CN114053866B - 一种固定床光催化反应器及其处理氯甲烷废气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定床光催化反应器及其处理氯甲烷废气方法，属于废气处理设备领域。通过将待处理废气排入固定床光催化反应器的进气口进入反应容腔，反应容腔内的改性陶瓷管作为催化剂与催化场所，在改性陶瓷管中央的紫外线灯管照射下，氯甲烷与其余组分逐级氧化，通过出气口后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出，氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体从各下端的去收集管进入液体收集管道进行集中并进行后续处理。本发明通过制备改性陶瓷管，并在管道内部设置紫外灯管，在提高的工业催化效率的同时，降低了能耗，提高了操作的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理设备技术领域，具体为一种固定床光催化反应器及其处理氯甲烷废气方法。
背景技术
氯甲烷CH3Cl，是一种无色易液化的气体，微溶于水，易溶于氯仿、乙醚、丙酮。属于易燃易爆的高度危险性的物质。工业上的季胺化反应会通入大量氯甲烷气体，虽然大部分可以在反应中被消耗，但是仍然会残留高于排放标准浓度的氯甲烷气体，所以需要对这部分尾气进一步处理。
不同于一般的挥发性有机废气，一氯甲烷可生化性差，处理难度大，目前行业中主要使用吸收法、深度冷却法和吸附法处理含一氯甲烷的尾气：吸收法指将含一氯甲烷的尾气通入酸、碱和水进行吸收，但是一氯甲烷不与酸碱反应，且仅微溶于水，所以吸收率很低；深度冷却法指将废气中的一氯甲烷在-40℃左右的深冷塔中液化，但是废气中的水在液化温度下会结冰，从而堵塞管路，同时，深冷系统能耗非常高；吸附法指用活性炭吸附，虽然吸附效果好，但是活性炭会饱和，需要定时更换，因此成本较高。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种用于处理氯甲烷废气的固定床光催化反应器及其处理氯甲烷废气方法，在提高尾气处理吸收率的同时，也兼顾了能耗、成本以及安全性的技术问题。
本发明提供了一种固定床光催化反应器，其特征在于，包括：
反应容腔，包括反应器本体，所述反应器本体顶端设有封头，所述反应器本体上、下部分别设有进气口、出气口，所述反应器本体底端设有去收集管；
改性陶瓷管，所述改性陶瓷管设置于所述反应容腔本体的内部；
紫外线灯管，所述紫外线灯管贯穿所述改性陶瓷管的管道中央。
优选或可选的，所述反应容腔为立式管式反应器。
优选或可选的，所述紫外灯通过固定于灯管支架固定于所述改性陶瓷管的内壁。
优选或可选的，所述改性陶瓷管的制备方法为将二氧化铈、三氧化二锑、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级催化剂粉末，进一步制备改性陶瓷管。
优选或可选的，所述微米级催化剂粉末放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管；烘干后将所述空心陶瓷管在马弗炉中煅烧后降温，制得所述改性陶瓷管。
本发明还提供了一种固定床光催化反应器装置，由以上所述固定床光催化反应器串联而成；其中，所述光催化反应器的进气口与其相邻的光催化反应器的出气口相连通。
优选或可选的，所述去收集管底端与管道相连接，适于收集催化反应所产生的液体。
优选或可选的，所述固定床光催化反应器的排列方式可以为直线型、S型或螺旋型。
本发明还提供了一种固定床光催化反应装置的处理氯甲烷废气方法，所述方法包括：
将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口通入反应容腔内；
在改性陶瓷管中央的紫外线灯管下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；
氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管进入液体收集管道进行集中并进行后续处理。
本发明提出了一种固定床光催化反应器，相较于现有技术而言，具有如下有益效果：
1、本发明的催化反应器，通过将废气从进气口通入反应容腔，在反应容腔内的改性陶瓷管与改性陶瓷管中央的紫外线灯管光照射下，氯甲烷、氧气在改性陶瓷管与紫外线灯管的间隙中发生催化氧化，氧化产物并从出气口排出。
2、本发明通过将反应容腔设置为立式管式反应器，可增大改性陶瓷管与气体的有效接触面积，提高催化效率。
3、本发明以紫外线灯管作为氯甲烷光催化氧化的条件，能耗显著低于深冷法
4、本发明通过将改性陶瓷管设为中空结构，可在内部架设紫外灯进行光照催化。
5、本发明通过支架将紫外线灯管固定于改性陶瓷管内壁，防止鼓入气体时灯管发生脱落，降低催化效率。
6、本发明以电气石对二氧化铈/三氧化二锑进行改性，通过电气石的自发电场可降低二氧化铈/三氧化二锑光生电子-空穴对的复合率，提高二氧化铈/三氧化二锑的量子效率，并且能够降低二氧化铈/三氧化二锑颗粒的团聚，进而提高二氧化铈/三氧化二锑的光催化活性。此外，使用24小时逐渐升温的方式，可防止陶瓷内部由于产生过大的温度梯度，导致开裂。
7、本发明将多个固定床光催化反应器进行串联，进一步提高了光催化效率。
8、本发明在收集管底端接有液体收集管道，用于将氧化过程中的液体产物以及废气夹带的液体从各下端的去收集管进入液体收集管道进行集中，以便进行后续处理。
9、本发明串联而成的固定床光催化反应装置，可通过对固定床光催化反应进行逐个排列，以适应不同空间的不同需求，提高空间利用率。
综上，本发明在兼顾了降低能耗、降低成本以及提高操作安全性的同时，极大提高尾气处理吸收率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的局部透视示意图。
图3是本发明的串联局部示意图。
附图标记为：反应器本体1-1、封头1-2、进气口1-3、出气口1-4、去收集管1-5、改性陶瓷管2、紫外线灯管3、灯管支架4、液体收集管道5。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
发明概述
由于当前对于氯甲烷尾气的处理技术中，存在：1、效率问题：酸碱水吸收对一氯甲烷的吸收效果很差；2、能耗问题：深度冷却法能耗很高；3、成本问题：活性炭法需要经常换新，成本很高。
基于上述问题，本发明提出了一种固定床光催化反应器，包括：反应容腔，包括反应器本体、设于反应器本体顶端的封头、分别在上下部设置的进气口和出气口、设置于反应器本体底端的去收集管、设于反应容腔内部的中空改性陶瓷管、以灯管支架固定于改性陶瓷管中央的紫外线灯管。启用装置时，废气从进气口进入反应容腔，在反应容腔内的改性陶瓷管与陶瓷管中央的紫外线灯管照射下，氯甲烷、氧气在改性陶瓷管与紫外线灯管的间隙中发生光催化氧化，并从出气口排出。
在处理过程中，将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口进入反应容腔，反应容腔内的改性陶瓷管以电气石极大提高二氧化铈/三氧化二锑的光催化活性，在改性陶瓷管中央的紫外线灯管下，氯甲烷与其余组分逐级氧化，通过出气口后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出，氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管进入液体收集管道进行集中并进行后续处理。
作为地球含量最丰富的稀土元素之一的铈,其氧化物二氧化铈能够表现出类似于典型光催化剂二氧化钛的性能，但是其电子空穴复合率较高，降低了光催化效率
而三氧化二锑光生电子和空穴复合率较低，与二氧化铈复合增效，可降低二氧化铈的电子空穴复合率。
电气石的自发电场可以使二氧化铈/三氧化二锑包裹在电气石颗粒的表面，进一步降低二氧化铈/三氧化二锑光生电子-空穴对的复合率，提高二氧化铈/三氧化二锑的量子效率，并且能够降低二氧化铈/三氧化二锑颗粒的团聚，进而提高二氧化铈/三氧化二锑的光催化活性。
具体的光催化反应机理如下：
Cl·+CH3Cl→CH2Cl·+HCl
CH2Cl·+O2→CH2Cl-OO→2CH2ClO·+O2
CH2ClO·+O2→HCOCl+HO2·
其中，HCOCl的反应：
COH·+O2→CO+HO2·
其中，CH3自由基的反应：
CH3·+O2→CH3O2→2CH3O·
CH3O·+O·,OH·,Cl·→CH2O+OH·,H2O,HCl
CH3O·+O·,OH·,Cl·→COH·+OH·,H2O,HCl
COH·+O2→CO+HO2·
OH·+CO→CO2+H·
最终氧化产物为CO2和HCl。
在进一步实施例中，所述反应容腔为立式管式反应器。可增大催化剂与气体的有效接触面积，提高催化效率。
具体地，改性陶瓷管制备方法为：将黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
在实际使用过程中，可将上述多个固定床光催化反应器串联形成固定床光催化反应器装置，其中，所述光催化反应器的进气口与其相邻的光催化反应器的出气口相连通，以进一步提高了光催化效率。
在实验中，申请人发现，以紫外波长为单一变量，使用低压汞灯产生的185nm紫外线，在氧化气氛下，对浓度在数千ppm水平的一氯甲烷降解的量子产率接近1。
在进一步实施例中，通过对固定床光催化反应器进行S型列管排列，并对进出口的排布方向进行了相应调整，有效提高了空间利用率。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。
实施例1
制备改性陶瓷管2：三氧化二锑、二氧化铈、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。其中锑与铈的比例为55：45。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将空心陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温，制得改性陶瓷管2。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于：催化剂中，锑与铈的比例为60：40。
制备改性陶瓷管2：将三氧化二锑、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
实施例3
实施例3与实施例1的区别仅在于：催化剂中，锑与铈的比例为57：43
制备改性陶瓷管2：将三氧化二锑、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于：本实施例所制备的改性陶瓷管2中，催化剂仅为二氧化铈，不含有三氧化二锑。
制备改性陶瓷管2：将二氧化铈、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
实施例5
实施例5与实施例1的区别仅在于：本实施例所制备的改性陶瓷管2中，催化剂仅为三氧化二锑，不含有二氧化铈。
制备改性陶瓷管2：将三氧化二锑、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
对比例
对比例与实施例1的区别仅在于：本实施例所制备的改性陶瓷管2中，催化剂为二氧化钛。
制备改性陶瓷管2：将二氧化钛、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级粉末。将粉体放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20％左右时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管。烘干后将陶瓷管在马弗炉中，用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
基于上述改性陶瓷管2组装固定床光催化反应器。
采用上述固定床光催化反应器处理氯甲烷：将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口1-3通入反应器本体1-1内；在改性陶瓷管2中央185nm波长、以灯管支架4固定的紫外线灯管3下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口1-4后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管1-5进入液体收集管道5进行集中并进行后续处理。
本实施方式以气相色谱法测定出口气体氯甲烷含量与进口气体氯甲烷含量，通过公式[1-(出口气体氯甲烷含量/进口气体氯甲烷含量)]，用于判断一氯甲烷的降解率。
表1
从上表中可以得出，实施例2采用催化剂Ce与Sb的比率控制为40：60，一氯甲烷的降解率达到最高的0.991，降解率明显高于其余实施例中的其他催化剂配比，也优于对比例所采用的常规催化剂TiO2。其中，当Ce与Sb的比率为40：60时，三氧化二锑对二氧化铈的电子空穴复合率的降低效果，在本申请中最为显著。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (5)
1.一种用于处理氯甲烷废气方法的固定床光催化反应器，其特征在于，包括：
反应容腔，包括反应器本体，所述反应器本体顶端设有封头，所述反应器本体上、下部分别设有进气口、出气口，所述反应器本体底端设有去收集管；
改性陶瓷管，所述改性陶瓷管设置于所述反应器本体的内部；
紫外线灯管，所述紫外线灯管贯穿于所述改性陶瓷管的管道中央；
所述反应容腔为立式管式反应器；
所述改性陶瓷管为中空管状结构；
所述紫外线灯管通过固定于灯管支架固定于所述改性陶瓷管的内壁；
所述改性陶瓷管的制备方法包括如下步骤：
将二氧化铈、三氧化二锑、黑电气石与钠长石、硼砂、活化剂混合，研磨成微米级催化剂粉末；其中，所述微米级催化剂粉末中锑与铈的阳离子比率为55：45或60：40或57：43；
将所述微米级催化剂粉末放入捏合机搅拌均匀，加入去离子水，在含水量20%时取出，使用真空挤压成型机制得空心陶瓷管，并烘干；
将烘干后的空心陶瓷管放在马弗炉中煅烧，制得改性陶瓷管；
所述煅烧工艺为：用24小时逐渐升温到700℃，之后保持此温度煅烧4小时，然后用7小时逐渐降温到常温。
2.一种固定床光催化反应器装置，其特征在于，由多个权利要求1所述的固定床光催化反应器串联而成；其中，所述固定床光催化反应器的进气口与其相邻的固定床光催化反应器的出气口相连通。
3.根据权利要求2所述的固定床光催化反应器装置，其特征在于，所述去收集管底端与液体收集管道相连接，适于收集催化反应所产生的液体。
4.根据权利要求2所述的固定床光催化反应器装置，其特征在于，所述固定床光催化反应器的排列方式为直线型或S型。
5.一种应用权利要求2至4任一项所述的固定床光催化反应器装置的处理氯甲烷废气方法，所述方法包括：
将含有氯甲烷的待处理废气通过首个固定床光催化反应器的进气口通入反应容腔内；
在改性陶瓷管中央的紫外线灯管下，氯甲烷与其余组分逐级氧化；通过出气口后进入下一进气口，依次循环若干次后氯甲烷完全氧化为二氧化碳排出；
氧化过程中产生的液体产物以及废气夹带的液体，从各下端的去收集管进入液体收集管道进行集中并进行后续处理。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1736583A (zh) * | 2005-08-18 | 2006-02-22 | 清华大学 | 掺硼纳米氧化物的合成方法及用途 |
| CN101024148A (zh) * | 2007-01-12 | 2007-08-29 | 南京师范大学 | 光催化协同等离子体作用的一体式机动车尾气净化装置 |
| CN200963567Y (zh) * | 2006-10-24 | 2007-10-24 | 云南大学 | 一种处理空气中挥发性污染物的高效光催化反应器 |
| CN101213330A (zh) * | 2005-05-31 | 2008-07-02 | 帝人株式会社 | 陶瓷纤维及其制造方法 |
| CN101785961A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 浙江工业大学 | 一种用于废气处理的螺旋形光反应器及废气处理工艺 |
| CN104525182A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-22 | 南京大学 | 多孔纳米结构的铈铌锑基复合颗粒光催化剂、制备及应用 |
| CN104689812A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-06-10 | 南京大学 | Ce3-xSbxTaO7粉煤灰沸石复合多孔催化材料制备及应用 |
| WO2017055094A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | Haldor Topsøe A/S | Air cleaning by photocatalytic oxidation system |
| CN107055679A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-18 | 莆田学院 | 一种用于水处理的光催化降解装置及其应用 |
| US9771262B1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-09-26 | National Taiwan University Of Science And Technology | Method for organic compound degradation and method for producing hydrogen |
| CN110465320A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-19 | 国合通用(青岛)测试评价有限公司 | 一种复合型二氧化钛光催化活性涂层及其制备方法 |
| CN111804144A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-23 | 中触媒新材料股份有限公司 | 一种双单元uv光催化氧化反应装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002079244A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-03-19 | Babcock Hitachi Kk | 光分解による水処理装置および方法 |
| KR101659441B1 (ko) * | 2016-01-20 | 2016-09-26 | 한국에너지기술연구원 | 다단 촉매 반응 장치 및 이를 이용한 촉매반응 공정 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111352970.4A patent/CN114053866B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101213330A (zh) * | 2005-05-31 | 2008-07-02 | 帝人株式会社 | 陶瓷纤维及其制造方法 |
| CN1736583A (zh) * | 2005-08-18 | 2006-02-22 | 清华大学 | 掺硼纳米氧化物的合成方法及用途 |
| CN200963567Y (zh) * | 2006-10-24 | 2007-10-24 | 云南大学 | 一种处理空气中挥发性污染物的高效光催化反应器 |
| CN101024148A (zh) * | 2007-01-12 | 2007-08-29 | 南京师范大学 | 光催化协同等离子体作用的一体式机动车尾气净化装置 |
| CN101785961A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 浙江工业大学 | 一种用于废气处理的螺旋形光反应器及废气处理工艺 |
| CN104525182A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-22 | 南京大学 | 多孔纳米结构的铈铌锑基复合颗粒光催化剂、制备及应用 |
| CN104689812A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-06-10 | 南京大学 | Ce3-xSbxTaO7粉煤灰沸石复合多孔催化材料制备及应用 |
| WO2017055094A1 (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | Haldor Topsøe A/S | Air cleaning by photocatalytic oxidation system |
| US9771262B1 (en) * | 2016-05-16 | 2017-09-26 | National Taiwan University Of Science And Technology | Method for organic compound degradation and method for producing hydrogen |
| CN107055679A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-18 | 莆田学院 | 一种用于水处理的光催化降解装置及其应用 |
| CN110465320A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-19 | 国合通用(青岛)测试评价有限公司 | 一种复合型二氧化钛光催化活性涂层及其制备方法 |
| CN111804144A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-23 | 中触媒新材料股份有限公司 | 一种双单元uv光催化氧化反应装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄丽蓉 等.《光子-离子协合催化材料活化油节能减废研究》.冶金工业出版社,2019,37. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114053866A (zh) | 2022-02-18 |
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