CN111760452A - 一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置及其运行工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置及其运行工艺。所述装置包括空气发生器、氧气钢瓶、挥发性有机气体钢瓶、质量流量计、臭氧发生器、加湿器、温度湿度计、气体混合器、光源、平板反应器、臭氧分析仪、气相色谱仪、第一阀门、第二阀门、第三阀门、尾气处理装置。本发明的实验装置适用于混合气体中的光催化降解挥发性有机气体实验，能够在小规模实验研究水平和大规模的工厂生产水平对废气的光催化和臭氧化研究，本发明的实验装置采用连续进样法进行实验，具有实验条件广泛，结构简单，使用方便，性能可靠等优点。

Description

一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实 验装置及其运行工艺
技术领域
本发明属于实验化学领域，具体涉及一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置及其运行工艺。
背景技术
挥发性有机化合物包括大多数的溶剂比如溶剂稀释剂、脱脂剂、清洁剂、润滑剂和液体燃料等，广泛存在于这些产品的工业生产过程和日常生活使用中。其种类繁多，在一定条件下，一些化学性质比较活泼的挥发性有机物还会与氮氧化物(NOx)、二硫化物(R-S-S-R')等一次性污染物发生光化学反应，产生具有强氧化性的二次污染物，如臭氧、醛、酮类以及颗粒污染物等，其危害性甚至比一次污染物的更大。由于大多数挥发性有机物具有刺激性和毒性，少部分还具有致癌性，人类和生物等通过呼吸道、皮肤吸收这些挥发性有机气体气体，会使血液、器官、神经等产生暂时性或永久性伤害。所以有效的去除工业产生的挥发性有机气体，使其无害化非常重要。
至今报道的去除挥发性有机气体的方法有冷凝法、吸附法、生物降解法、热力燃烧法、等离子体法和光催化法等，但普遍存在耗能高，二次污染等问题。光催化是人们公认的最有潜力和应用前景的去除挥发性有机物的方法。但是在光催化分解挥发性有机物的过程中催化剂表面吸附的挥发性有机物和中间产物导致催化剂失活从而降低催化效率。光催化过程中添加的臭氧分解产生的活性物质可以有效的促进吸附催化剂表面的有机物分解，从而有效的提高了挥发性有机物的分解和矿化。
为了更好的处理挥发性有机气体，科学有效地研究光催化协同降解挥发性有机物的性能，节约生产成本，改善人类居住环境，因此设计及研发光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体装置是必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置及其运行工艺，可用于挥发有机气体的光催化臭氧协同降解实验，能够在小规模实验研究水平和大规模的工厂生产水平对去除挥发性有机废气进行研究，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，性能可靠等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，包括空气发生器、氧气钢瓶、挥发性有机气体钢瓶、质量流量计、臭氧发生器、加湿器、温度湿度计、气体混合器、光源、平板反应器、臭氧分析仪、气相色谱仪、第一阀门、第二阀门、第三阀门、尾气处理装置；
所述空气发生器通过管道与所述加湿器相连，所述加湿器连接至所述气体混合器，所述空气发生器另设管道直接与所述气体混合器相连；所述氧气钢瓶通过管道与所述臭氧发生器相连，所述臭氧发生器连接至所述气体混合器；所述挥发性有机气体钢瓶通过管道连接至所述气体混合器；所述空气发生器、所述加湿器、所述臭氧发生器和所述挥发性有机气体钢瓶连接至所述气体混合器的四条管道并联设置，并且每条管道上均设有质量流量计；
所述温度湿度计设置于所述气体混合器内，所述气体混合器通过所述第一阀门与所述平板反应器相连；
所述光源设置于所述平板反应器之上，所述平板反应器通过管道分别连接所述臭氧分析仪和所述气相色谱仪，并最终通过所述第三阀门与所述尾气处理装置相连；
所述气体混合器另设管道绕过所述平板反应器通过所述第二阀门直接分别连接所述臭氧分析仪和所述气相色谱仪，并最终通过所述第三阀门与所述尾气处理装置相连。
优选地，所述光源为紫外光或可见光。
优选地，所述管道的材质为聚四氟乙烯。
优选地，所述平板反应器中含有石英玻璃珠。
优选地，所述气相色谱仪配有FID和镍转化炉。
一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置的运行工艺，包括以下步骤：
步骤1)空气发生器中的部分空气和挥发性有机气体钢瓶中的有机废气通过管道直接进入气体混合器；空气发生器中的部分空气进入加湿器，氧气钢瓶中的氧气进入臭氧发生器在电击作用下产生臭氧，两者通过管道进入气体混合器；气体混合器将空气、有机废气和臭氧按比例混合，混合后的气体进入平板反应器，打开光源即可进行实验；
步骤2)平板反应器通过管道将混合气体通入臭氧分析仪和气相色谱仪中，两者用于分析光催化臭氧化分解有机废气产生的中间产物，最终产生的尾气通过尾气处理装置处理后直接排放到空气中；气体混合器通过第二阀门控制可直接将混合气体通入臭氧分析仪和气相色谱仪中，检测臭氧和有机废气的初始浓度；气体混合器中安装有温度湿度计可以实时检测混合气体的温度和湿度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置中，所有的主体设备、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，而且具有优良的抗氧化、防腐和抗吸附功能。平板反应器采用石英玻璃珠，具有耐高温、耐腐蚀、高透光率等优点。通过上述改进，本发明的实验装置可以在宽泛的臭氧浓度和甲苯浓度下研究不同湿度，不同挥发性有机气体浓度，不同光照强度，不同臭氧浓度的混合气体的光催化臭氧协同降解情况，为工业去除挥发性有机废气催化剂的研制提供理论依据和实验基础。
附图说明
图1为光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置的结构示意图；
图中：1、空气发生器；2、氧气钢瓶；3、挥发性有机气体钢瓶；4、质量流量计；5、臭氧发生器；6、加湿器；7、温度湿度计；8、气体混合器；9、光源；10、平板反应器；11、臭氧分析仪；12、气相色谱仪；13、第一阀门；14、第二阀门；15、第三阀门；16、尾气处理装置。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于本发明，不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的常规产品。
实施例1
一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，如图1所示，包括空气发生器1、氧气钢瓶2、挥发性有机气体钢瓶3、质量流量计4、臭氧发生器5、加湿器6、温度湿度计7、气体混合器8、光源9、平板反应器10、臭氧分析仪11、气相色谱仪12、第一阀门13、第二阀门14、第三阀门15、尾气处理装置16。
所述空气发生器1通过管道与所述加湿器6相连，所述加湿器6连接至所述气体混合器8，所述空气发生器1另设管道直接与所述气体混合器8相连；所述氧气钢瓶2通过管道与所述臭氧发生器5相连，所述臭氧发生器5连接至所述气体混合器8；所述挥发性有机气体钢瓶3通过管道连接至所述气体混合器8；所述空气发生器1、所述加湿器6、所述臭氧发生器5和所述挥发性有机气体钢瓶3连接至所述气体混合器8的四条管道并联设置，并且每条管道上均设有质量流量计4。
所述温度湿度计7设置于所述气体混合器8内，所述气体混合器8通过所述第一阀门13与所述平板反应器10相连。
所述光源9设置于所述平板反应器10之上，所述平板反应器10通过管道分别连接所述臭氧分析仪11和所述气相色谱仪12，并最终通过所述第三阀门15与所述尾气处理装置16相连。
所述气体混合器8另设管道绕过所述平板反应器10通过所述第二阀门14直接分别连接所述臭氧分析仪11和所述气相色谱仪12，并最终通过所述第三阀门15与所述尾气处理装置16相连。
根据上述的实验装置，其运行工艺如下：
(1)空气发生器1(空气源)中的部分空气和挥发性有机气体钢瓶3(有机废气源)中的有机废气通过管道直接进入气体混合器8；另外，空气发生器1(空气源)中的部分空气进入加湿器6，氧气钢瓶2(氧气源)中的氧气进入臭氧发生器5在电击作用下产生臭氧(臭氧源)，两者通过管道进入气体混合器8；气体混合器8将空气、有机废气和臭氧按比例混合，混合后的气体进入平板反应器10，打开光源9(紫外光或可见光)即可进行实验。当采用紫外光时，紫外灯管为不同功率(185～256nm)。
(2)平板反应器10通过管道将混合气体通入臭氧分析仪11和气相色谱仪12中，两者用于分析光催化臭氧化分解有机废气产生的中间产物，最终产生的尾气通过尾气处理装置16处理后直接排放到空气中；另外，气体混合器8通过第二阀门14控制可直接将混合气体通入臭氧分析仪11和气相色谱仪12中，检测臭氧和有机废气的初始浓度；气体混合器8中安装有温度湿度计7可以实时检测混合气体的温度和湿度。
通过质量流量计4控制各种气体的流量通入到气体混合器8中得到不同浓度挥发性有机废气和臭氧比例的混合气体，从而研究装载催化剂后的平板反应器10对不同臭氧浓度和挥发性有机废气浓度的气体光催化臭氧协同分解情况，检验经过平板反应器10处理后混合气体中挥发性有机废气的含量，从而判断平板反应器10中催化剂的催化性能，为今后的工业光催化臭氧化降解挥发性有机物提供理论依据。
利用加湿器6可以对混合气体的湿度进行调节，获得不同湿度的含挥发性有机废气的混合气体进入装载催化剂的平板反应器10中进行处理，检验经过挥发性有机气体光催化臭氧化平板反应器10处理气体中的挥发性有机气体含量，从而判断平板反应器中催化剂在最佳湿度下的光催化臭氧化性能，为今后的工业光催化臭氧化催化剂提供理论依据。
催化剂分散在石英玻璃珠表面分散填充于平板反应器10中，能够根据实验的需要灵活调整催化剂的用量，便于操作。
为了便于检测混合气体中的挥发性有机气体浓度、臭氧浓度和催化反应器处理的效果，所述平板反应器10和尾气处理装置16之间设有取样口，通过控制第三阀门15可以检测初始臭氧浓度和挥发性有机气体浓度，关闭第三阀门15可以检测经平板反应器10处理后的残余臭氧和挥发性有机气体分解的中间产物。通过这样的取样可以判断装置对挥发性有机气体的去除效果，便于以后在工业上大规模使用。
本发明的实验装置，在实验环境和工程生产环境下都可以使用，在工业环境下，挥发性有机废气源为工厂排放的挥发性有机气体，臭氧源可以通过空气在电击作用下产生。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，此情形下臭氧为氧气通过臭氧发生器产生，挥发性有机气体可以使单一挥发性气体或多种挥发性有机气体和空气混合成不同比例的混合气体。
在本发明的实验装置中，所有的主体设备、管道均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，而且具有优良的抗氧化、防腐和抗吸附功能。平板反应器采用石英玻璃珠，具有耐高温、耐腐蚀、高透光率等优点。
本发明提供的光催化臭氧协同降解挥发性有机气体实验装置可以在宽泛的温度下研究不同含量、不同湿度、不同臭氧浓度的甲苯光催化臭氧化协同降解情况，为工业光催化臭氧协同降解甲苯提供理论依据和实验基础。
以上所示具体实施实例，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实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所有的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，其特征在于，包括空气发生器、氧气钢瓶、挥发性有机气体钢瓶、质量流量计、臭氧发生器、加湿器、温度湿度计、气体混合器、光源、平板反应器、臭氧分析仪、气相色谱仪、第一阀门、第二阀门、第三阀门、尾气处理装置；
所述空气发生器通过管道与所述加湿器相连，所述加湿器连接至所述气体混合器，所述空气发生器另设管道直接与所述气体混合器相连；所述氧气钢瓶通过管道与所述臭氧发生器相连，所述臭氧发生器连接至所述气体混合器；所述挥发性有机气体钢瓶通过管道连接至所述气体混合器；所述空气发生器、所述加湿器、所述臭氧发生器和所述挥发性有机气体钢瓶连接至所述气体混合器的四条管道并联设置，并且每条管道上均设有质量流量计；
所述温度湿度计设置于所述气体混合器内，所述气体混合器通过所述第一阀门与所述平板反应器相连；
所述光源设置于所述平板反应器之上，所述平板反应器通过管道分别连接所述臭氧分析仪和所述气相色谱仪，并最终通过所述第三阀门与所述尾气处理装置相连；所述气体混合器另设管道绕过所述平板反应器通过所述第二阀门直接分别连接所述臭氧分析仪和所述气相色谱仪，并最终通过所述第三阀门与所述尾气处理装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，其特征在于，所述光源为紫外光或可见光。
3.根据权利要求1所述的一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，其特征在于，所述管道的材质为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，其特征在于，所述平板反应器中含有石英玻璃珠。
5.根据权利要求1所述的一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置，其特征在于，所述气相色谱仪配有FID和镍转化炉。
6.权利要求1所述的一种光催化臭氧协同催化降解挥发性有机气体性能测试的实验装置的运行工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)空气发生器中的部分空气和挥发性有机气体钢瓶中的有机废气通过管道直接进入气体混合器；空气发生器中的部分空气进入加湿器，氧气钢瓶中的氧气进入臭氧发生器在电击作用下产生臭氧，两者通过管道进入气体混合器；气体混合器将空气、有机废气和臭氧按比例混合，混合后的气体进入平板反应器，打开光源即可进行实验；
步骤2)平板反应器通过管道将混合气体通入臭氧分析仪和气相色谱仪中，两者用于分析光催化臭氧化分解有机废气产生的中间产物，最终产生的尾气通过尾气处理装置处理后直接排放到空气中；气体混合器通过第二阀门控制可直接将混合气体通入臭氧分析仪和气相色谱仪中，检测臭氧和有机废气的初始浓度；气体混合器中安装有温度湿度计可以实时检测混合气体的温度和湿度。
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