CN107519759A - 电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法，主要由过滤装置、以Ti/PbO2为阳极，不锈钢板为阴极构成的流动式电解槽和基于沸石—二氧化钛光催化剂的光催化反应器构成，含污染物与粉尘颗粒的空气首先经过纤维滤，然后在流动式电解槽的阳极发生电催化氧化反应，电解后进入光催化反应器进行进一步降解。本发明通过三种工艺的组合，提高空气的过滤效果，改善了光催化反应速率低下的问题，该方法大大改善了单独模块效率不佳的问题，使空气净化效果不低于90%。

Description

电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法
技术领域
本发明属于空气净化领域，具体涉及电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法。
背景技术
随着人们物质生活水平的提高，现代人一天内约有80%-90%的时间是在室内度过的，因此室内环境的好坏直接影响着我们的健康。但遗憾的是，空调系统以及各种装饰材料在建筑物中得到大量且频繁的使用，使得室内空气污染愈演愈烈。室内空气污染正成为继“煤烟型”、“光化学烟雾型”为标志的第三污染时期。据有关国际组织调查，全世界每年有近300万人直接或间接死于装修污染，世界上30%的新建和重修的建筑物存在有害于健康的室内空气污染气体。目前室内空气污染源主要是因建筑材料、日常用品以及在生活中排放的有毒有害化学、物理和生物因子聚集在室内，从而对人体健康造成直接或间接的危害，导致室内空气质量下降。装修后环境空气中挥发性有机化合物如甲醛，苯和甲苯等污染物产生的健康风险都明显增加，这些污染物因浓度、接触时间的不同对人体有不同程度的危害，主要有病态建筑综合症、建筑相关疾病和化学物质过敏症等，并且装修后的污染对学龄前儿童的危害最大。诸多研究表明，甲醛每年造成的癌症病例占全部的1.57%，在婴幼儿期间的伤害可能对此人的一生的健康都有影响。因此，有必要关注室内空气污染对我们的健康危害。所以我们有必要进一步深入研究、采取措施，提高室内空气质量，保障居民身体健康。
国内外家庭净化室内空气的常用方法主要有以下几种：
1.自然通风法
通风换气是最简单的清除甲醛等室内有害气体的方法。这种方法主要用于污染程度较轻的场合，在春、夏和秋季要根据天气的差异和室内人数的多少确定换气频度，通常冬季每天至少开窗换气30分钟以上，但冬季里气温偏低，多数家庭在冬季里减少了开窗的次数，因此该种方法虽然简单经济，但周期较长，净化缓慢，对于持续释放污染物的空间不能从根源解决问题。
2.活性炭纤维吸附法
活性炭纤维一是使吸附质分了快速深入活性炭内部较小的孔隙中去，二是作为催化载体，催化剂少量沉淀在微孔，大都沉淀在大孔和中孔中。由于炭表面积微孔比表面积大，官能团的比例增加，有利于甲醛气体的吸附。但是活性碳纤维由于其局限性，很少用活性炭作为单独处理室内甲醛污染的方法，经常配合其他方法综合处理甲醛，利用活性炭的物理吸附和作为催化剂载体。同时因为净化周期短，需定期更换。当温度、湿度、风速升高到一定程度时所吸附的污染物颗粒有可能游离出来，造成二次污染。
3. 植物净化法
绿色植物对室内空气中某些有害物质所具有的净化作用主要取决于植物的根部与土壤中的微生物和水分，而叶子具有一定的净化作用，但不是主体。有研究表明，全天24小时植物吸纳甲醛能力较强的植物是：合果芋、香兰、花叶万年青。但是植物净化与植物自身的代谢，周围环境有十分重要的关系。不同环境下不同植物净化污染物种类与效果不同。这种净化方式虽然兼美化环境与净化与一体，但净化机理有待深入研究，有些植物对人体健康不利，植物吸收污染后会净化性能会衰减，净化效率不稳定；有些植物市场不容易购买。
4.甲醛清除剂法
在甲醛释放的物品材料表面形成致密的分子薄膜，以隔绝甲醛等污染物。这种方法高效、持久，对物品表面无影响。甲醛清除剂不能清除甲醛，只是隔离甲醛，不能从根本上起到净化甲醛的作用。所以对于释放高浓度污染的物品使用喷涂法效果好，但是要避免物品表面的严重磨损和断裂，同时不可与其他净化产品叠用，不可与其他净化方法混用。
近年来，光催化技术作为一种高级氧化技术日益受到国内外学者的关注。几乎所有的有机物在光催化作用下可以完全氧化为CO2、H2O等简单无机物。光催化氧化剂中尤以金属氧化物半导体二氧化钛(TiO2)最为典型。目前国内外报道的利用TiO2催化氧化有机污染物技术中，主要利用分散相的TiO2和固定相的TiO2。光催化技术相对于过滤、吸附等其它技术具有以下优点：(1)反应条件温和，在常温常压下进行；(2)反应速率快，所需时间短；(3)能将大部分有机污染物降解为小分子物质。
光催化基本原理是基于能带理论的光生电子空穴理论，其中，以半导体作为光催化剂的研究最多。光崔化氧化技术常以二氧化钛为催化剂，二氧化钛具有不连续的能带结构，由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，存在于价带和导带之间的区域称为禁带，禁带宽度Eg=3.2eV。当能大于等于3.2eV(波长小于380nm)的光波照射到二氧化钛表面时，部分价带电子吸收能量并发生能级跃迁，电子跃迁到导带上后，相应的在价带上会产生一个空穴，由此形成电子空穴对。当电子空穴对具有足够长的存在时间时，就可以与二氧化钛表面吸附的污染物发生氧化还原反应从而实现将污染物降解为C02和H20的目的。
光催化技术也有其局限性：光催化应用于实际有机物降解的主要问题是光催化剂的固定化以及表面反应的特点，决定了光催化技术更适合低浓度有机污染物的降解。
电化学降解是一种依靠电解产生强氧化剂来氧化各类污染物的废水处理新技术。与常规的物理化学法与生物化学法相比，电化学降解具有许多突出优点。首先，电解过程中阳极上产生的·OH具有很强的氧化性，可无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水等简单有机物，处理效率高，且很少产生二次污染。其次，电化学降解在常温常压下即可进行，反应条件温和。再一，电化学降解既可单独处理，又可与其它处理技术相结合，如作为生化法的前处理，用以提高废水的可生化性。此外，电化学降解操作简单，易实现自动化。近年来，电化学降解技术已在垃圾渗滤液、制革废水、印染废水、染料废水、焦化废水、炼油废水等领域进行了应用研究，取得了较大进展，使人们对这一技术的期待更加迫切。
发明内容
本发明的目的是提供电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法，在同时发挥电化学与光催化各自优势的同时，实现两种工艺的协同作用，有效的提高了空气净化效果。
电本发明的目的是提供纤维过滤、电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法，本发明能够很好的除尘，去除空气中的污染物，并能很好的灭菌消毒。
本发明的电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法是：在由以Ti/PbO2镀膜板为阳极，不锈钢板为阴极构成的压滤式流动电解槽，在恒电压模式下（电极电压为10-15V），含有污染物的空气在流动式电解槽的阳极发生电催化氧化反应，进行电化学降解；，电解后的气体进入装有光催化剂的光催化反应器中，在紫外灯作用下，空气中的有机污染物在水分子催化、沸石吸附的作用下发生光催化氧化反应实现进一步降解；同时电催化氧化反应的析氧副反应所产生的氧气是光催化氧化反应时的光生电子的捕获剂，可提高光催化光生电子和空穴的分离效率，从而实现电化学降解与光催化技术联用的对废水处理的协同作用；电解槽前面装有过滤装置。
所述流动式电解槽的阴阳电极间距为1-4mm。
所述流动式电解槽的电流密度为15-30mA/cm2。
所述电解槽中的电解质为硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠或硝酸钾。
所述光催化剂是基于沸石—二氧化钛光催化剂，将二氧化钛负载在沸石上。
所述光催化反应器中的紫外灯的功率为18-30W，波长为253nm。
所述过滤装置采用多层次纤维过滤材料，纤维过滤材料规格是5-30ppi。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）采用过滤装置能够将空气中的颗粒大部分过滤，达到90%以上。
（2）以网状Ti/PbO2为阳极，不锈钢板为阴极构成的压滤式流动电解槽能够将空气中的有机物溶解在电解溶液中，并实时分解，先电化学方法后的气体不仅带有光催化技术催化剂-水分子，同时电解化学产生的氧气能够有效促进光催化反应。
（3）光催化剂采用沸石—二氧化钛光催化剂，沸石的吸附作用能够将残余有机物吸附在光催化剂上，在灯光照射下，有机物得到分解。
（4）电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法中的电化学降解与光催化技术协同作用下，空气净化效果不低于95%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
实验选用：过滤装置采用二层过滤，1级过滤采用20ppi的纤维过滤材料，2级过滤采用5ppi的纤维过滤材料；流动式电解槽采用Ti/PbO2镀膜板为阳极，不锈钢板为阴极，电极间间距为4mm，电极电压为10V，电流密度为50mA/cm2，电解质采用0.1mol/L的硫酸钠；光催化反应池采用功率为18w，波长为253nm的紫外灯作为光源，光催化剂采用沸石—二氧化钛光催化剂；采用模拟废气选用乙烯气体(0.0500％±0.0002％的标准气，稀释气采用标准净化空气）混加20mg粉尘颗粒。
反应性能：过滤装置的颗粒过滤率为95%，电解槽和光催化的协同作用提高了光催化氧化有机物的效率，使得在电解槽和沸石—二氧化钛光催化剂上乙烯的转化率从单独的50％和60％提高到协同作用下的95%。
以上所述仅为本发明的一些实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种电化学降解与光催化技术联用的空气净化方法，其特征在于：在由以Ti/PbO2为阳极，不锈钢板为阴极构成的压滤式流动电解槽，在恒电压模式下(电极电压为10-15V)，含有污染物的空气在流动式电解槽的阳极发生电催化氧化反应，进行电化学降解；，电解后的气体进入装有光催化剂的光催化反应器中，在紫外灯作用下，空气中的有机污染物在水分子催化、沸石吸附的作用下发生光催化氧化反应实现进一步降解；同时电催化氧化反应的析氧副反应所产生的氧气是光催化氧化反应时的光生电子的捕获剂，可提高光催化光生电子和空穴的分离效率，从而实现电化学降解与光催化技术联用的对废水处理的协同作用；电解槽前面装有过滤装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110652849A (zh) * 2018-06-29 2020-01-07 江苏中远环保科技有限公司 一种VOCs回收处理装置

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