极板3011和地电极板3012，高压电极板3011和地电极板3012表面阵列凸伸有多个针尖体3013，针尖体3013之间的间距20～40mm，针尖体高度5～7mm，高压电极板和地电极板间距20～40mm，高压电极板所加高压在10～20kV。

在优选实施例中，可采用钢板冲压出方阵排列的三角形尖端或多根锯齿条有序排列作为针尖体。

在优选的实施例中，针阵列对板电晕放电装置301包括两个独立的箱体，沿气流方向依次设置，每个箱体长度为1m，每个箱体内安装7个单元模块，每个单元模块安装二层放电齿条，共安装14层放电齿条，每个单元模块厚度为12.5㎝，齿条与齿条间的距离为3cm，每个单元模块需要有3个电源供电。电源采用外置式固定。

在该技术方案中，针阵列对板电晕放电装置分为两个箱体，便于运输和安装，每个箱体的后方分别设置一个催化协同装置。

催化协同装置包括载体以及负载于载体上的催化剂。载体优选为蜂窝状活性炭，催化剂优选自Ag、Pt、Pd、MnO₂。

光催化氧化装置4包括依次设置的第一紫外光源401、第一光催化装置402、第二紫外光源403和第二光催化装置404，第一紫外光源401和第二紫外光源403的波长分别为185nm和254nm，第一光催化装置402和第二催化装置404包括二氧化钛催化剂。二氧化钛催化剂优选以蜂窝状铝网为载体，锐钛型纳米二氧化钛催化剂以液相沉积法负载于铝网上。

本案有机废气的净化原理在于：

废气从进风口进入净化装置，首先经过预处理除尘部分，由纳米级滤材将废气中尘粒捕集分离；然后经过等离子体部分，由流光放电产生的高能电子与污染气体分子发生碰撞，使其分子内部化学键断裂活化；最后经过紫外光催化部分，由紫外光照射纳米二氧化钛催化剂产生多种自由基和电子空穴，将有机废气氧化分解；最终净化后的气体由出风口达标排放。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种有机废气净化装置，其特征在于，包括壳体，该壳体的两侧分别形成有进风口和出风口，所述壳体内于进风口和出风口之间依次设置有过滤除尘装置、等离子体催化协同装置和光催化氧化装置，所述等离子体催化协同装置包括沿气流方向依次设置的针阵列对板电晕放电装置和催化协同装置。

2.根据权利要求1所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述过滤除尘装置包括并列设置的多个滤筒，所述滤筒水平设置，所述滤筒的入口端与所述进风口连通，每个所述滤筒的出口端分别连接有一文氏管，所述文氏管的出口端与所述等离子体催化协同装置连通。

3.根据权利要求2所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述文氏管的出口端还设置有脉冲喷吹装置，所述滤筒设置有压力传感器。

4.根据权利要求1所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述针阵列电晕放电装置包括交替设置的高压电极板和地电极板，所述高压电极板和地电极板表面阵列凸伸有多个针尖体，针尖体之间的间距20～40mm，针尖体高度5～7mm，高压电极板和地电极板间距20～40mm，高压电极板所加高压在10～20kV。。

5.根据权利要求1所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述催化协同装置包括载体以及负载于载体上的催化剂。

6.根据权利要求5所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述载体为蜂窝状活性炭，所述催化剂选自Ag、Pt、Pd、MnO₂。

7.根据权利要求1所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述光催化氧化装置包括依次设置的第一紫外光源、第一光催化装置、第二紫外光源和第二光催化装置，所述第一紫外光源和第二紫外光源的波长分别为185nm和254nm，所述第一光催化装置和第二催化装置包括二氧化钛催化剂。

8.根据权利要求7所述的有机废气净化装置，其特征在于：所述二氧化钛催化剂以蜂窝状铝网为载体。

9.一种有机废气净化方法，其特征在于，依次包括步骤：

将废气中的尘粒捕集分离；

由流光放电产生的高能电子与污染气体分子发生碰撞，使其分子内部化学键断裂活化；

由紫外光照射纳米二氧化钛催化剂产生多种自由基和电子孔穴，将有机废气氧化分解。