CN108671743A - 一种处理气体中挥发性有机物的方法和装置 - Google Patents

一种处理气体中挥发性有机物的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理气体中挥发性有机物的方法和装置，该方法为，将待处理气体以1‑30m3/h的流量通过光催化固定床并同时进行紫外光照射；所述待处理气体中含挥发性有机物的浓度为10‑500ppm；所述光催化固定床上装载有TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂；该装置包括实现上述的方法的反应器组；反应器组包括三个依次连通的反应器；每一个所述反应器包括主体、扩展器、紫外灯和光催化固定床；所述紫外灯和光催化固定床设置在主体内；所述扩展器设置在主体的进气端；所述扩展器依气体流动方向其口径逐渐增大；以上方法和装置具有低成本、高稳定性以及可不间断连续处理的优点。

Description

一种处理气体中挥发性有机物的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种处理气体中挥发性有机物的方法和装置，属于污染物处理技术领域。
背景技术
大气污染伴随着我国工业的高速发展而日趋严重。其中挥发性有机物(Vol atileorganic compounds,VOCs)是一类主要的大气污染物，会严重地威胁到人类的健康和社会的可持续发展。一般而言，工业低浓度VOCs大多采用销毁技术进行末端净化。已有的研究表明销毁技术对低浓度VOCs具有较好的净化效果。而光催化氧化技术作为比较新兴的销毁技术，在工业低浓度VOCs净化中展现出了较大的应用潜力，从而得到了研究人员的广泛关注，开发出一种基于高效、稳定的有机物处理技术，有助于实现工业低浓度VOCs的长期稳定净化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种处理气体中挥发性有机物的方法，具有低成本、高稳定性以及可不间断连续处理的优点；
本发明的第二个目的在于提供一种处理气体中挥发性有机物的装置，该装置能够实现上述处理方法，处理效率高。
实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种处理气体中挥发性有机物的方法，
将待处理气体以1-30m3/h的流量通过光催化固定床并同时进行紫外光照射；所述待处理气体中含挥发性有机物的浓度为10-500ppm；所述光催化固定床上装载有TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂。
进一步地，所述紫外光照射主波长为365nm、254nm或185nm。
进一步地，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂的TiO2负载量为10-200g/m2。
进一步地，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂的泡沫陶瓷孔隙率为60-98％。
进一步地，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮混合后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸混合后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，混合均匀后静置，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行至少一次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷烘干，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于300-800℃下煅烧，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂。
进一步地，制备A液步骤中，钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮的质量之比为1:(0.1-1):(0.1-1)。
进一步地，制备B液步骤中，水、醋酸和硝酸的体积之比为1:(1-10):(1-10)。
进一步地，浸渍包膜步骤中，烘干温度为60-200℃，烘干时间1-12h。
实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种处理气体中挥发性有机物的装置，包括实现上述的方法的反应器组；反应器组包括三个依次连通的反应器；每一个所述反应器包括主体、扩展器、紫外灯和光催化固定床；所述紫外灯和光催化固定床设置在主体内；所述扩展器设置在主体的进气端；所述扩展器依气体流动方向其口径逐渐增大。
进一步地，三个所述反应器按垂直方向排列设置。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的方法具有低成本、高稳定性以及可不间断连续处理的优点；
2、本发明的方法使用TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，可以大幅度提高催化剂负载量和附着效果，有助于延长催化剂的寿命，同时易于回收、再生和重复利用；
3、本发明的装置能够实现上述处理方法，处理效率高；
4、本发明的装置设置的光催化固定床可以装载催化剂，在紫外光的激发下产生氧化能力很强的自由基(如OH)，实现VOCs的降解和矿化。
附图说明
图1为实施例5苯乙烯的降解率曲线图；
图2为实施例5CO2生成量的曲线图；
图3为实施例6的结构示意图；
图中，1、反应器；11、主体；12、扩展器；13、紫外灯；14、光催化固定床。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
制备TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂：
TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮以质量之比1:0.1:0.1混合1h后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸以体积之比1:1:1混合搅拌12h后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，连续搅拌5min，混合均匀后静置12h，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行10次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷在60℃条件下烘干12h，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于300℃下煅烧10h，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，TiO2负载量200g/m2。
实施例2：
制备TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂：
TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮以质量之比1:1:1混合12h后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸以体积之比1:10:10混合搅拌1h后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，连续搅拌60min，混合均匀后静置72h，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行2次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷在200℃条件下烘干1h，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于800℃下煅烧1h，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，TiO2负载量10g/m2。
实施例3：
制备TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂：
TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮以质量之比1:0.1:0.3混合6h后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸以体积之比1:5:3混合搅拌12h后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，连续搅拌30min，混合均匀后静置24h，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行5次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷在100℃条件下烘干6h，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于500℃下煅烧5h，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，TiO2负载量50g/m2。
实施例4：
制备TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂：
TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮以质量之比1:0.2:0.6混合3h后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸以体积之比1:2:8混合搅拌9h后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，连续搅拌20min，混合均匀后静置16h，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行6次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷在120℃条件下烘干10h，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于400℃下煅烧8h，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，TiO2负载量80g/m2。
实施例5：
一种处理气体中挥发性有机物的方法，
将待处理气体以20m3/h的流量通过光催化固定床并同时进行照射主波长为254nm的紫外光照射；待处理气体中含挥发性有机物(苯乙烯)的浓度为15ppm；光催化固定床上装载有实施例1的TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂，TiO2负载量200g/m2，泡沫陶瓷孔隙率为88％。
如图1所示，苯乙烯的降解率稳定在70％左右；如图2所示，CO2生成量维持在约50ppm，说明采用本发明对苯乙烯具有良好的净化和矿化效果。
实施例6：
如图3所示，一种处理气体中挥发性有机物的装置，包括实现实施例5的方法的反应器组；反应器组包括三个依次连通的反应器1；三个反应器1按垂直方向排列设置；每一个反应器1包括主体11、扩展器12、紫外灯13和光催化固定床14；紫外灯13和光催化固定床14设置在主体11内；扩展器12设置在主体11的进气端；扩展器12依气体流动方向其口径逐渐增大。
当三个反应器1按垂直方向排列设置时，气体在各反应器1中的流动路线为S型，这样既能够延长气体在反应器1内的停留时间，有利于VOCs分子快速富集在催化剂的表面，特别是有利于流量大的有机废气的高效处理，而光催化剂在紫外光的激发下产生氧化能力很强的自由基(如OH)，将VOCs分解为小分子有机物或矿化为CO2，完成处理过程。
喇叭形的扩展器12可以实现气体在反应器1内的均匀分布，提高气体与光催化剂的接触面积，从而提高催化剂的利用效率。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，
将待处理气体以1-30m3/h的流量通过光催化固定床并同时进行紫外光照射；所述待处理气体中含挥发性有机物的浓度为10-500ppm；所述光催化固定床上装载有TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂。
2.如权利要求1所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述紫外光照射主波长为365nm、254nm或185nm。
3.如权利要求1所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂的TiO2负载量为10-200g/m2。
4.如权利要求1所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂的泡沫陶瓷孔隙率为60-98％。
5.如权利要求1所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂通过以下方法制备得到：
制备A液：钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮混合后得到A液；
制备B液：将水、醋酸和硝酸混合后得到B液；
将A液和B液混合：一边搅拌A液一边加入B液，混合均匀后静置，得到C液；
浸渍包膜：在C液中放入泡沫陶瓷进行至少一次浸渍，每一次浸渍后将泡沫陶瓷烘干，得到光催化剂前驱体；
煅烧：将光催化剂前驱体于300-800℃下煅烧，得到TiO2负载泡沫陶瓷光催化剂。
6.如权利要求5所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，制备A液步骤中，钛酸丁酯、乙醇和乙酰丙酮的质量之比为1:(0.1-1):(0.1-1)。
7.如权利要求5所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，制备B液步骤中，水、醋酸和硝酸的体积之比为1:(1-10):(1-10)。
8.如权利要求5所述的处理气体中挥发性有机物的方法，其特征在于，浸渍包膜步骤中，烘干温度为60-200℃，烘干时间1-12h。
9.一种处理气体中挥发性有机物的装置，其特征在于，包括实现如权利要求1所述的方法的反应器组；反应器组包括三个依次连通的反应器；每一个所述反应器包括主体、扩展器、紫外灯和光催化固定床；所述紫外灯和光催化固定床设置在主体内；所述扩展器设置在主体的进气端；所述扩展器依气体流动方向其口径逐渐增大。
10.如权利要求9所述的处理气体中挥发性有机物的装置，其特征在于，三个所述反应器按垂直方向排列设置。
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