CN107803105A - 一种无臭氧UV光解VOCs反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，包括支架和设于支架上的多个UV灯，所述的多个UV灯之间平行设置，相邻的两UV灯之间设有催化剂；所述UV灯为额定功率为150W的双波长紫外线灯，其实际功率为135W，向外辐射功率为16.2‑20.25W的185nm紫外线和功率为40.5‑54W的253.7nm紫外线。本发明提出一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，可有效地降解VOCs，处理效率高，且无二次污染。

Description

一种无臭氧UV光解VOCs反应装置
技术领域
本发明属于有机污染物降解处理技术领域，尤其涉及一种无臭氧UV光解VOCs反应装置。
背景技术
VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50-260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体，其挥发后对环境造成严重的污染，影响空气质量。
光氧催化VOCs处理设备是利用C波段紫外线UV，在催化氧化剂TiO2的作用下，将氧气或臭氧生成氧化性更强的负氧离子，再将废气分子破碎并进一步氧化还原的一种特殊处理设备。废气分子先经过特殊波段高能紫外光波破碎有机分子，打断其分子链；同时，通过分解空气中的氧和水，得到高浓度臭氧，臭氧进一步吸收能量，形成氧化性能更高的自由羟基，氧化废气分子。同时根据不同的废气成分配置多种复合惰性催化剂，大大提高废气处理的速度和效率，从而达到对废气进行净化的设备。
传统的光氧催化VOCs处理设备，由于提供C波段紫外线的紫外线灯和催化剂之间的结构分布不合理，导致处理VOCs的效率低；现有紫外线灯的发光谱线主要有253.7nm和185nm两种，在发射253.7nm波长紫外线的同时，也发射185nm波长的紫外线，185nm波长紫外线使空气产生臭氧，臭氧浓度的异常会污染环境，对人体有很大伤害；现有紫外线灯在制造过程中使用液态汞齐，生产过程存在对人体有害的汞蒸气。
发明内容
基于此，针对上述问题，本发明提出一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，可有效地降解VOCs，处理效率高，且无二次污染。
本发明的技术方案是：
一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，包括支架和设于支架上的多个UV灯，所述的多个UV灯之间平行设置，相邻的两UV灯之间设有催化剂；所述UV灯为额定功率为150W的双波长紫外线灯，其实际功率为135W，向外辐射功率为16.2-20.25W的185nm紫外线和功率为40.5-54W的253.7nm紫外线。
优选地，所述UV灯包括石英玻璃管、将石英玻璃管两端密封的两个灯头、设于石英玻璃管内的灯丝以及一端与灯丝相连的外导线，外导线的另一端穿过灯头位于石英玻璃管外，石英玻璃管内存储有惰性气体；所述石英玻璃管内掺杂钛元素，使UV灯的实际功率为135W。
紫外线灯即UV灯采用双波长灯，可发出185nm和253.7nm波长的紫外线，185nm紫外线可致产生臭氧，进而产生更多的负氧离子，253.7nm紫外线可消耗臭氧，但如果双波长的紫外线灯没有屏蔽部分185nm波长的紫外线，生成过多的臭氧，253.7nm的波段不足以将多余的臭氧转化成负氧离子，导致臭氧的异常，造成二次污染；灯管采用含钛石英玻璃管，可屏蔽部分185nm波长紫外线，而253.7nm波长紫外线不受影响，253.7nm波段有足够的能力完全消耗185nm波长产生的臭氧，避免二次污染。含钛的石英玻璃管可屏蔽185nm波长紫外线为现有技术，在此不再赘述。
具体地，采用额定功率为150w的双波长紫外灯，在其石英玻璃管内掺杂钛，以过滤吸收部分185nm紫外线，最终功率实际只有135w，其中185nm占12-15％，即16.2-20.25W，253.7nm占30-40％，即40.5-54W，其它通过热量散失，此时，253.7nm的紫外线完全有能力消耗185nm的紫外线产生的臭氧，因而不会出现臭氧的二次污染。
优选地，所述催化剂为网状结构，所述UV灯与该网状结构的催化剂相互平行。其中，催化剂为钛镍网，即以镍网作为载体的锐钛矿型二氧化钛光触媒。
优选地，所述网状结构的催化剂与所述UV灯之间的间距为10cm。
优选地，所述UV灯的长度为1900mm。
将催化剂以网状结构的形式设于UV灯之间，并合理设置UV灯与网状结构之间的分布结构，最大化地提升催化反应效率，提升对VOCs的处理效率。
具体地，双波长紫外线灯(功率为150w，灯管长度为1900mm)在1m距离的距离内辐射强度大于等于275μw/cm3。但是，用紫外线测定仪测定在不同照射距离时照射范围内的紫外线相对强度，发现以光源中心为中心的直径10cm范围内的照射相对强度是一致的。以照射距离为50cm时的紫外线相对强度为基数,以平方反比定律推导出的公式Ix＝502×I50/x计算出不同照射距离时紫外线的相对强度的理论值。上式中X为某一照射距离的厘米数,Ix为x cm照射距离时的紫外线相对强度数,I50为50cm照射距离时的紫外线相对强度数。在大于10cm的情况下，随着x不断增大，光照强度I越小。所以设计紫外线灯与T iO2-N i网的间隔为10cm。此时，UV灯配合催化剂处理VOCs的效率获得极大地提升。
优选地，所述石英玻璃管内设有释汞器，释汞器为纳米覆膜的汞齐。
优选地，所述惰性气体为体积比为1:3.5的氦气和氩气。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的无臭氧UV光解VOCs反应装置，可有效地降解VOCs，处理效率高，通过在石英玻璃管内掺杂钛，以过滤吸收部分185nm紫外线，额定功率为150w的双波长紫外灯最终功率实际只有135w，其中185nm占12-15％，即16.2-20.25W，253.7nm占30-40％，即40.5-54W，其它通过热量散失，此时，253.7nm的紫外线完全有能力消耗185nm的紫外线产生的臭氧，因而不会出现臭氧的二次污染。
(2)将催化剂以网状结构的形式设于UV灯之间，并合理设置UV灯与网状结构之间的分布结构，最大化地提升催化反应效率，提升对VOCs的处理效率。
(3)在石英玻璃管内设有释汞器，释汞器为纳米覆膜的汞齐，在生产过程中，释汞器不释放汞蒸汽，不造成对环境的污染以及危害人体。
附图说明
图1是实施例所述无臭氧UV光解VOCs反应装置的结构示意图；
图2是UV灯的结构示意图；
图3是采用传统光解设备降解甲苯获得的降解率随时间变化曲线图；
图4是采用本发明反应器降解甲苯获得的降解率随时间变化曲线图。
附图标记说明：
10支架，20UV灯，21石英玻璃管，22灯头，23灯丝，24外导线，30催化剂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1-4所示，一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，包括支架10和设于支架10上的多个UV灯20，所述的多个UV灯20之间平行设置，相邻的两UV灯20之间设有催化剂30；所述UV灯20为额定功率为150W的双波长紫外线灯，其实际功率为135W，向外辐射功率为16.2-20.25W的185nm紫外线和功率为40.5-54W的253.7nm紫外线。
在另一个实施例中，所述UV灯20包括石英玻璃管21、将石英玻璃管21两端密封的两个灯头22、设于石英玻璃管21内的灯丝23以及一端与灯丝23相连的外导线24，外导线24的另一端穿过灯头22位于石英玻璃管21外，石英玻璃管21内存储有惰性气体；所述石英玻璃管21内掺杂钛元素，使UV灯20的实际功率为135W。
紫外线灯即UV灯20采用双波长灯，可发出185nm和253.7nm波长的紫外线，185nm紫外线可致产生臭氧，进而产生更多的负氧离子，253.7nm紫外线可消耗臭氧，但如果双波长的紫外线灯没有屏蔽部分185nm波长的紫外线，生成过多的臭氧，253.7nm的波段不足以将多余的臭氧转化成负氧离子，导致臭氧的异常，造成二次污染；灯管采用含钛石英玻璃管，可屏蔽部分185nm波长紫外线，而253.7nm波长紫外线不受影响，253.7nm波段有足够的能力完全消耗185nm波长产生的臭氧，避免二次污染。
具体地，采用额定功率为150w的双波长紫外灯，在其石英玻璃管21内掺杂钛，以过滤吸收部分185nm紫外线，最终功率实际只有135w，其中185nm占12-15％，即16.2-20.25W，253.7nm占30-40％，即40.5-54W，其它通过热量散失，此时，253.7nm的紫外线完全有能力消耗185nm的紫外线产生的臭氧，因而不会出现臭氧的二次污染。
紫外光185nm波长致臭与253.7nm消耗臭氧的原理如下：
185nm致臭反应式为：
253.7nm消耗臭氧反应式为：
在另一个实施例中，所述催化剂30为网状结构，所述UV灯20与该网状结构的催化剂30相互平行。其中，催化剂30为钛镍网，即以镍网作为载体的锐钛矿型二氧化钛光触媒。
在另一个实施例中，所述网状结构的催化剂30与所述UV灯20之间的间距为10cm。
在另一个实施例中，所述UV灯20的长度为1900mm。
将催化剂30以网状结构的形式设于UV灯20之间，并合理设置UV灯20与网状结构之间的分布结构，最大化地提升催化反应效率，提升对VOCs的处理效率。
具体地，双波长紫外线灯(功率为150w，灯管长度为1900mm)在1m距离的距离内辐射强度大于等于275μw/cm3。但是，用紫外线测定仪测定在不同照射距离时照射范围内的紫外线相对强度，发现以光源中心为中心的直径10cm范围内的照射相对强度是一致的。以照射距离为50cm时的紫外线相对强度为基数,以平方反比定律推导出的公式Ix＝502×I50/x计算出不同照射距离时紫外线的相对强度的理论值。上式中X为某一照射距离的厘米数,Ix为x cm照射距离时的紫外线相对强度数,I50为50cm照射距离时的紫外线相对强度数。在大于10cm的情况下，随着x不断增大，光照强度I越小。所以设计紫外线灯与TiO2-Ni网的间隔为10cm。此时，UV灯20配合催化剂30处理VOCs的效率获得极大地提升。
在另一个实施例中，所述石英玻璃管21内设有释汞器，释汞器为纳米覆膜的汞齐。
在另一个实施例中，所述惰性气体为体积比为1:3.5的氦气和氩气。
实验测试数据：
采用额定功率为150w双波长紫外灯(185nm，253.7nm)，功率实际只有135w，其中185nm占12-15％，253.7nm占30-40％，其它通过热量散失了。
通常情况下，1体积氧气经过185nm波长的紫外灯可致臭：
V(臭氧)＝V(氧气)*0.5*0.8＝0.4V(氧气)，
而253.7nm波长的紫外灯消耗臭氧的能力为：0.4V(氧气)*0.3，意味着185nm波长的紫外光生成的臭氧，还有70％左右没有被253.7nm波长的紫外灯消耗，会被排出去污染环境。采用本设计的反应器，可以选择性地把185nm紫外线部分过滤掉，而对253.7nm紫外线透过基本无影响。
经过传统光解设备降解甲苯实验得到如图3所示结果，横坐标为时间，纵坐标为降解率，图3中甲苯降解率最大只有10％。
图4为采用本发明反应器降解甲苯获得的降解率随时间变化曲线图，1.2s内降解41.8％，最大降解率达到95％，充分使用了臭氧与氧气，有效降解VOCs，还避免了二次污染。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：包括支架和设于支架上的多个UV灯，所述的多个UV灯之间平行设置，相邻的两UV灯之间设有催化剂；所述UV灯为额定功率为150W的双波长紫外线灯，其实际功率为135W，向外辐射功率为16.2-20.25W的185nm紫外线和功率为40.5-54W的253.7nm紫外线。
2.根据权利要求1所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述UV灯包括石英玻璃管、将石英玻璃管两端密封的两个灯头、设于石英玻璃管内的灯丝以及一端与灯丝相连的外导线，外导线的另一端穿过灯头位于石英玻璃管外，石英玻璃管内存储有惰性气体；所述石英玻璃管内掺杂钛元素，使UV灯的实际功率为135W。
3.根据权利要求1所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述催化剂为网状结构，所述UV灯与该网状结构的催化剂相互平行。
4.根据权利要求3所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述网状结构的催化剂与所述UV灯之间的间距为10cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述UV灯的长度为1900mm。
6.根据权利要求2所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述石英玻璃管内设有释汞器，释汞器为纳米覆膜的汞齐。
7.根据权利要求2所述的无臭氧UV光解VOCs反应装置，其特征在于：所述惰性气体为体积比为1:3.5的氦气和氩气。
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