CN110585905A - 一种光催化降解油烟的燃料电池装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

发明提供了一种光催化降解油烟的燃料电池装置及其工作方法,其特征在于,所述装置包括:阳极、质子交换膜、空气阴极、密封板、石英玻璃、外部电路、烟气入口和烟气出口。本发明的有益效果在于:本发明提供了一种光催化降解油烟燃料电池装置及其工作方法,利用了光催化技术低能耗,对有机污染物深度氧化效果好的特点,不仅实现了对油烟中的颗粒物和气态污染物的有效处理和降解,而且还将降解产生的电能用于楼宇公共设备的电力供应,实现了废弃污染物的二次利用。

Description

一种光催化降解油烟的燃料电池装置及其工作方法
技术领域
本发明属于油烟净化技术领域,涉及一种无组织排放油烟中细颗粒脱除和有害气体净化技术方法,具体涉及一种光催化降解油烟燃料电池装置及其工作方法。
背景技术
我国的主要烹饪方式有炸、炒、煎、烤等,容易产生大量的油烟气溶胶,其中含有脂肪酸、烷烃、烯烃、醛类、酮、醇、芳香族化合物和杂环化合物等,这些物质以颗粒相和气相的形式存在于油烟中。
在住宅和具有餐饮功能的商业建筑排放源中,油烟都是通过油烟机未经处理直接就直接排放,或者通过楼顶烟道集中排放到室外环境,这种排放方式排出的油烟都是没有经过任何处理,对大气造成了较为严重的污染,有研究表明,在家庭餐饮的三餐时间段内的PM2.5瞬时排放质量浓度高达200ug/m3
基于此,急需开发一种用于餐饮造成的楼顶排放油烟的高效处理方法,现有技术对油烟颗粒物的处理手段主要包括:机械脱除法、静电法、洗涤法、吸附法、催化燃烧法以及这些方法结合,但是这些方法都存在一定的缺陷,如能耗较高、辅助物质消耗大等,无法应用于楼顶油烟排放处理。
发明内容
为了弥补现有技术的不足,本发明提供了一种光催化降解油烟燃料电池装置及其工作方法。此方法利用了光催化技术低能耗,对有机污染物深度氧化效果好的特点,不仅实现了对油烟中的颗粒物和气态污染物的有效处理和降解,而且还将降解产生的电能用于楼宇公共设备的电力供应,实现了废弃污染物的二次利用。
本发明提供的一种光催化降解油烟燃料电池装置,包括:阳极、质子交换膜、空气阴极、密封板、石英玻璃、外部电路、烟气入口和烟气出口;
所述阳极、质子交换膜以及空气阴极通过导电胶带紧密结合,形成三明治结构的复合电极;且紧密结合的顺序为所述质子交换膜夹在所述阳极和所述空气阴极中间;
所述石英玻璃和所述密封板与所述阳极紧密结合,形成烟气流动通道;且所述密封板固定在所述阳极的侧面;
所述外部电路的一端分别连接所述阳极和所述空气阴极,另一端连接蓄电设备;未净化烟气通过所述烟气入口进入所述装置,在所述装置完成净化,进化后的烟气通过所述烟气出口排放至大气中。
作为一种优选的方案,所述阳极选用泡沫镍材料作为基底,通过化学气相沉淀方法CVD在所述泡沫镍材料基底上原位生成碳纳米管CNTs,进而形成复合材料;将生成的所述复合材料处理后通过凝胶溶胶法负载半导体光催化剂。
更为优选的是,所述半导体光催化剂选用二氧化钛。
更为优选的是,所述质子交换膜选用Nafion 115膜。
更为优选的是,所述空气阴极选用三维结构的复合材料电极,所述复合材料电极是由防水透气白膜、催化黑膜、镍网构成的三维结构。
更为优选的是,所述防水透气白膜由硫酸钠和聚四氟乙烯乳液制成;催化黑膜采用基底膜负载银或铂催化剂制成,其中所述基底膜采用活性炭、乙炔黑与聚四氟乙烯乳液混合压制而成。
更为优选的是,所述密封板选用石英玻璃材质。
一种光催化降解油烟燃料电池装置的使用方法,包括以下步骤:
①在三餐时间段内,由楼顶烟道排出的烟气通过烟气入口进入一种光催化降解油烟燃料电池的装置,在所述装置中的阳极和空气阴极发生如下反应:
a阳极反应:当烟气通过烟气入口进入所述装置后流经阳极,阳极的泡沫镍-CNTs复合材料通过过滤作用将烟气中的颗粒物截留在阳极的内部,而烟气中的气态污染物在光照作用下,利用光催化作用通过阳极的复合材料上负载的光催化剂将所述气态污染物分解成二氧化碳和水,并烟气出口排除,达到净化烟气的目的;
b空气阴极反应:在阳极复合材料发生光催化反应的同时产生了质子和电子,质子通过质子交换膜到达空气阴极,电子则通过外部电路传递到达空气阴极,从而产生电流;在空气阴极上,空气中的氧气与质子和电子发生反应,生成水,促进阳极反应的进行;
②在非三餐时间段内,用餐时间内被阳极复合材料截留在阳极的内部结构中的颗粒物通过复合材料上的光催化剂将其分解,生成二氧化碳和水,实现阳极内部的自清洁,避免阳极内部的烟气通道堵塞而更换或者清洗,同样在光催化分解颗粒物的同时,空气阴极也在发生氧化还原反应,促使外部电路产生电流;
③在净化烟气的同时,通过外部电路产生电能并输出到蓄能设备中,用于楼宇公共设备。
本发明的有益效果在于:本发明提供的一种光催化降解油烟燃料电池装置及其使用方法和具有以下优势:
①本发明提供的一种光催化降解油烟燃料电池装置及其使用方法实现了对烟气中的有害颗粒物以及气相污染物的深度氧化,最终有害污染物转换成无害物质排放到大气中,降低了对环境的污染;
②本发明提供的一种光催化降解油烟燃料电池装置及其使用方法在实现对有害污染物的降解的过程中,产生了电能,可用于楼宇公共设备的电力供应,减少了电能消耗;
③总体来说,本发明提供的一种光催化降解油烟燃料电池装置及其使用方法具有结构简单,能耗低,对环境无污染等特点。
附图说明
图1是本发明的一种光催化降解油烟燃料电池装置的结构示意图;
图2是本发明的一种光催化降解油烟燃料电池装置的使用方法的工作原理图。
图中附图标记的含义为:1-阳极,2-质子交换膜,3-空气阴极,4-密封板,5-石英玻璃,6-外部电路,7-烟气入口,8-烟气出口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
参见附图1,一种光催化降解油烟燃料电池装置,包括:阳极1、质子交换膜2、空气阴极3、密封板4、石英玻璃5、外部电路6、烟气入口7和烟气出口8。
所述阳极1、质子交换膜2以及空气阴极3通过导电胶带紧密结合,形成三明治结构的复合电极;且紧密结合的顺序为所述质子交换膜2夹在所述阳极1和所述空气阴极3中间;
所述石英玻璃5和所述密封板4与所述阳极1紧密结合,形成烟气流动通道;且所述密封板4固定在所述阳极1的侧面;
所述外部电路6的一端分别连接所述阳极1和所述空气阴极3,另一端连接蓄电设备;未净化烟气通过所述烟气入口7进入所述装置,在所述装置完成净化,进化后的烟气通过所述烟气出口8排放至大气中。
所述阳极1选用泡沫镍材料作为基底,通过化学气相沉淀方法CVD在所述泡沫镍材料基底上原位生成碳纳米管CNTs,进而形成复合材料;将生成的所述复合材料处理后通过凝胶溶胶法负载半导体光催化剂;所述半导体光催化剂选用二氧化钛。
所述质子交换膜2选用Nafion 115膜;空气阴极3选用三维结构的复合材料电极,所述复合材料电极是由防水透气白膜由硫酸钠和聚四氟乙烯乳液制成、催化黑膜采用基底膜负载银或铂催化剂制成,其中所述基底膜采用活性炭、乙炔黑与聚四氟乙烯乳液混合压制而成、镍网构成的三维结构;密封板4选用石英玻璃材质。
实施例2
参见附图2,一种光催化降解油烟燃料电池装置的使用方法,包括以下步骤:
①在三餐时间段内,由楼顶烟道排出的烟气通过烟气入口7进入一种光催化降解油烟燃料电池的装置,在所述装置中的阳极1和空气阴极3发生如下反应:
a阳极反应:当烟气通过烟气入口7进入所述装置后流经阳极1,阳极1的泡沫镍-CNTs复合材料通过过滤作用将烟气中的颗粒物截留在阳极1的内部,而烟气中的气态污染物在光照作用下,利用光催化作用通过阳极1的复合材料上负载的光催化剂将所述气态污染物分解成二氧化碳和水,并烟气出口8排除,达到净化烟气的目的;
b空气阴极反应:在阳极1复合材料发生光催化反应的同时产生了质子和电子,质子通过质子交换膜2到达空气阴极3,电子则通过外部电路6传递到达空气阴极3,从而产生电流;在空气阴极3上,空气中的氧气与质子和电子发生反应,生成水,促进阳极反应的进行;
②在非三餐时间段内,用餐时间内被阳极1复合材料截留在阳极1的内部结构中的颗粒物通过复合材料上的光催化剂将其分解,生成二氧化碳和水,实现阳极1内部的自清洁,避免阳极1内部的烟气通道堵塞而更换或者清洗,同样在光催化分解颗粒物的同时,空气阴极3也在发生氧化还原反应,促使外部电路6产生电流;
③在净化烟气的同时,通过外部电路6产生电能并输出到蓄能设备中,用于楼宇公共设备。
应当理解,以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。由本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述装置包括:阳极(1)、质子交换膜(2)、空气阴极(3)、密封板(4)、石英玻璃(5)、外部电路(6)、烟气入口(7)和烟气出口(8);
所述阳极(1)、质子交换膜(2)以及空气阴极(3)通过导电胶带紧密结合,形成三明治结构的复合电极;且紧密结合的顺序为所述质子交换膜(2)夹在所述阳极(1)和所述空气阴极(3)中间;
所述石英玻璃(5)和所述密封板(4)与所述阳极(1)紧密结合,形成烟气流动通道;且所述密封板(4)固定在所述阳极(1)的侧面;
所述外部电路(6)的一端分别连接所述阳极(1)和所述空气阴极(3),另一端连接蓄电设备;未净化烟气通过所述烟气入口(7)进入所述装置,在所述装置完成净化,进化后的烟气通过所述烟气出口(8)排放至大气中。
2.根据权利要求1所述的一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述阳极(1)选用泡沫镍材料作为基底,通过化学气相沉淀方法CVD在所述泡沫镍材料基底上原位生成碳纳米管CNTs,进而形成复合材料;将生成的所述复合材料处理后通过凝胶溶胶法负载半导体光催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述半导体光催化剂选用二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的一种光催化降解油烟燃料电池的装置,其特征在于,所述质子交换膜(2)选用Nafion 115膜。
5.根据权利要求1所述的一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述空气阴极(3)选用三维结构的复合材料电极,所述复合材料电极是由防水透气白膜、催化黑膜、镍网构成的三维结构。
6.根据权利要求5所述的一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述防水透气白膜由硫酸钠和聚四氟乙烯乳液制成;催化黑膜采用基底膜负载银或铂催化剂制成,其中所述基底膜采用活性炭、乙炔黑与聚四氟乙烯乳液混合压制而成。
7.根据权利要求1所述的一种光催化降解油烟燃料电池装置,其特征在于,所述密封板(4)选用石英玻璃材质。
8.一种光催化降解油烟燃料电池装置的使用方法,其特征在于,所述使用方法包括以下步骤:
①在三餐时间段内,由楼顶烟道排出的烟气通过烟气入口(7)进入一种光催化降解油烟燃料电池的装置,在所述装置中的阳极(1)和空气阴极(3)发生如下反应:
a阳极反应:当烟气通过烟气入口(7)进入所述装置后流经阳极(1),阳极(1)的泡沫镍-CNTs复合材料通过过滤作用将烟气中的颗粒物截留在阳极(1)的内部,而烟气中的气态污染物在光照作用下,利用光催化作用通过阳极(1)的复合材料上负载的光催化剂将所述气态污染物分解成二氧化碳和水,并烟气出口(8)排除,达到净化烟气的目的;
b空气阴极反应:在阳极(1)复合材料发生光催化反应的同时产生了质子和电子,质子通过质子交换膜(2)到达空气阴极(3),电子则通过外部电路(6)传递到达空气阴极(3),从而产生电流;在空气阴极(3)上,空气中的氧气与质子和电子发生反应,生成水,促进阳极反应的进行;
②在非三餐时间段内,用餐时间内被阳极(1)复合材料截留在阳极(1)的内部结构中的颗粒物通过复合材料上的光催化剂将其分解,生成二氧化碳和水,实现阳极(1)内部的自清洁,避免阳极(1)内部的烟气通道堵塞而更换或者清洗,同样在光催化分解颗粒物的同时,空气阴极(3)也在发生氧化还原反应,促使外部电路(6)产生电流;
③在净化烟气的同时,通过外部电路(6)产生电能并输出到蓄能设备中,用于楼宇公共设备。
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