CN110988250A - 一种催化臭氧分解性能测试实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于实验化学领域，具体涉及一种催化臭氧分解性能测试实验装置。包括氧气源、氮气源、空气源、混合器、臭氧发生装置、管式反应器和尾气吸收装置；所述氧气源和氮气源通过管道连接到混合器，所述混合器通过管道连接到臭氧发生装置；所述臭氧发生装置通过管道依次连接加湿器和管式反应器，所述管式反应器通过管道连接尾气处理装置。本发明可用于混合气体中的臭氧催化分解实验，能够在小规模实验研究水平和大规模的工厂生产水平对臭氧催化分解进行研究，本发明的实验装置采用连续进样法进行实验，具有实验条件宽泛，结构简单，使用方便，性能可靠等特点。

Description

一种催化臭氧分解性能测试实验装置
技术领域
本发明属于实验化学领域，具体涉及一种催化臭氧分解性能测试实验装置。
背景技术
臭氧是氧气的同素异性体，具有强氧化性，能与元素周期表中除贵金属、氟和惰性气体外的所有元素反应。对流层臭氧是一种有害的气体污染物，不但会导致温室效应，而且对生物体具有毒性。流行病学的研究表明，臭氧浓度的上升和人类的心肺系统和呼吸系统疾病直接相关。此外室内的臭氧还会引发室内化学反应，造成二次污染。所以将废气中的臭氧进行分解处理，使其无害化非常重要。
至今为止所报道的臭氧去除方法有热分解法、活性炭吸附法、药液吸收法、电磁波辐射法等，但普遍存在能耗高，二次污染等问题。常温催化分解是人们公认的最有潜力和应用前景的臭氧分解方法。臭氧分解催化剂失活的原因主要有水分子附着在催化剂表面形成水膜导致臭氧分子和催化剂接触困难和分解形成的氧原子和活性位点结合牢固不脱附。加热催化剂可以达到催化剂再生的目的。
为了更好的处理臭氧等有害气体，科学有效地研究催化剂臭氧分解性能，节约生产成本，改善人居环境、企业工作环境，因此设计及研发催化臭氧分解装置很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种催化臭氧分解性能测试实验装置，本发明可用于混合气体中的臭氧催化分解实验，能够在小规模实验研究水平和大规模的工厂生产水平对臭氧催化分解进行研究，本发明的实验装置采用连续进样法进行实验，具有实验条件宽泛，结构简单，使用方便，性能可靠等特点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种催化臭氧分解性能测试实验装置，包括氧气源、氮气源、空气源、混合器、臭氧发生装置、加湿器、管式反应器和尾气吸收装置；所述氧气源和氮气源通过管道连接到混合器，所述混合器通过管道连接到臭氧发生装置；所述臭氧发生装置通过管道依次连接加湿器和管式反应器，所述管式反应器通过管道连接尾气处理装置。
优选地，所述管式反应器为一级反应器或一级反应器和与一级反应器串联的二级反应器。
优选地，还包括温度湿度计，所述温度湿度计位于管式反应器前；所述温度湿度计用于实时监控管道中的气体温度和湿度。
优选地，所述管式反应器下设有控温加热器。
优选地，所述加湿器和管式反应器之间的管路上设置有取样口；所述管式反应器和尾气处理装置之间设有取样口。
优选地，所述管道的材料为聚四氟乙烯。
优选地，所述管式反应器的材料为石英玻璃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在本发明中，所用的主体设备、管道采用聚四氟乙烯材料制成，采用聚四氟乙烯材料不仅重量轻、强度好，而且具有良好的抗氧化、防腐功能。管式反应器采用了石英玻璃，耐高温、耐腐蚀。通过上述改进，本发明提供的臭氧气体催化分解实验装置可以在宽泛的温度范围下研究不同含量、不同湿度范围的臭氧混合气体的催化分解情况，为工业臭氧催化剂的研制提供理论依据和实验基础。
附图说明
图1为采用一级催化反应器的本发明的实验装置的结构示意图；
图2为采用一级和二级催化反应器的本发明的实验装置的结构示意图；
附图标记说明：氧气钢瓶1、氮气钢瓶2、空压机3、转子流量计4、混合器5、臭氧发生装置6、调压器7、加湿器8、温度湿度计9、管式反应器10、控温加热器11、臭氧分析仪12、尾气处理装置13。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例 1
如图1和图2所示，一种催化臭氧分解性能测试实验装置，包括氧气钢瓶1（氧气源）、氮气钢瓶2（氮气源）、空压机3（空气源）、转子流量计4、混合器5、臭氧发生装置6、调压器7、加湿器8、温度湿度计9、管式反应器10、控温加热器11、臭氧分析仪12、尾气处理装置13；所述氧气钢瓶1（氧气源）和氮气钢瓶2（氮气源）通过管道连接到混合器5，所述混合器5通过管道连接到臭氧发生装置6。
所述混合器5将来自氧气源的氧气和来自氮气源的氮气按比例混合，混合后的气体进入臭氧发生装置6在电击作用下产生臭氧混合气。臭氧混合气经过加湿器8后进入臭氧催化分解管式反应器10，所述臭氧催化分解管式反应器10通过尾气处理装置13后将其排空；所述臭氧催化分解管式器所述臭氧催化分解管式器为一级反应器（如图1所示）或一级反应器和与一级反应器串联的二级反应器（如图2所示）。所述装置中，管式反应器10前安装了温度湿度计9，所述可温度湿度计9实时监控管道中的气体温度和湿度。
本发明利用混合器5能够提供不同比例的氧氮混合气，再经过臭氧发生装置6处理获得不同浓度的臭氧混合气，从而研究装载催化剂后的管式反应器10对不同含量范围的臭氧催化分解情况，检验经过臭氧催化管式反应器10处理后混合气体中的臭氧的含量，从而判断管式反应器中的催化剂的催化性能，为今后的工业臭氧催化剂提供理论依据。
通过上述结构，利用加湿器8可以对臭氧混合气的湿度进行调节，获得的不同湿度的臭氧混合气进入装载催化剂后的管式反应器10中进行处理，检验经过臭氧催化管式反应器10处理后混合气体中的臭氧含量，从而判断管式反应器中的催化剂的抗湿性能，为今后的工业臭氧催化剂提供理论依据。
当用于处理低浓度的臭氧混合气时，可以只使用一级反应器（如图1所示）；当用于处理高浓度、高通量的臭氧混合气体时，同时使用一级反应器和二级反应器（如图2所示）。此时一级反应器的顶部具有连接到二级反应器底部的管道，臭氧混合气体经一级反应器处理后还可由二级反应器再次催化分解以提高去除率。
在本发明中，催化剂和石英砂混合分散填充于管式反应器10中，能够根据实验需要灵活调整催化剂的用量，便于操作。催化剂和石英砂混合分散填充于管式反应器中，能够根据实验需要灵活调整催化剂的用量，便于操作。参考附图2，在此种结构中，工业臭氧处理一级催化反应器和二级催化反应器所用的催化剂可以是相同的，也可以是不同的。
为了实现催化剂的重复利用，管式反应器10装在了带有不锈钢外壳石棉内衬的控温电加热器11中。在完成了对臭氧混合气体的催化分解后，催化剂的催化性能可能有所下降，可对其进行控温加热再生。通过上述装置，可以多次评估催化剂的再生性能。
为了便于检测混合气体中臭氧的含量和催化反应器处理后的效果，所述加湿器和管式反应器10之间的管路上设置有取样口；所述管式反应器10和尾气处理装置13之间设有取样口。上述的第一个取样口能够检测进出管式反应器10混合气体中臭氧的含量，第二个取样口能够检测混合气体中臭氧经管式催化反应器10处理后排出的气体中臭氧的残余量，以便增加催化反应器的数量，从而确保臭氧去除效果。通过这两个取样点，可判断装置的最佳催化剂装载量，便于以后在工业上大规模使用。
本发明装置，在实验室环境和工厂生产环境下都是可用的，在工业环境下，臭氧混合气源为经过抽风机进入管道系统的空气。由于本发明的装置通常是应用在实验室条件下做实验研究，在此种情形下臭氧为氮氧混合气通过臭氧发生器产生的。
为了便于监测管式反应器10中的温度，所述管式反应器10安装有热电偶仪表测量和显示温度参数。
在本发明中，所用的主体设备、管道采用聚四氟乙烯材料制成，采用聚四氟乙烯材料不仅重量轻、强度好，而且具有良好的抗氧化、防腐功能。管式反应10采用了石英玻璃，耐高温、耐腐蚀。
本发明提供的臭氧气体催化分解实验装置可以在宽泛的温度范围下研究不同含量、不同湿度范围的臭氧混合气体的催化分解情况，为工业臭氧催化剂的研制提供理论依据和实验基础。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，包括氧气源、氮气源、空气源、混合器、臭氧发生装置、加湿器、管式反应器和尾气吸收装置；所述氧气源和氮气源通过管道连接到混合器，所述混合器通过管道连接到臭氧发生装置；所述臭氧发生装置通过管道依次连接加湿器和管式反应器，所述管式反应器通过管道连接尾气处理装置。
2.根据权利要求1所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，所述管式反应器为一级反应器或一级反应器和与一级反应器串联的二级反应器。
3.根据权利要求1所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，还包括温度湿度计，所述温度湿度计位于管式反应器前，所述温度湿度计用于实时监控管道中的气体温度和湿度。
4.根据权利要求1所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，所述管式反应器设于控温加热器内。
5.根据权利要求3所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，所述加湿器和管式反应器之间的管路上设置有取样口；所述管式反应器和尾气处理装置之间设有取样口。
6.根据权利要求1-5所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，所述管道的材料为聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1-5所述的一种催化臭氧分解性能测试实验装置，其特征在于，所述管式反应器的材料为石英玻璃。
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