CN107064405A - 一种臭氧分解实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧分解实验装置，属于环境保护技术领域。本发明的一种臭氧分解实验装置，包括气泵、臭氧发生装置、催化反应塔和臭氧检测系统，所述气泵的出气管连接至臭氧发生装置的进气口，臭氧发生装置的出气口通过管路分别与多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的进口相连，多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的出口管路合并后连接至催化反应塔的进气口，所述的臭氧检测系统用于在线监测催化反应塔的进气口及排气口的臭氧浓度。采用本发明的臭氧分解实验装置能够有效提高实验结果的准确性，有助于为环境和材料领域技术人员研究催化剂分解臭氧的过程和原理提供科学的指导，从而保证真实实践中臭氧的分解效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧分解实验装置，用于环境科学、环境化学、环境材料学和环境工程等专业中的臭氧分解实验。
背景技术
臭氧又名三原子氧，俗称“福氧、超氧、活氧”，分子式是O3。臭氧在常温常压下呈淡蓝色的气体，稳定性极差，在常温下可自行分解为氧气，因此臭氧不能贮存，一般现场生产，立即使用。臭氧是目前已知的一种广谱、高效、快速、安全、无二次污染的杀菌气体，可杀灭细菌芽胞、病毒、真菌等，并可破坏肉杆菌毒素，因此被广泛应用于各种水质处理、医疗卫生、食品保鲜以及去除难降解物质等。但由于臭氧的利用率较低，实际使用过程中往往会产生大量的残留臭氧，如果这些残留臭氧直接排放到大气中，则势必会造成环境污染。
氮氧化物和各种挥发性有机物在光照下会产生大量的臭氧，近些年大气环境中臭氧浓度逐年增加，室内环境中也存在大量臭氧源，如打印机、复印机、紫外灯和各类家用电器等，在工作时均可能会向周围环境中释放臭氧，两者叠加会给人体健康造成更大危害。臭氧污染会危害人体的呼吸系统、心血管系统和中枢神经系统，破坏人体皮肤中的维生素E和免疫系统，根据美国国家环保局和世界卫生组织的相关研究，臭氧浓度每提升40微克/立方，会导致非正常死亡率提升0.6％。因此，近年来臭氧治理得到国内外的广泛关注。
目前对空气中臭氧的治理方法主要有活性炭吸附法、药液吸收法、热分解法、稀释法、和催化分解法等。前几种方法存在能耗高、产生二次污染物和处理量小等局限性，而催化剂分解臭氧可以较好的弥补以上方法的不足，是目前所有臭氧去除方法中最具有可行性的一种方法，因此成为广大研究者的研究热点。现有技术中，研究人员通常采用臭氧分解实验装置对催化剂催化分解臭氧的过程进行研究，其研究重点主要集中在不同催化剂对臭氧分解效果的影响，从而在一定程度上能够为真实实践中臭氧的催化分解治理提供理论依据。但采用现有臭氧分解实验装置对臭氧催化分解过程进行研究时，臭氧的分解过程与真实实践中存在较大的偏差，并不能真实、准确地反映出真实实践中臭氧的分解过程，从而导致其实验结果不能很好地用于指导真实实践。
如，中国专利申请号为201420676291.1，申请日为2014年11月13日的申请案公开了一种用于测定催化剂催化臭氧分解的分解率的装置，包括高纯空气钢瓶、转子流量计、臭氧发生器、装有水的混合瓶、三通阀，密封的玻璃圆柱槽、催化剂和装有KI水溶液的混合瓶；高纯空气钢瓶依次与转子流量计、臭氧发生器、装有水的混合瓶连接，装有水的混合瓶的排气口与三通阀连接后，一路经转子流量计后与装有KI水溶液的吸收瓶连接；另一路经转子流量计后再依次与装有催化剂的密封的玻璃圆柱槽、装有KI水溶液的吸收瓶连接。使用该申请案的装置对催化剂催化臭氧分解的分解率进行测定时能够有效降低臭氧的损耗，从而在一定程度上能够提高测定结果的准确率，但该测定实验与真实实践中臭氧分解过程之间仍存在较大的差别，从而导致其实验结果不能很好地用于指导真实实践。
因此，如何提高臭氧分解实验装置实验结果的准确性，对于指导后续真实实践中臭氧的分解治理，保证臭氧的治理效果具有重大意义。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服采用现有臭氧分解实验装置对臭氧分解过程进行研究分析时，臭氧分解过程与真实实践之间存在较大偏差，从而导致实验结果的准确性较低的不足，提供了一种臭氧分解实验装置。采用本发明的臭氧分解实验装置能够有效提高实验结果的准确性，有助于为环境和材料领域技术人员研究催化剂分解臭氧的过程和原理提供科学的指导，从而保证真实实践中臭氧的分解效果。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种臭氧分解实验装置，包括气泵、臭氧发生装置、催化反应塔和臭氧检测系统，所述气泵的出气管连接至臭氧发生装置的进气口，臭氧发生装置的出气口通过管路分别与多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的进口相连，多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的出口管路合并后连接至催化反应塔的进气口，所述的臭氧检测系统用于在线监测催化反应塔的进气口及排气口的臭氧浓度。
更进一步的，所述多孔式气体洗瓶内装有去离子水，气体干燥塔内装有硅胶颗粒，且臭氧发生装置的出气口与多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的进口之间的连接管路上均设有气体阀门和气体流量传感器，所述的气体阀门和气体流量传感器均与电控系统相连。
更进一步的，所述气泵的气体流量可调，调整范围为0～450L/min；所述臭氧发生装置内设置有交流电频率调节装置。
更进一步的，所述的催化反应塔设为双层侧壁结构，两层侧壁之间形成温控层，该温控层通过水浴进水口和水浴排水口实现与水浴锅的水循环，所述水浴锅设置有温控系统，该温控系统与电控系统相连。
更进一步的，所述温控层的厚度为2～5cm，其温控系统包括压缩机制冷系统和加热管加热系统；所述温控层的水浴进水口位于催化反应塔的侧壁下部，其水浴排水口位于催化反应塔的侧壁上部，且水浴进水口与水浴锅之间的管道上设有蠕动泵。
更进一步的，所述催化反应塔内设有臭氧去除催化剂、湿度传感器和温度传感器。
更进一步的，所述催化反应塔内设有传感器支架和催化剂支架，其中臭氧去除催化剂放置于催化剂支架上，湿度传感器和温度传感器放置于传感器支架上并位于催化剂支架下方。
更进一步的，所述催化反应塔的顶部设有顶盖，其底部设有底盖，且顶盖及底盖与催化反应塔塔身相连部分之间均增设密封垫，并通过紧固螺栓进行固定。
更进一步的，所述催化反应塔上设有臭氧进气检测口和臭氧排气检测口，臭氧进气检测口和臭氧排气检测口均用锥形硅胶堵头密封，堵头中设有气管与臭氧检测系统相连，所述湿度传感器和温度传感器的引线也从堵头中引出。
更进一步的，所述的催化反应塔材质采用有机玻璃，其排气口通过管路与臭氧尾气处理装置相连，臭氧尾气处理装置的内部温度为200～400℃。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种臭氧分解实验装置，考虑到臭氧浓度、温度和环境湿度对臭氧分解过程的影响，能够对实验过程中进入催化反应塔的臭氧浓度、湿度和温度进行精确控制，从而能够有效降低实验过程与真实实践中臭氧分解过程之间的误差，为研究臭氧分解催化剂去除臭氧过程提供可靠的实验环境，从而有效提高了实验结果的准确性，进而有助于为环境和材料领域技术人员研究催化剂分解臭氧的过程和原理提供科学的指导，从而保证真实实践中臭氧的分解效果。
(2)本发明的一种臭氧分解实验装置，所述多孔式气体洗瓶内装有去离子水，气体干燥塔内装有硅胶颗粒，且臭氧发生装置的出气口与多孔式气体洗瓶及气体干燥塔的进口之间的连接管路上均设有气体阀门和气体流量传感器，通过控制两路管路的气体流量，可以对进入反应塔内气体的湿度进行精确控制和调节，避免湿度误差对实验结果的影响。
(3)本发明的一种臭氧分解实验装置，所述气泵的气体流量可调，调整范围为0～450L/min；所述臭氧发生装置内设置有交流电频率调节装置，通过调节气泵的流量和臭氧发生装置的电晕放电功率，可以精确控制进入催化反应塔中臭氧气体的流量和浓度，且能够对不同浓度的臭氧进行催化分解试验。
(4)本发明的一种臭氧分解实验装置，所述的催化反应塔设为双层侧壁结构，两层侧壁之间形成温控层，该温控层通过水浴进水口和水浴排水口实现与水浴锅的水循环，所述水浴锅设置有温控系统，该温控系统与电控系统相连，通过控制进入温控层内的液体温度，从而可以对催化反应塔内的反应温度进行精确控制，避免温度误差对实验结果的影响。
(5)本发明的一种臭氧分解实验装置，所述催化反应塔的顶部设有顶盖，其底部设有底盖，且顶盖及底盖与催化反应塔塔身相连部分之间均增设密封垫，并通过紧固螺栓进行固定，此种连接方式可以保证装置的气密性，有助于提高实验结果的准确性，并方便拆卸。
(6)本发明的一种臭氧分解实验装置，臭氧进气检测口和臭氧排气检测口均用锥形硅胶堵头密封，堵头中设有气管与臭氧检测系统相连，所述湿度传感器和温度传感器的引线也从堵头中引出，从而能够有效避免气体泄漏，保证反应装置的气密性，有助于进一步提高实验结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的臭氧分解实验装置的结构示意图；
图2为本发明的催化反应塔的主视示意图；
图3为本发明的催化反应塔的俯视示意图。
图中：1、气泵；2、臭氧发生装置；3、多孔式气体洗瓶；4、气体干燥塔；5、催化反应塔；501、顶盖；502、底盖；503、温控层；504、底座；505、密封垫；506、紧固螺栓；507、进气口；508、排气口；509、水浴进水口；510、水浴排水口；511、臭氧进气检测口；512、臭氧排气检测口；513、传感器支架；514、催化剂支架；515、臭氧去除催化剂；516、湿度传感器；517、温度传感器；6、臭氧尾气处理装置；7、臭氧检测系统；8、蠕动泵；9、水浴锅。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种臭氧分解实验装置，包括气泵1、臭氧发生装置2、催化反应塔5、臭氧检测系统7和为实现功能所需的传感器和电控系统，所述气泵1的出气管连接至臭氧发生装置2的进气口，臭氧发生装置2的出气口分为两路，即通过管路分别与多孔式气体洗瓶3及气体干燥塔4的进口相连，多孔式气体洗瓶3及气体干燥塔4的出口管路合并后连接至催化反应塔5的进气口507。上述臭氧检测系统7包含臭氧检测仪和电脑，可以在线监测催化反应塔5的进气口507及排气口508的臭氧浓度。
上述多孔式气体洗瓶3内装有去离子水，可以提高进入多孔式气体洗瓶3中气体的相对湿度；气体干燥塔4内装有硅胶颗粒，可以降低进入干燥塔4中气体的相对湿度，且臭氧发生装置2的出气口与多孔式气体洗瓶3及气体干燥塔4的进口之间的连接管路上均设有气体阀门和气体流量传感器，所述的气体阀门和气体流量传感器均与电控系统相连，从而可以精确调节阀门开度大小，通过控制两路气体流量实现精确调节进入催化反应塔5内气体的湿度，湿度调节范围为5％～95％，从而能够用于对不同湿度环境下的臭氧分解过程进行试验，且能够真实反映实际实践中的臭氧分解原理和过程，测量结果较为准确。具体的，自臭氧发生装置2的出气口出来的含臭氧气体分为两路，一路进入多孔式气体洗瓶3，另一路进入气体干燥塔4，两路气体出来后混合并进入催化反应塔5进行催化分解，通过预先设定的催化分解环境湿度控制臭氧发生装置2的出气口与多孔式气体洗瓶3及气体干燥塔4的进口之间连接管路上气体阀门的开度，从而可以精确控制进入催化反应塔5内的气体湿度。
本实施例中气泵1的气体流量可调，调整范围为0～450L/min；所述臭氧发生装置2内设置有交流电频率调节装置，通过调节频率实现调节电晕放电功率，进而调节产生臭氧的浓度。本实施例通过调节气泵1的流量和臭氧发生装置2的电晕放电功率，可以控制进入催化反应塔4中臭氧气体的流量和浓度，从而能够对不同浓度的臭氧进行催化分解试验。
如图2、图3所示，本实施例的催化反应塔5设为双层侧壁结构，两层侧壁之间形成温控层503，温控层503的厚度为3cm，该温控层503通过水浴进水口509和水浴排水口510实现与水浴锅9的水循环，从而能够精确控制催化反应塔5内部气体的温度。所述水浴锅9设置有温控系统，该温控系统包括压缩机制冷系统和加热管加热系统，且与电控系统相连。
发明人在研究过程中发现，由于臭氧本身活性较高，极易受温度和湿度的影响，因此保证臭氧浓度、温度和湿度的精确控制对于实验结果的准确性至关重要。但由于目前现有的臭氧分解实验装置通常没有考虑到上述因素对臭氧分解过程的影响，也难以实现精确的臭氧浓度、温度和湿度控制，从而不利于催化剂分解臭氧的实验研究，其实验结果与真实应用结果之间误差较大，不能有效保证真实应用中臭氧的分解效果。因此，研制出一套能够准确反映出真实实践中臭氧分解过程的实验装置对于催化剂分解臭氧过程和原理的研究至关重要，也是本发明的研究重点。本发明的臭氧分解实验装置通过对臭氧进气浓度、温度和湿度进行精确控制，能够准确模拟真实实践中的臭氧分解过程，避免臭氧进气浓度、温度和湿度对臭氧分解的影响，从而能够有效提高实验结果的准确性，减小与真实实践应用之间的误差，进而有助于为环境和材料领域技术人员研究催化剂分解臭氧的过程和原理提供科学的指导，也为臭氧去除催化剂的规模化应用提供理论支撑。
实施例2
本实施例的一种臭氧分解实验装置，其结构基本同实施例1，其区别在于：所述的催化反应塔5安装于底座504上，其温控层503的水浴进水口509位于催化反应塔5的侧壁下部，其水浴排水口510位于催化反应塔5的侧壁上部，且水浴进水口509与水浴锅9之间的管道上设有蠕动泵8。所述的水浴进水口509在动力装置蠕动泵8的作用下可以将水浴锅9中一定温度的水送入温控层503，当温控层503中的水位超过水浴排水口510时，会自动流入水浴锅9，本实施例中温控层503的厚度为2cm。
本实施例的催化反应塔5内设有臭氧去除催化剂515、湿度传感器516和温度传感器517，湿度传感器516和温度传感器517均与电控系统相连。温度传感器516和湿度传感器517可将即时数据反馈至电脑端，根据需要设定相应值，通过单片机控制两路气体的气体流量传感器开度实现湿度调节，控制水浴锅9的压缩机制冷系统和加热管加热系统实现温度控制，从而能够准确模拟真实实践中臭氧分解的过程，试验过程与真实臭氧分解过程之间偏差较小，从而能够保证实验结果的准确性，该实验结果能够用于指导真实实践中不同环境下的臭氧催化分解。
实施例3
本实施例的一种臭氧分解实验装置，其结构基本同实施例2，其区别在于：所述催化反应塔5内设有传感器支架513和催化剂支架514，其中臭氧去除催化剂515放置于催化剂支架514上，湿度传感器516和温度传感器517放置于传感器支架513上并位于催化剂支架514下方。本实施例中催化反应塔5的顶部设有顶盖501，其底部设有底盖502，且顶盖501及底盖502与催化反应塔5塔身相连部分之间均增设密封垫505，并通过紧固螺栓506进行固定，此种连接方式可以保证装置的气密性，有助于提高实验结果的准确性，并方便拆卸。本实施例中温控层503的厚度为5cm。
所述催化反应塔5上设有臭氧进气检测口511和臭氧排气检测口512，臭氧进气检测口511和臭氧排气检测口512均用锥形硅胶堵头密封，堵头中设有气管与臭氧检测系统7相连，所述湿度传感器516和温度传感器517的引线也从堵头中引出，从而能够有效避免气体泄漏，有助于进一步提高实验结果的准确性。本实施例的催化反应塔5材质采用有机玻璃，整个实验过程可进行可视化观测，其排气口508通过管路与臭氧尾气处理装置6相连。臭氧气体通过进气口507，进入催化反应塔后依次通过传感器支架513、温度传感器516、湿度传感器517、催化剂支架514和臭氧去除催化剂515，由排气口508进入臭氧尾气处理装置6，通过加热的方式能够快速分解催化反应塔出口的臭氧，具体可根据实际情况控制臭氧尾气处理装置6的内部温度为200～400℃。
综上所述，本发明的臭氧分解实验装置考虑了臭氧浓度、湿度和温度对催化剂分解臭氧过程的影响，能够对催化剂分解臭氧试验中进入反应塔内的臭氧浓度、温度和湿度进行精确控制，从而能够更加准确地模拟真实实践中的催化剂分解臭氧过程，其实验结果与真实实践结果之间偏差较小，准确性比较高，进而能够有效用于指导真实实践中的臭氧催化分解治理，保证臭氧分解效果。具体的，本发明通过将臭氧发生装置的出气口管路一分为二，一路与多孔式气体洗瓶相连，另一路与气体干燥塔相连，并在两路管路中设置气体流量传感器，气体流量传感器可以与电控系统连锁，从而可以通过控制两路管路的进气流量对进入反应塔内的气体湿度进行控制和调节，且其控制精度比较准确，从而避免实验中湿度误差对实验结果准确性的影响。本发明在反应塔的侧壁设置温控层，通过温控层与水浴锅之间的水循环实现反应塔温度的可调性，从而能有效避免实验温度误差对实验结果的影响。由于本发明中水浴锅除了加热管加热系统外还有压缩机制冷系统，从而可以实现控制催化反应塔内的温度低于室温(接近0℃时，臭氧比较稳定)，温控系统与电控系统连锁，从而保证温度的精确控制。本发明通过温度、湿度传感器反馈的信号，可以人为设定进入反应塔内臭氧气体的温度和湿度数值，通过气体流量计和水浴锅的相关动作将温度和湿度值调整至设定值，这样就实现了温度和湿度的准确控制，同样方式也可以控制浓度。
以上所述实施例是对本发明所提供的一种臭氧分解实验装置进行的详细说明，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。该说明没有限制性，实际实验装置的结构并不局限于此。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上所做的等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种臭氧分解实验装置，包括气泵(1)、臭氧发生装置(2)、催化反应塔(5)和臭氧检测系统(7)，其特征在于：所述气泵(1)的出气管连接至臭氧发生装置(2)的进气口，臭氧发生装置(2)的出气口通过管路分别与多孔式气体洗瓶(3)及气体干燥塔(4)的进口相连，多孔式气体洗瓶(3)及气体干燥塔(4)的出口管路合并后连接至催化反应塔(5)的进气口(507)，所述的臭氧检测系统(7)用于在线监测催化反应塔(5)的进气口(507)及排气口(508)的臭氧浓度。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述多孔式气体洗瓶(3)内装有去离子水，气体干燥塔(4)内装有硅胶颗粒，且臭氧发生装置(2)的出气口与多孔式气体洗瓶(3)及气体干燥塔(4)的进口之间的连接管路上均设有气体阀门和气体流量传感器，所述的气体阀门和气体流量传感器均与电控系统相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述气泵(1)的气体流量可调，调整范围为0～450L/min；所述臭氧发生装置(2)内设置有交流电频率调节装置。
4.根据权利要求1或2所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述的催化反应塔(5)设为双层侧壁结构，两层侧壁之间形成温控层(503)，该温控层(503)通过水浴进水口(509)和水浴排水口(510)实现与水浴锅(9)的水循环，所述水浴锅(9)设置有温控系统，该温控系统与电控系统相连。
5.根据权利要求4所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述温控层(503)的厚度为2～5cm，其温控系统包括压缩机制冷系统和加热管加热系统；所述温控层(503)的水浴进水口(509)位于催化反应塔(5)的侧壁下部，其水浴排水口(510)位于催化反应塔(5)的侧壁上部，且水浴进水口(509)与水浴锅(9)之间的管道上设有蠕动泵(8)。
6.根据权利要求4所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述催化反应塔(5)内设有臭氧去除催化剂(515)、湿度传感器(516)和温度传感器(517)。
7.根据权利要求6所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述催化反应塔(5)内设有传感器支架(513)和催化剂支架(514)，其中臭氧去除催化剂(515)放置于催化剂支架(514)上，湿度传感器(516)和温度传感器(517)放置于传感器支架(513)上并位于催化剂支架(514)下方。
8.根据权利要求6所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述催化反应塔(5)的顶部设有顶盖(501)，其底部设有底盖(502)，且顶盖(501)及底盖(502)与催化反应塔(5)塔身相连部分之间均增设密封垫(505)，并通过紧固螺栓(506)进行固定。
9.根据权利要求8所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述催化反应塔(5)上设有臭氧进气检测口(511)和臭氧排气检测口(512)，臭氧进气检测口(511)和臭氧排气检测口(512)均用锥形硅胶堵头密封，堵头中设有气管与臭氧检测系统(7)相连，所述湿度传感器(516)和温度传感器(517)的引线也从堵头中引出。
10.根据权利要求9所述的一种臭氧分解实验装置，其特征在于：所述的催化反应塔(5)材质采用有机玻璃，其排气口(508)通过管路与臭氧尾气处理装置(6)相连，臭氧尾气处理装置(6)的内部温度为200～400℃。
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