CN108434979A - 一种有机废气的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境质量技术领域，具体而言，涉及一种有机废气的处理系统，包括依次连接的相同的若干个处理单元；其中每个处理单元包括保护罩，设于保护罩内壁上的催化反应层，以及固定于保护罩一侧内壁上的紫外线降解灯；以及保护罩左侧端连接有进气口，保护罩右侧端连接有出气口；催化反应层采用附着有二氧化钛的活性炭纤维层。本发明的有机废气的处理系统简化结构，提高降解效率，以及能减小有机废气的处理系统的体积。
Description
技术领域
本发明涉及环境质量技术领域，具体而言，涉及一种有机废气的处理系统。
背景技术
目前在有机废气污染治理技术中，国内常用的治理方法主要有：蓄热式催化燃烧法、吸附脱附催化燃烧法、活性炭吸附法三大类。而随着科技的不断发展、革新，环保节能的要求越来越高，废气净化相关技术随之孕育而生；光解氧化技术其核心是首先用高能紫外线照射下产生高能自由基，直接分解废气因子中的有害气体，使其迅速形成小分子碎片，降解生成CO2，H2O等，虽然紫外光照射具有处理效率高、无二次污染、运行成本低的特点；但高能紫外线照射下无催化装置或催化装置不合理，高能紫外线照射产生的高能基就减少，处理效率下降。有机物废气浓度高、臭味、异味大时，很难达标排放。
发明内容
1、发明目的。
本发明的目的是提供一种有机废气的处理系统，以解决简化结构，提高降解效率，以及减小有机废气的处理系统的体积的技术问题。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明的有机废气的处理系统是这样实现的：
一种有机废气的处理系统，包括依次连接的相同的若干个处理单元；其中
每个所述处理单元包括保护罩，设于保护罩内壁上的催化反应层，以及固定于所述保护罩一侧内壁上的紫外线降解灯；以及
所述保护罩左侧端连接有进气口，所述保护罩右侧端连接有出气口；
所述催化反应层采用附着有二氧化钛的活性炭纤维层。
进一步的，所述进气口与出气口上下交错设置。
进一步的，位于前端的所述处理单元的出气口与位于后端的所述处理单元的进气口互相连接。
进一步的，所述紫外线降解灯包括紫外灯，以及包裹在所述紫外灯外侧的石英罩。
进一步的，所述紫外线降解灯为U型结构，且U型结构的开口端固定于所述处理单元的一侧内壁上。
进一步的，所述附着有二氧化钛的活性炭纤维层，该活性炭纤维层由纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝组成，所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝制备步骤如下：
1)将炭纤维浸渍于钛酸丁酯的乙醇溶液中，分散均匀，制得分散混合液；
2)在步骤1)所制得的分散混合液中继续加入柠檬酸，超声分散；
3)超声反应后，转移至高压反应釜中进行水热反应；
4)水热反应后，用清水清洗、干燥后得到纳米二氧化钛改性炭纤维；
5)将步骤4)所得的纳米二氧化钛改性炭纤维和环氧树脂的丙酮溶液混合纺丝得到纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝；
6)将步骤5)得到的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝在氮气氛围下，在600～700℃的温度下，以氮气作为载气使水蒸气与纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝接触，活化15～30分钟，即制得所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝。
更进一步的，步骤1)中的浸渍，浸渍时间为0.5～1小时；所述炭纤维与钛酸丁酯乙醇溶液的质量体积比为1g：5～10mL，钛酸丁酯的乙醇溶液是由钛酸丁酯与无水乙醇按体积比1：1～3混合制得；步骤2)中所述的柠檬酸与炭纤维的质量比为1：10；步骤3)中所述的水热反应，水热温度为150～180℃，水热时间3～6小时；步骤5)中纳米二氧化钛改性炭纤维与环氧树脂的丙酮溶液的质量体积比为1g：3～5mL，所述环氧树脂丙酮溶液的质量分数为30％～50％。
进一步的，所述进气口设置有防尘网。
进一步的，所述出气口设置有用于过滤杂质的过滤网。
进一步的，所述处理单元在工作时处于密闭状态。
3、本发明所产生的技术效果。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1)本发明采用纳米二氧化钛附着在活性炭纤维的表面，增加了纳米二氧化钛和有机废气的接触面积，且活性炭纤维的吸附作用使有机废气分子吸附在活性炭纤维的表面，增加了有机物的降解时间，提高了废气中有机物的降解效率；同时活性炭纤维本身对有机废气具有吸附作用，未降解的有机废气被直接吸附，不需要后道再增加活性炭的吸附设备。
2)本发明进一步地采用五个依次连接的相同的处理单元，使得装置为一体化的串联操作单元，适合处理各种浓度的有机废气，本发明的有机废气的处理系统占地面积小，使用方便。
3)本发明制备的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝，具有较大的比表面积，对有机废气的吸附能力较强，炭纤维丝所负载的纳米TiO2进一步提高了有机废气的处理能力，能够快速吸附和催化分解。
4)本发明在纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝的制备过程中，加入柠檬酸进行水热反应，能使二氧化钛均匀、牢靠地负载在炭纤维表面，最后经过水蒸气炭化活化的作用下，制得中孔均匀的活性炭纤维，进一步提高活性炭纤维的吸附能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明实施例所提供的有机废气的处理系统的整体示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的处理单元的结构示意图。
图中：处理单元100、保护罩110、催化反应层120、紫外灯131、石英罩132、进气口140、防尘网141、出气口150、过滤网151。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示，一种有机废气的处理系统，包括依次连接的相同的若干个处理单元100；其中每个处理单元100包括保护罩110，设于保护罩110内壁上的催化反应层120，以及固定于保护罩110一侧内壁上的紫外线降解灯。本实施例采用五个依次连接的相同的处理单元100，标记为I、II、III、IV、V；使得装置为一体化的串联操作单元，适合处理各种浓度的有机废气，装置占地面积小，使用方便。
保护罩110左侧端连接有进气口140，保护罩110右侧端连接有出气口150。具体的，进气口140与出气口150上下交错设置。位于前端的处理单元100的出气口150与位于后端的处理单元100的进气口140互相连接。
可选的，进气口140设置有防尘网141；以及出气口150设置有用于过滤杂质的过滤网151。
处理单元100在工作时处于密闭状态。
催化反应层120采用附着有二氧化钛的活性炭纤维层。
由于传统的水吸收方法不但吸收效率低，且会产生大量的有机废水。活性炭吸附方法处理有机废气也是一种很常见的方法，但活性炭吸附是一种物理吸附，吸附能力有限，且吸附了有机物的活性炭还需进行处理。紫外光辐射，催化剂催化降解有机废气中的有机物是一种很好的处理有机废气的方法。但直接使有机废气与二氧化钛接触，较小的接触面积使得催化降解的效率较低，未降解的有机物还需经活性炭吸附：而且紫外催化降解与活性炭吸附串联操作，设备占地面积大，且因为催化降解效率低，后续活性炭吸附需要经常更换活性炭以及处理吸附了有机物的活性炭。
然而采用本实施例的催化反应层120，将二氧化钛附着在活性炭纤维的表面，也有增加二氧化钛和有机废气的接触面积，且活性炭纤维的吸附作用使有机废气分子吸附在活性炭纤维的表面，增加了有机物的降解时间，提高了废气中有机物的降解效率；同时活性炭纤维本身对有机废气具有吸附作用，未降解的有机废气被直接吸附，不需要后道再增加活性炭的吸附设备；使得废气达到排放标准。
再具体的，催化反应层120中采用附着有纳米二氧化钛的活性炭纤维层，该活性炭纤维层由纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝组成，所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝制备步骤如下：
1)将炭纤维浸渍于钛酸丁酯的乙醇溶液中，分散均匀，制得分散混合液；
2)在步骤1)所制得的分散混合液中继续加入柠檬酸，超声分散；
3)超声反应后，转移至高压反应釜中进行水热反应；
4)水热反应后，用清水清洗、干燥后得到纳米二氧化钛改性炭纤维；
5)将步骤4)所得的纳米二氧化钛改性炭纤维和环氧树脂的丙酮溶液混合纺丝得到纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝；
6)将步骤5)得到的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝在氮气氛围下，在600～700℃的温度下，以氮气作为载气使水蒸气与纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝接触，活化15～30分钟，即制得所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝。
本实施例的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝，具体制备步骤：
1)将1千克炭纤维浸渍分散于7升钛酸丁酯乙醇溶液中，浸渍0.5小时，制得分散混合液，其中钛酸丁酯乙醇溶液由钛酸丁酯与无水乙醇按体积比1：2混合制得；
2)在步骤1)所制得的分散混合液中，继续加入100克柠檬酸，超声分散；
3)将超声分散后的分散液转移至高压反应釜中进行水热反应，水热温度为165℃，水热时间4小时；
4)水热反应结束后，用清水清洗、干燥后得到纳米二氧化钛改性炭纤维；
5)将1千克步骤4)所得的纳米二氧化钛改性炭纤维和4升质量百分含量为40％的环氧树脂丙酮溶液混合，干法纺丝得到纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝。
6)将制得的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝在氮气氛围下，在650℃的温度下，以氮气作为载气使水蒸气与纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝接触，活化20分钟，即制得所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝。
优选的，参考图2所示，紫外线降解灯包括紫外灯131，以及包裹在紫外灯131外侧的石英罩132。石英罩132采用的是石英玻璃，石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是一种二氧化硅四面体结构单元组成的单纯网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。
石英玻璃具有以下特性：
(1)耐高温：石英玻璃的软化点温度约1780℃，可在1100℃下长时间使用，短时间最高使用温度可达1450℃。
(2)耐腐蚀：除氢氟酸外，石英玻璃几乎不与其他酸类物质发生化学反应，其耐酸能力是陶瓷的30倍，不锈钢的150倍，尤其是高温下具有良好化学稳定性
(3)热稳定性好：石英玻璃的热膨胀系数极小，能承受剧烈的温度变化(可承受1100℃到常温的变化)
(4)透光性能好：石英玻璃在紫外到红外的整个波段都有较好的透光性能，紫外光谱区的最大透射比可达80％以上
(5)电绝缘性能好：石英玻璃的电阻值相当于普通玻璃的一万倍，是极好的电绝缘材料，即使在高温下也具有良好的电性能。石英玻璃具有非常低的CTE，但TCN大。
因为采用石英玻璃可以使紫外光穿透能力更强，催化反应效率更高。
紫外线降解灯为U型结构，且U型结构的开口端固定于处理单元100的一侧内壁上。
本实施例中，紫外光的波长为257.3nm，强度为30W。
本发明的有机废气的处理系统的处理过程为：有机废气通过进气口140进入系统，在活性炭的吸附作用下到达活性炭纤维的表面，在紫外光的辐射作用下，附着在活性炭纤维表面的TiO2的催化降解有机物，有机气体依次进入五个处理单元100进行催化分解，最终排出。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有机废气的处理系统，其特征在于：包括依次连接的相同的若干个处理单元；其中
每个所述处理单元包括保护罩，设于保护罩内壁上的催化反应层，以及固定于所述保护罩一侧内壁上的紫外线降解灯；以及
所述保护罩左侧端连接有进气口，所述保护罩右侧端连接有出气口；
所述催化反应层采用附着有二氧化钛的活性炭纤维层。
2.根据权利要求1所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述进气口与出气口上下交错设置。
3.根据权利要求2所述的有机废气的处理系统，其特征在于：位于前端的所述处理单元的出气口与位于后端的所述处理单元的进气口互相连接。
4.根据权利要求1所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述紫外线降解灯包括紫外灯，以及包裹在所述紫外灯外侧的石英罩。
5.根据权利要求4所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述紫外线降解灯为U型结构，且U型结构的开口端固定于所述处理单元的一侧内壁上。
6.根据权利要求1所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述附着有二氧化钛的活性炭纤维层，该活性炭纤维层由纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝组成，所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝制备步骤如下：
1)将炭纤维浸渍于钛酸丁酯的乙醇溶液中，分散均匀，制得分散混合液；
2)在步骤1)所制得的分散混合液中继续加入柠檬酸，超声分散；
3)超声反应后，转移至高压反应釜中进行水热反应；
4)水热反应后，用清水清洗、干燥后得到纳米二氧化钛改性炭纤维；
5)将步骤4)所得的纳米二氧化钛改性炭纤维和环氧树脂的丙酮溶液混合纺丝得到纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝；
6)将步骤5)得到的纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝在氮气氛围下，在600～700℃的温度下，以氮气作为载气使水蒸气与纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝接触，活化15～30分钟，即制得所述纳米二氧化钛改性活性炭纤维丝。
7.根据权利要求6所述的有机废气的处理系统，其特征在于：步骤1)中的浸渍，浸渍时间为0.5～1小时；所述炭纤维与钛酸丁酯乙醇溶液的质量体积比为1g：5～10mL，钛酸丁酯的乙醇溶液是由钛酸丁酯与无水乙醇按体积比1：1～3混合制得；步骤2)中所述的柠檬酸与炭纤维的质量比为1：10；步骤3)中所述的水热反应，水热温度为150～180℃，水热时间3～6小时；步骤5)中纳米二氧化钛改性炭纤维与环氧树脂的丙酮溶液的质量体积比为1g：3～5mL，所述环氧树脂丙酮溶液的质量分数为30％～50％。
8.根据权利要求1所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述进气口设置有防尘网。
9.根据权利要求8所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述出气口设置有用于过滤杂质的过滤网。
10.根据权利要求1所述的有机废气的处理系统，其特征在于：所述处理单元在工作时处于密闭状态。
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