CN108479796A - 一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 - Google Patents
一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108479796A CN108479796A CN201810241723.9A CN201810241723A CN108479796A CN 108479796 A CN108479796 A CN 108479796A CN 201810241723 A CN201810241723 A CN 201810241723A CN 108479796 A CN108479796 A CN 108479796A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- organic matter
- volatile organic
- photochemical catalyst
- ozone
- photo catalysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 17
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 5
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims description 27
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 27
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 22
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 22
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 15
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 23
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 3
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003987 high-resolution gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 2
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000005623 Carcinogenesis Diseases 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000036952 cancer formation Effects 0.000 description 1
- 231100000504 carcinogenesis Toxicity 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 1
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 1
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/889—Manganese, technetium or rhenium
- B01J23/8892—Manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/80—Type of catalytic reaction
- B01D2255/802—Photocatalytic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/702—Hydrocarbons
- B01D2257/7022—Aliphatic hydrocarbons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本申请属于工业废气净化技术领域，具体涉及一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法。本发明所提供的光催化剂为锰、钴、铁、铜或锌掺杂的二氧化钛复合光催化剂，不仅制备工艺简单优化，而且其可高效降解烷烃类挥发性有机物，降解时间短，可应用于烷烃类挥发性有机物的净化中。本申请所提供的烷烃类挥发性有机物的净化设备包括紫外灯管、臭氧供给系统和光催化剂，利用紫外光、臭氧和光催化剂的协同作用；烷烃类挥发性有机物与光催化剂充分接触，大大提高了紫外光和臭氧的利用率，集降解、矿化、稳定为一体，即使低浓度烷烃类挥发性有机物也具有较高的降解和矿化效率，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于工业废气净化技术领域，具体涉及一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法，尤其涉及一种挥发性有机物的净化方法。
背景技术
随着工业的飞速发展，大气污染变得越来越严重。挥发性有机物(VOCs)是一类重要的大气污染物，它们不仅可以通过光化学反应形成二次污染物，是细颗粒物的重要前驱体，其中有些VOCs还对人体具有致癌作用。烷烃类VOCs是一类主要的VOCs，同时也是石油化工行业的重要污染物，对从业工人和周边居民毒害极大，因此，如何有效消除烷烃类VOCs污染是目前国际研究热点。
烷烃类VOCs的常用处理方法包括：物理法、化学法和生物法等。以活性炭吸附法为代表的物理方法虽然对烷烃类VOCs的净化性能表现够好，但是却面临着吸附剂吸附饱和以及不易脱附等二次污染问题。生物法也存在着过程维护复杂，对环境稳定性要求大，对疏水性烷烃类VOCs处理效果差等缺点。以高级氧化为代表的化学法虽然也可以降解工业废气中的大部分VOCs，但是其技术单一，对烷烃类VOCs的降解效率不是十分的理想。这主要是因为相比于其他种类的VOCs，烷烃类VOCs中C-C和C-H健的键能相对较高，需要更长的反应时间才能将其断开，采用目前常规使用的TiO2光催化剂，其降解和矿化活性较低而且容易失活。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光催化剂，应用于净化挥发性有机物，其具体技术方案如下：
一种光催化剂，所述光催化剂包括多孔基体和二氧化钛复合材料，所述二氧化钛复合材料负载于所述多孔基体的表面；其制备方法包括：
将过渡金属盐、二氧化钛和水按质量比1:(10～100):(50～100)混合，超声5～60min，接着在10～100rpm下搅拌30～720min，得到混合溶液；
将所述多孔基体置于所述混合溶液中，浸渍30～720min后在40～300℃反应1～20h，即得。
优选的，所述二氧化钛复合材料的负载量为0.1～2.0g；
所述多孔基体的孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为60％～98％；
所述过渡金属盐选自锰、钴、铁、铜或锌的盐；
所述多孔基体为泡沫金属、泡沫陶瓷或泡沫碳材料。
一种挥发性有机物的净化设备，包括：光催化反应器、臭氧供给系统、样品供给系统和紫外灯管，所述光催化反应器上设有进气口和出气口，所述臭氧供给系统连接所述光催化反应器；
所述光催化反应器为中空结构，其内壁上负载有上述光催化剂，所述紫外灯管设于所述光催化反应器的中央。
优选的，所述臭氧供给系统和所述样品供给系统通过三通接头连接所述进气口；
所述紫外灯管的紫外光波长为365nm、254nm和185nm中的一种或几种；
优选的，上述净化设备还包括：尾气检测系统，所述尾气检测系统连接所述出气口。
优选的，所述光催化反应器的内壁上设有用于固定所述光催化剂的固定支架。
优选的，所述光催化反应器包括盖体和本体，所述盖体盖合所述本体；所述紫外灯管的一端固定于所述盖体，另一端伸入所述本体的中空部分。
一种挥发性有机物的净化方法，基于上述净化设备，将挥发性有机物通入所述光催化反应器中，在所述光催化剂、紫外和臭氧的协同作用下，所述挥发性有机物氧化降解。
优选的，所述氧化降解的温度为5～30℃；所述氧化降解的相对湿度为30％～70％。
优选的，所述挥发性有机物的浓度为10～500ppm；所述挥发性有机物的流速为0.1-10L/min；所述臭氧的浓度为1～500ppm。
优选的，所述挥发性有机物选自戊烷、己烷或庚烷中的一种或多种。
综上所述，本申请提供的光催化剂为锰、钴、铁、铜或锌掺杂的二氧化钛复合光催化剂，不仅制备工艺简单优化，而且其可高效降解烷烃类VOCs，降解时间短，可应用于烷烃类挥发性有机物的氧化降解中。本申请还提供了一种应用于烷烃类VOCs净化处理的净化设备，净化设备中包括紫外灯管、臭氧供给系统和光催化剂，利用紫外光、臭氧和光催化剂的协同作用。本发明所提供的净化方法基于上述净化设备，烷烃类VOCs与光催化剂充分接触，大大提高了紫外光和臭氧的利用率，集降解、矿化、稳定为一体，即使低浓度烷烃类VOCs也具有较高的降解和矿化效率，操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明挥发性有机物的净化设备的结构示意图；
图2己烷降解效率和生产二氧化碳的浓度曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例1
1、光催化剂的制备
(1)将硫酸锰、TiO2和水按质量比1:10:20混合，超声30min后，得到透明的第一混合溶液；
(2)将第一混合溶液在50rpm的转速下搅拌200min，得到第二混合溶液；
(3)将泡沫镍放入第二混合溶液中，浸渍120min后，用锡箔纸将上述润湿的泡沫镍密封后并在40℃反应5h，得到Mn掺杂TiO2复合材料负载于泡沫镍表面上形成的光催化剂。
2、构建挥发性有机物的设备
如图1所示，本发明的净化设备包括：光催化反应器、臭氧供给系统、样品供给系统和紫外灯管，所述光催化反应器为中空结构，其内壁上负载有光催化剂，所述紫外灯管设于所述光催化反应器的中央；光催化反应器上设有进气口和出气口，臭氧供给系统和样品供给系统通过三通接头连接进气口。
其中，光催化反应器选为流化床反应器，其内壁上设有用于固定所述光催化剂的固定支架；光催化反应器包括盖体和本体，盖体盖合本体；紫外灯管的一端固定于盖体，另一端伸入本体的中空部分。
光催化剂包括多孔基体和二氧化钛复合材料，二氧化钛复合材料负载于多孔基体的表面，多孔基体上二氧化钛复合材料的负载量优选为0.1～2.0g。
二氧化钛复合材料为过渡金属掺杂二氧化钛形成的复合材料，过渡金属为选自锰、钴、铁、铜或锌。其中，本实施例的过渡金属选为锰。
多孔基体选自泡沫金属、泡沫陶瓷或泡沫碳材料，孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为60％～98％。
样品供给系统用于供给挥发性有机物，包括依次通过管道连接的风机、储存罐、配制罐、第一流量调节装置和第一流量计量装置。
臭氧供给系统用于供给臭氧，包括依次通过管道连接的臭氧发生器、第二流量调节装置和第二流量计量装置。
光催化反应器的外壁上设有紫外调节按钮，使用时可根据实际情况调节紫外灯管的紫外光波长，使得紫外光波长为365nm、254nm和185nm中的一种或多种。
出气口沿光催化反应器的轴向方向向上倾斜15°，进气口沿光催化反应器的轴向方向向下倾斜15°，如此，使得检测样品中的挥发性有机物能更充分地与光催化反应器上负载的催化剂接触反应。
在本实施例中，出气口连接尾气检测系统，用于检测样品经过降解处理的尾气成分。进一步的，本实施例尾气检测系统采用臭氧检测装置和高效气相色谱仪，臭氧检测装置检测尾气中的臭氧浓度，高效气相色谱仪检测尾气中的二氧化碳浓度以及未降解完全的VOCs浓度。
经测定，采用本实施例的设备，挥发性有机物(VOCs)的平均去除率可达80％和矿化率可达50％。
3、降解挥发性有机物
(1)打开风机，风机往盛有戊烷的储存罐通入相对湿度为30％的空气，带动戊烷吹进配制罐中，并进一步通过第一流量调节装置和第一流量计量装置调节戊烷的浓度为10ppm，使其处于较低的水平。
(2)打开臭氧发生器，使得臭氧通入光催化反应器中，并进一步通过第二流量调节装置和第二流量计量装置调节臭氧浓度为1ppm。
(3)将配制罐中的戊烷气体以0.1L/min的流速通入5℃光催化反应器中，在臭氧、254nm紫外光和光催化剂(二氧化钛复合材料的负载量为0.1g)的协同作用下将挥发性有机物分解为有机物或矿化为CO2，进而完成对工业挥发性有机物的净化。
(4)将尾气检测系统连接设在光催化反应器上的出气口，测定尾气中臭氧、VOCs和CO2的浓度。
测定结果显示，采用本实施例的方法，戊烷的降解率达到70％，二氧化碳生成量为400ppm。
与现有技术相比，本实施例的净化设备中紫外光、光催化剂、臭氧与反应物能充分接触，大大提高了紫外光和臭氧的利用率，使低浓度烷烃类VOCs的降解和矿化具有较高的效率，并且装置操作简单，易于催化剂装卸；本实施例的净化方法和净化设备能够将空气中的多种低浓度烷烃类VOCs高效降解和矿化为无毒无害的CO2和H2O；本发明的净化方法和设备不受工业废气浓度变化、湿度温度等的影响，净化过程除了臭氧无需添加任何物质参与反应，从源头上避免了二次污染产生。
实施例2
1、光催化剂的制备
(1)将氯化钴、TiO2和水按质量比1:100:100混合，超声5min后，得到透明的第一混合溶液；
(2)将第一混合溶液在100rpm的转速下搅拌30min，得到第二混合溶液；
(3)将泡沫陶瓷放入第二混合溶液中，浸渍720min后，用锡箔纸将上述润湿的泡沫陶瓷密封后并在300℃反应20h，得到Co掺杂TiO2复合材料负载于泡沫陶瓷表面上形成的光催化剂。
2、构建挥发性有机物的设备
此步骤与实施例1的区别在于：光催化剂为Co掺杂TiO2复合材料；其余地方与实施例1基本相似，此处不再一一赘述。
经测定，采用本实施例的设备，挥发性有机物(VOCs)的平均去除率可达75％和矿化率可达45％。
3、降解挥发性有机物
此步骤与实施例1的区别在于：挥发性有机物选为庚烷，庚烷气体样品中的空气湿度为60％，庚烷气体样品中的庚烷浓度为500ppm；臭氧浓度为500ppm；降解温度为30℃；庚烷气体样品的流速为10L/min；二氧化钛复合材料的负载量为2.0g；紫外灯管的紫外光波长为254nm和185nm。其余地方与实施例1基本相似，此处不再一一赘述。
测定结果显示，采用本实施例的方法，庚烷的降解率达到80％，二氧化碳生成量为800ppm。
实施例3
1、光催化剂的制备
(1)将硝酸铁、TiO2和水按质量比1:10:50混合，超声60min后，得到透明的第一混合溶液；
(2)将第一混合溶液在10rpm的转速下搅拌360min，得到第二混合溶液；
(3)将泡沫碳材料放入第二混合溶液中，浸渍30min后，用锡箔纸将上述润湿的泡沫碳材料密封后并在100℃反应1h，得到Fe掺杂TiO2复合材料负载于泡沫碳材料表面上形成的光催化剂。
2、构建挥发性有机物的设备
此步骤与实施例1的区别在于：光催化剂为Fe掺杂TiO2复合材料；其余地方与实施例1基本相似，此处不再一一赘述。
经测定，采用本实施例的设备，挥发性有机物(VOCs)的平均去除率可达70％和矿化率可达40％。
3、降解挥发性有机物
此步骤与实施例1的区别在于：挥发性有机物选为己烷，己烷气体样品中的空气湿度为70％，己烷气体样品中的己烷浓度为50ppm；臭氧浓度为50ppm；降解温度为20℃；己烷气体样品的流速为2L/min；二氧化钛复合材料的负载量为0.2g；紫外灯管的紫外光波长为365nm。其余地方与实施例1基本相似，此处不再一一赘述。
图2为己烷降解效率和生产二氧化碳的浓度曲线，图2结果显示，采用本实施例的方法，己烷的降解率达到75％，二氧化碳生成量为600ppm。
Claims (10)
1.一种光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括多孔基体和二氧化钛复合材料，所述二氧化钛复合材料负载于所述多孔基体的表面；其制备方法包括：
将过渡金属盐、二氧化钛和水按质量比1:(10～100):(50～100)混合，超声5～60min，接着在10～100rpm下搅拌30～720min，得到混合溶液；
将所述多孔基体置于所述混合溶液中，浸渍30～720min后在40～300℃反应1～20h，即得。
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述二氧化钛复合材料的负载量为0.1～2.0g；
所述多孔基体的孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为60％～98％；
所述过渡金属盐选自锰、钴、铁、铜或锌的盐；
所述多孔基体为泡沫金属、泡沫陶瓷或泡沫碳材料。
3.一种挥发性有机物的净化设备，其特征在于，包括：光催化反应器、臭氧供给系统、样品供给系统和紫外灯管，所述光催化反应器上设有进气口和出气口，所述臭氧供给系统连接所述光催化反应器；
所述光催化反应器为中空结构，其内壁上负载有权利要求1或2所述的光催化剂，所述紫外灯管设于所述光催化反应器的中央。
4.根据权利要求3所述的净化设备，其特征在于，所述臭氧供给系统和所述样品供给系统通过三通接头连接所述进气口；
所述紫外灯管的紫外光波长为365nm、254nm和185nm中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的净化设备，其特征在于，还包括：尾气检测系统，所述尾气检测系统连接所述出气口。
6.根据权利要求3所述的净化设备，其特征在于，所述光催化反应器包括盖体和本体，所述盖体盖合所述本体；所述紫外灯管的一端固定于所述盖体，另一端伸入所述本体的中空部分；
所述光催化反应器的内壁上设有用于固定所述光催化剂的固定支架。
7.一种挥发性有机物的净化方法，其特征在于，基于权利要求3至6任意一项所述的净化设备，将挥发性有机物通入所述光催化反应器中，在所述光催化剂、紫外灯和臭氧的协同作用下，所述挥发性有机物氧化降解。
8.根据权利要求7所述的净化方法，其特征在于，所述氧化降解的温度为5～30℃；所述氧化降解的相对湿度为30％～70％。
9.根据权利要求7所述的净化方法，其特征在于，所述挥发性有机物的浓度为10～500ppm；所述挥发性有机物的流速为0.1-10L/min；所述臭氧的浓度为1～500ppm。
10.根据权利要求7所述的净化方法，其特征在于，所述挥发性有机物选自戊烷、己烷或庚烷中的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810241723.9A CN108479796B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810241723.9A CN108479796B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108479796A true CN108479796A (zh) | 2018-09-04 |
| CN108479796B CN108479796B (zh) | 2021-08-13 |
Family
ID=63319321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810241723.9A Active CN108479796B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108479796B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109054766A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-21 | 福州大学 | 一种泡沫炭复合相变储能材料的制备方法 |
| CN109233928A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-18 | 常州工程职业技术学院 | 一种用于去除生物气体中低浓度硅氧烷的装置和方法 |
| CN111001403A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-14 | 华南理工大学 | 一种臭氧催化氧化催化剂及其去除湿冷条件下VOCs的应用 |
| CN111617760A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-04 | 盐城工学院 | 一种Mn-TiO2复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1194234A1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-04-10 | PPG Industries Ohio, Inc. | Fiber glass carrier having increased surface area and photo-active matrices formed therefrom |
| CN1370619A (zh) * | 2001-12-03 | 2002-09-25 | 山东中科纳米技术有限公司 | 一种负载型纳米TiO2光催化剂的制备方法 |
| CN1788839A (zh) * | 2005-12-20 | 2006-06-21 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 以泡沫铝负载二氧化钛的催化剂、其制备方法及其应用 |
| CN102974346A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-03-20 | 上海工程技术大学 | 玻璃基体上Cu2O/TiO2光催化剂及制法和应用 |
| CN103586041A (zh) * | 2013-09-01 | 2014-02-19 | 长沙理工大学 | 一种降解甲醛的五氧化二钒复合二氧化钛的光催化剂 |
| CN204816219U (zh) * | 2015-02-06 | 2015-12-02 | 珠海圣邦科技有限公司 | 空气净化装置 |
| CN205867958U (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-11 | 长沙威保特环保科技股份有限公司 | 一种节能型多效VOCs净化反应器 |
| CN106423299A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-02-22 | 陕西盛迈石油有限公司 | 光催化降解甲醛功能泡沫炭的制备方法 |
| CN206008425U (zh) * | 2016-09-05 | 2017-03-15 | 广东俐峰环保科技有限公司 | 废气净化装置 |
-
2018
- 2018-03-22 CN CN201810241723.9A patent/CN108479796B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1194234A1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-04-10 | PPG Industries Ohio, Inc. | Fiber glass carrier having increased surface area and photo-active matrices formed therefrom |
| CN1370619A (zh) * | 2001-12-03 | 2002-09-25 | 山东中科纳米技术有限公司 | 一种负载型纳米TiO2光催化剂的制备方法 |
| CN1788839A (zh) * | 2005-12-20 | 2006-06-21 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 以泡沫铝负载二氧化钛的催化剂、其制备方法及其应用 |
| CN102974346A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-03-20 | 上海工程技术大学 | 玻璃基体上Cu2O/TiO2光催化剂及制法和应用 |
| CN103586041A (zh) * | 2013-09-01 | 2014-02-19 | 长沙理工大学 | 一种降解甲醛的五氧化二钒复合二氧化钛的光催化剂 |
| CN204816219U (zh) * | 2015-02-06 | 2015-12-02 | 珠海圣邦科技有限公司 | 空气净化装置 |
| CN205867958U (zh) * | 2016-08-16 | 2017-01-11 | 长沙威保特环保科技股份有限公司 | 一种节能型多效VOCs净化反应器 |
| CN206008425U (zh) * | 2016-09-05 | 2017-03-15 | 广东俐峰环保科技有限公司 | 废气净化装置 |
| CN106423299A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-02-22 | 陕西盛迈石油有限公司 | 光催化降解甲醛功能泡沫炭的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吴树新等: ""过渡金属掺杂二氧化钛光催化性能的研究"", 《感光科学与光化学》 * |
| 杜尧国: "《光催化剂纳米二氧化钛的改性研究》", 30 September 2007, 吉林大学出版社 * |
| 西北电力建设局编: "《锅炉机动设备安装工艺 试用本》", 31 October 1985 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109054766A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-21 | 福州大学 | 一种泡沫炭复合相变储能材料的制备方法 |
| CN109054766B (zh) * | 2018-09-13 | 2020-11-03 | 福州大学 | 一种泡沫炭复合相变储能材料的制备方法 |
| CN109233928A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-18 | 常州工程职业技术学院 | 一种用于去除生物气体中低浓度硅氧烷的装置和方法 |
| CN111001403A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-14 | 华南理工大学 | 一种臭氧催化氧化催化剂及其去除湿冷条件下VOCs的应用 |
| CN111617760A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-04 | 盐城工学院 | 一种Mn-TiO2复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108479796B (zh) | 2021-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | TiO2-UiO-66-NH2 nanocomposites as efficient photocatalysts for the oxidation of VOCs | |
| Tsang et al. | Titanium oxide based photocatalytic materials development and their role of in the air pollutants degradation: Overview and forecast | |
| CN108479796A (zh) | 一种光催化剂和挥发性有机物的净化设备及其净化方法 | |
| Naskar et al. | Photocatalytic degradation of organic dyes in aqueous solution with TiO2 nanoparticles immobilized on foamed polyethylene sheet | |
| Liang et al. | Photo-catalytic degradation of gaseous formaldehyde by TiO2/UV, Ag/TiO2/UV and Ce/TiO2/UV | |
| Wei et al. | Removal of gaseous toluene by the combination of photocatalytic oxidation under complex light irradiation of UV and visible light and biological process | |
| WO2021120467A1 (zh) | 一种氮改性钙钛矿复合分子筛的光催化剂及其制备方法与应用方法 | |
| CN107159202B (zh) | 一种锰掺杂的钯负载型催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN208372820U (zh) | 一种挥发性有机物的净化设备 | |
| CN109046473B (zh) | 一种过渡金属修饰TiO2-MOFs膜的复合电极及其制备方法与应用 | |
| CN106166497B (zh) | 一种绿色催化剂及处理有机废水的方法 | |
| CN211328836U (zh) | 一种厨余垃圾废气治理装置 | |
| Liu et al. | Efficient degradation of H2S over transition metal modified TiO2 under VUV irradiation: performance and mechanism | |
| CN107008124A (zh) | 一种处理恶臭气体的系统和方法 | |
| CN206730825U (zh) | 一种处理恶臭气体的系统 | |
| Almomani et al. | Removal of volatile sulfur compounds by solar advanced oxidation technologies and bioprocesses | |
| Wei et al. | Coupling membrane catalysis and biodegradation for nitric oxide removal in a novel hybird catalytic membrane biofilm reactor | |
| Qiao et al. | Photocatalytic oxidation technology for humic acid removal using a nano-structured TiO2/Fe2O3 catalyst | |
| CN208389756U (zh) | 一种污泥车间恶臭气体深度处理设备 | |
| WO2010086891A1 (en) | Photocatalytic treatment system and plant for reducing the nitrogen content in livestock waste | |
| CN208372819U (zh) | 一种真空紫外联合臭氧催化装置 | |
| CN108211612A (zh) | 一种染料喷雾干燥塔废气处理方法 | |
| Qi-Jin et al. | Heterogeneous photocatalytic degradation kinetic of gaseous ammonia over nano-TiO2 supported on latex paint film | |
| CN112791562B (zh) | 一种离子液体吸收协同异相光芬顿处理voc的系统 | |
| CN211988004U (zh) | 一种有机废气的净化处理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |