CN108939908B - 一种光解氧化裂变voc处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种光解氧化处理VOC污染物的装置，包括反应箱体1，进气口2，催化剂层3，催化光源4和出气口6，其进气口2位于反应箱体1左下方，出气口6设置在反应箱体1的右上方，高于催化剂层3，在进气口2上方设置有与反应箱体1底面平行的一个或多个催化剂层3，每一催化剂层3对应一组催化光源4，催化光源4设置在相应催化剂层3上方。本装置通过采用特定制备方法制备得到的光催化剂，仅通过简单的装置即可实现较高的VOC处理效果，同时具有一定的重金属离子处理能力，维护成本低。

Description

一种光解氧化裂变VOC处理装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种光解氧化处理VOC污染物的装置。
背景技术：
近年来随着我国工业的快速发展，在促进经济发展的同时，也产生了大量的VOC(挥发性有机化合物)废气，不但污染了环境，也严重影响了人类的健康。目前对VOC废气的治理，主要采用活性炭法、喷淋吸收法、光分解法等。其中，光分解法又可分为两种形式：一种是直接紫外光照令VOCs分解；另一种是光催化氧化。
其中，光催化氧化反应条件温和，反应装置简单，处理效果好，已经被普遍使用。
目前，主要集中在多种净化技术的组合使用，比如申请号CN200810060790.7，发明名称为：一种长效净化室内空气复合污染的装置，主要采用静电除尘、紫外杀菌、TiO2光催化去除化学污染物及部分微生物的组合工艺，但其装置复杂，去除效率不高。申请号CN201510466896.7,发明名称为：一种废气处理装置和废气处理方法，主要包括吸收塔、气液混合装置和输送装置、紫外氧化装置以及与紫外氧化装置连接的释放装置，其整合了吸附、催化氧化和喷淋吸收于一体，但是装置结构复杂，维护费用高。
此外，一些重工业企业中排出的废气中，不仅具有大量的VOC挥发物，还夹杂着含有重金属离子，通常的装置，对于重金属的去除和VOC的去除采用单独的部件。
因而，有必要开发一种结构简单，能够提高VOC和重金属离子去除效率高的光催化氧化处理VOC的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光解氧化裂变VOC处理装置，其具有装置结构简单，吸附效率和净化效率高，能够同时去除VOC挥发物和重金属离子的成本低的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光解氧化裂变VOC处理装置，包括反应箱体1，进气口2，催化剂层3，催化光源4和出气口6，其进气口2位于反应箱体1左下方，出气口6设置在反应箱体1的右上方，高于催化剂层3，在进气口2上方设置有与反应箱体1底面平行的一个或多个催化剂层3，每一催化剂层3对应一组催化光源4，其在每一催化剂层3上方设置有相应的催化光源4。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，该催化光源4为紫外光灯。优选，所述紫外光灯为多个，且其中轴线平行于反应箱体1的底面。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，还包括有VOC含量检测计5，VOC含量检测计5设置在出气口6的管路上。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，该光催化剂层为TiO2和吸附基材组成的复合材料。还优选，所述催化剂层通过负载支架支撑。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，该吸附基材为惰性多孔吸附剂。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，该吸附基材为采用壳聚糖与膨润土通过程序升温制备得到的复合材料。膨润土和壳聚糖的重量比范围1:1-5。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，该催化剂层复合材料的制备方法是将纳米二氧化钛制备成溶胶后，再将吸附基材加入到溶胶中，最后经过热处理得到。
一种光解氧化裂变VOC处理装置，其中吸附基底与TiO2的质量比为1:0.03-0.8
一种光解氧化裂变VOC处理装置，催化剂层的具体制备方法为：
1)TiO2溶胶的制备：将钛酸酯溶解于无水乙醇中，再加入盐酸溶液，强烈搅拌，使其水解生成TiO2溶胶；
2)吸附基底的制备：将膨润土和壳聚糖进行程序升温加热，以0.5-5℃/min的升温速率将二者的混合物加热到120℃-150℃，停留10-15min，再以0.5-5℃/min加热至250℃-350℃，继续停留10-15min，最后以1-5℃/min的速率加热到450℃-650℃，制备得到碳/膨润土复合材料作为吸附基底；
3)TiO2溶胶与吸附基底结合：将吸附基底按照重量比吸附基底/TiO2＝1:0.03-1.1，优选1:0.3-0.8，的含量加入到步骤1)制备的TiO2溶胶中，热处理得到该光催化剂。
本申请也提供一种同时去除废气中VOC和重金属离子的方法，其中使用了本申请中所述的光解氧化裂变VOC处理装置。
本发明的有益效果在于：
(1)装置仅采用废气处理箱体，催化剂层和紫外光灯处理VOC气体，结构简单，维护成本低。
(2)采用特定组成的光催化剂，通过吸附基底的改性，与TiO2的含量配比的调整，以及采用特定的固载方式结合TiO2和吸附基底，协同制备得到处理VOC气体效果好的催化剂，将其装载于废气处理装置中，使得该装置处理效果大大提高。
(3)在采用壳聚糖对膨润土进行改性时，采用程序升温的方法，在前期温度较低时，壳聚糖对膨润土进行了插层，使得膨润土的层间距增大，更加有效对VOC气体进行吸附，而随着温度的升高，壳聚糖碳化后产生了多孔物质，比表面积增大，从而能够均匀稳定地负载TiO2，使其受光更充分，解决了光源利用率低的问题。
(4)由于采用壳聚糖对膨润土进行了改性，从而能够处理烟气中的重金属离子。
(5)通过研究TiO2和吸附基底的质量比，范围在0.03-0.8在这个范围内TiO2含量适当，稳定均匀分散在吸附基底的表面，这个配比范围内的吸附基底能够不断地吸附VOC气体并且不断向光催化剂表面迁移，进而释放出新的释放位点，不用频繁更换吸附基底，能够解决气体流动性导致催化剂流失的问题。
(6)通过控制壳聚糖与膨润土的比例以及程序升温温度，从而控制插层比例，以及孔隙率，然后控制TiO2负载量，进而可以为被处理气体中重金属离子的吸附留出空间。
附图说明
图1装入有本发明的催化剂层的VOC处理装置纵向剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1处理塔，2进气口，3催化剂层，4催化光源，5VOC含量检测计，6出气口。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，VOC废气处理装置，包括反应箱体1，进气口2，催化剂层3，紫外光灯4，VOC含量检测计5，出气口6，进气口2设置在反应箱体1的左下方，催化剂层3设置在进气口2的上方，每一紫外光灯4设置在相应催化剂层3的上方，出气口6设置在反应箱体1的右上方，高于催化剂层3，出气口设置VOC含量检测计5。实验中，通入含有VOC气体563mg/m3和重金属的工业废气，打开紫外光灯4照射10min，处理完毕后通过出气口6的VOC含量检测计测定剩余VOC含量，实际处理风量为3700M3/H，停留时间3秒。
催化剂层的制备：
1)TiO2溶胶的制备：将钛酸酯溶解于无水乙醇中，再加入盐酸溶液，强烈搅拌30min，使其水解生成TiO2溶胶；
2)吸附基底的制备：将膨润土和壳聚糖(重量比1:2)进行程序升温加热，以2℃/min的升温速率将二者的混合物加热到120℃，停留10min再以2℃/min加热至300℃，继续停留10min，最后以2℃/min的速率加热到450℃，制备得到碳/膨润土复合材料作为吸附基底；
3)TiO2溶胶与吸附基底结合：将吸附基底按照重量比吸附基底/TiO2＝1:0.03的含量加入到步骤1)制备的TiO2溶胶中，热处理得到该光催化剂。
将该催化剂装载在催化剂层3中，按照前述方法处理废气。具体含量、VOC剩余量以及重金属离子的吸附容量如下表1所示。
实施例2-10
按照表1吸附基底/TiO2的含量进行催化剂的装载，处理方法和处理风量均与实施例1相同，最后得到的VOC剩余量如下表1所示。
实施例11
其他条件与实施例8相同，不同之处在于吸附基底的制备不是采用程序升温，而是将润土和壳聚糖的混合物直接加热到450℃处理2小时，制备得到碳/膨润土复合材料作为吸附基底。
实施例12
其他条件与实施例8相同，不同之处在于吸附基底的制备不是采用程序升温，而是将润土和壳聚糖的混合物首先加热到300℃处理10分钟，然后加热到450℃处理2小时，制备得到碳/膨润土复合材料作为吸附基底。
对比例1：
其它条件与实施例1相同，不同之处仅在于将二氧化钛光催化剂装载在催化剂层3中，VOC含量由563mg/m3降至137mg/m3。
对比例2
吸附基底只采用膨润土，未进行程序升温改性和碳化，其他条件均与实施例8相同，处理结果如表1所示。
Figure BDA0001752185120000041
Figure BDA0001752185120000051
如表1所示，催化剂只采用TiO2时，由于未采用经过特殊方式处理的吸附基底，TiO2颗粒团聚到一起，受光性差，对VOC废气吸附效果差，且未采用膨润土吸附剂，重金属吸附容量也很低，而当TiO2相对于吸附基体的质量比率超过约0.3时，随着二氧化钛含量的增加，VOC处理量增大，重金属离子的吸附容量也显著增大，可见采用本申请制备的特殊催化剂层，通过壳聚糖对膨润土的改性和碳化增强了吸附性，以及与TiO2以一定配比的含量结合，协同配合增加了催化剂的光催化活性，VOC处理量显著增大，同时有机插层增强了离子交换能力，有助于金属离子的吸附去除。此外，程序升温也有利于得到更好的效果。
此外，当组合物中的二氧化钛相对于吸附基底的质量比率超过约0.8时，VOC处理量也减少，重金属离子的吸附容量也减少，这是由于随着TiO2担载量的增多，颗粒团聚到一起，不利于受光，降低了催化效率。
对比例2为单独采用膨润土，未对其进行改性，其VOC处理量也较少，重金属离子的吸附量也较少。

Claims (6)

1.一种光解氧化裂变VOC处理装置，包括反应箱体(1)，进气口(2)，催化剂层(3)，催化光源(4)和出气口(6)，进气口(2)位于反应箱体(1)左下方，出气口(6)设置在反应箱体(1)的右上方，高于催化剂层(3)，在进气口(2)上方设置有与反应箱体(1)底面平行的一个或多个催化剂层(3)，每一催化剂层(3)对应一组催化光源(4)，且在每一催化剂层(3)上方设置有相应的催化光源(4)；所述催化剂层(3)的具体制备方法为：
1)TiO2溶胶的制备：将钛酸酯溶解于无水乙醇中，再加入盐酸溶液，强烈搅拌，使其水解生成TiO2溶胶；
2)吸附基底的制备：将膨润土和壳聚糖进行程序升温加热，以0.5-5℃/min的升温速率将二者的混合物加热到120℃-150℃，停留10-15min，再以0.5-5℃/min加热至250℃-350℃，继续停留10-15min，最后以1-5℃/min的速率加热到450℃-650℃，制备得到碳/膨润土复合材料作为吸附基底；
3)TiO2溶胶与吸附基底结合：将吸附基底按照重量比吸附基底/TiO2＝1:0.3-0.8的含量加入到步骤1)制备的TiO2溶胶中，热处理得到光催化剂层。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述催化光源(4)为多个紫外光灯，且其中轴线平行于反应箱体(1)的底面。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:还包括有VOC含量检测计(5)，VOC含量检测计(5)设置在出气口(6)的管路上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述催化剂层(3)为TiO2和吸附基底组成的复合材料。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述吸附基底为惰性多孔吸附剂。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述吸附基底为采用壳聚糖与膨润土通过程序升温制备得到的复合材料。
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