CN115400583A - 微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法。装置包括废气净化塔、微纳米气泡生成模块、加压处理模块、第一微纳米气泡水雾喷淋模块、第二微纳米气泡水雾喷淋模块及吸附模块；吸附模块位于废气净化塔内，包括承载单元及位于承载单元上的吸附剂，吸附模块将废气净化塔间隔成上下两部分，第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块分别位于废气净化塔的上部和下部，且均与加压处理模块相连通；微纳米气泡生成模块与废气净化塔的底部及加压处理模块相连通；废气净化塔的上部设置有净气出口，废气净化器下部的侧壁上设置有废气进口。本发明可在对VOCs的高效催化氧化降解的同时实现吸附剂的在线再生。

Description

微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法

技术领域

本发明属于废气处理领域，具体涉及一种处理VOCs的装置和方法，更具体地说涉及一 种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是造成雾霾、臭氧等重污染环境的重要前体物，其 来源广泛、种类繁多、涉及的排放行业众多、排放源分散，并且VOCs本身具有 刺激性、毒性、易燃、易爆等特点，给人们的生产生活带来了直接的危害和潜在 的安全隐患。因此，控制VOCs对改善我国大气环境质量和提高人们的生产生活 质量具有重要的环境价值、经济效益和社会效益，VOCs的减排和与控制刻不容 缓。

VOCs治理主要包括前端预防和末端治理的方法。目前前端预防主要采用改进工艺、更 换设备及防治泄露等方法；末端治理主要包括对排放的VOCs进行资源化循环利用的冷凝法、 吸收法、吸附法、膜分离法等技术，以及将VOCs分解转化成无毒无害物质的催化燃烧法、 生物降解法、光催化法、等离子体法等。但是以上方法均存在一定程度的不足，例如吸附法 使用的吸附剂再生成本较高；催化燃烧法的催化剂具有选择性，存在二次污染风险，投入成 本也较高；膜分离法所需的元件造价高、使用寿命短；生物法使用的设备体积大、受温度、 冲击负荷影响较大等。大多数行业的VOCs以混合物形式排放，成分也复杂多变，采用单一 的治理技术通常难以达到理想的治理效果，费用也比较高。诸如，吸附法所需设备体积庞大、 工艺流程复杂；冷凝法操作难度大、冷凝水降温费用高；吸收法存在吸收液后处理困难及泄 露风险；生物法对于高浓度、难降解的VOCs废气处理效果差；燃烧法处理成本较高；膜分 离法气体预处理费用高、膜组件价格贵、使用寿命短。因此，根据VOCs废气的特性和排放 规模，采用多种VOCs治理技术有机组合使用，才能达到预期的治理效果。目前常用的VOCs 组合治理技术有沸石转轮+热力焚烧技术、沸石转轮+蓄热式燃烧、冷凝+吸附技术、吸附+蓄 热催化燃烧技术、滤筒除尘+蓄热催化燃烧、吸附+高级氧化等。采用组合治理技术，具有较 强的针对性和互补性，处理效果远优于单一治理技术，既提高了污染物的去除率，实现污染 物达标排放，又节约成本，是未来治理VOCs的主要方向。

但是现有的VOCs废气组合治理技术均存在这样那样的不足。比如公开号为CN107511051A的专利申请中公开了了一种基于动态拦截和微纳米气泡技术的立式废气处理 系统，包括废气净化装置和微纳米气泡生成装置。该发明是采用臭氧微纳米气泡对VOCs进 行降解处理。通过微纳米发生装置的一次旋流分散剂喷淋头和二次旋流分散产生臭氧微纳米 气泡，与VOCs在高温高压下进行反应，其中废气净化系统配置动态拦截单元，废气经废气 进口切向进入动态拦截单元，从而对VOCs废气进行降解处理，使得VOCs处理率达到97％ 以上。但是该专利是基于微纳米气泡氧化降解机理，而VOCs种类众多，对难氧化降解的VOCs 处理效果差，将会使得该技术的应用受到限制。

公开号为专利CN105056726A专利申请中公开的一种VOCs的臭氧微纳米气泡处理系统， 包括废气处理装置、喷淋液循环过滤装置、臭氧发生装置及微纳米发生装置。其中，喷淋液 循环过滤装置系统喷淋液中加入弱酸性N-甲酰吗啉水溶液，VOCs去除率可达到96％。但是 由于使用了N-甲酰吗啉水溶液，故而该系统更加适用于含芳香烃的VOCs的去除，也使得其 应用范围受到限制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善的微纳米气泡催化氧化 与吸附耦合处理VOCs的装置和方法，用于解决现有的VOCs废气处理技术存在的能耗高、 投资大及吸附法去除VOCs容量低、再生成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理 VOCs的装置，包括废气净化塔、微纳米气泡生成模块、加压处理模块、第一微纳米气泡水 雾喷淋模块、第二微纳米气泡水雾喷淋模块及吸附模块；所述吸附模块位于所述废气净化塔 内，包括承载单元及位于所述承载单元上的吸附剂，所述吸附模块将所述废气净化塔间隔成 上下两部分，所述第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块分别位于所 述废气净化塔的上部和下部，且均与所述加压处理模块相连通；所述微纳米气泡生成模块与 所述废气净化塔的底部及所述加压处理模块相连通；所述废气净化塔的上部设置有净气出口， 废气净化器下部的侧壁上设置有废气进口；微纳米气泡生成模块生成细小的含氧微纳米气泡， 经第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块喷淋至所述废气净化塔内与 VOCs进行反应，反应后的废气向上运动，经过吸附模块对未处理的废气进行吸附及深度氧 化降解，反应完成后的干净气体通过净气出口排出，同时微纳米气泡水雾喷淋到所述吸附模 块上，实现吸附剂的在线再生。

可选地，所述装置还包括排气风机及水气分离器，位于所述废气净化塔的净气出口处。

可选地，所述吸附模块的承载单元包括箱体和支架，所述箱体用于承载吸附剂，所述支 架用于支撑所述箱体。

可选地，所述装置还包括氧气和/或臭氧发生器，与所述微纳米气泡生成模块相连通。

可选地，所述加压处理模块包括管道加压溶气装置和加压罐中的一种或两种的串联结合。

可选地，所述微纳米气泡生成模块包括溶气泵叶轮高速剪切单元、文丘里管、多孔板、 蜂窝结构板中的任意一种或多种。

可选地，所述第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块包括若干旋 流喷头，以对微纳米气泡进行二次旋流分散。

可选地，所述吸附剂包括疏水活性炭、活性炭纤维、分子筛和聚合物吸附剂中的任意一 种或多种。

可选地，所述装置还包括酸碱度浓度检测模块，与所述废气净化塔的下部相连通。

本发明还提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的方法，包括步骤：

提供如上述任一方案中所述的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，于装 置的吸附模块加入所需的吸附剂；

开启微纳米气泡生成模块，引入气源生成微纳米气泡水雾，并分别供应至废气净化塔的 上部和下部；。

将VOCs处理气通入废气净化塔，经氧化及吸附处理后，处理合格后的废气通过位于废 气净化塔上部的净气出口排出。

可选地，所述微纳米气泡生成模块中的气液混合比为1:3-1:20；所述微纳米气泡生成模 块融合加压溶气法和分散空气法联合实施，压力范围为0.1-0.5Mpa。

可选地，所述废气净化塔的废气处理温度为25℃-70℃，处理的VOCs的浓度为50-1000 ppm。

如上所述，本发明的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法，具有以 下有益效果：本发明基于微纳米气泡水中停留时间长、界面ζ电位高、自身增压溶解、破裂 瞬间释放自由基等活性氧量大的特性，实现强化传质并制备大量具有超强氧化能力的微纳米 气泡水，构建微纳米催化氧化体系，在较为温和的条件下实现VOCs的高效脱除。本发明将 微纳米气泡催化氧化和吸附过程耦合在同一个单元中，可引入空气、氧气或臭氧等气体作为 气源宏量制备富含活性氧、具有超强氧化能力的微纳米气泡水，VOCs废气被氧化后，再通 过耦合吸附模块对未处理及难降解的VOCs进行吸附。本申请可同步实现微纳米气泡对VOCs 的催化氧化降解，以及吸附剂的在线再生，吸附剂又能将VOCs分子及微纳米臭氧分子富集 于同一界面，促进催化氧化反应的进行，实现对VOCs的高效脱除，运行效能更高、处理成 本更低。因此，作为一项环境友好、节能高效的新技术，本发明可有效弥补目前市场上既有 的VOCs处理技术的不足，将在中国VOCs治理领域具有广阔的应用市场。

附图说明

图1显示为本发明提供的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置的结构示意 图。

元件标号说明

11 废气净化塔

111 废气进口

112 净气出口

12 微纳米气泡生成模块

13 加压处理模块

14 第一微纳米气泡水雾喷淋模块

15 第二微纳米气泡水雾喷淋模块

16 吸附模块

17 水气分离器

18 臭氧发生器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图 会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。 此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、 “上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将 理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或 者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第 二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施 例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中 仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实 施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

发明人对市面上已有的VOCs废气组合治理技术进行长期研究发现，现有的VOCs废气 组合治理技术或是基于微纳米气泡氧化降解机理，而VOCs种类众多，对难氧化降解的VOCs 处理效果差，或是使用N-甲酰吗啉水溶液，故而该系统更加适用于含芳香烃的VOCs的去除， 也使得其应用范围受到限制，且现有的VOCs废气组合治理技术均无法实现吸附剂的再生， 导致VOCs处理效率低、处理成本高。对此，发明人经长期研究后提出了一种改善方案。

具体地，如图1所示，本发明提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装 置，包括：废气净化塔11、微纳米气泡生成模块12、加压处理模块13、第一微纳米气泡水雾喷淋模块14、第二微纳米气泡水雾喷淋模块15及吸附模块16；所述吸附模块16位于所述废气净化塔11内，包括承载单元及位于所述承载单元上的吸附剂，所述吸附模块16将所述废气净化塔11间隔成上下两部分，下部作为主反应空间，吸附模块和下部的沉降的液体优选 不接触，所述第一微纳米气泡水雾喷淋模块14和第二微纳米气泡水雾喷淋模块15分别位于 所述废气净化塔11的上部和下部，且均与所述加压处理模块13相连通，以将加压处理模块 13产生的高压含氧微纳米气泡供应至废气净化塔11上部的吸附模块16和下部的反应空间； 所述微纳米气泡生成模块12与所述废气净化塔11的底部及所述加压处理模块13可经动力泵 相连通，即废气净化塔11底部可经回收泵(未示出)与所述微纳米气泡生成模块12相连接， 且废气净化塔11的底部可以设置排污口，废气净化塔11内表面可镀有防腐层；所述微纳米 气泡生成模块12将生成的微纳米气泡输送至所述加压处理模块13以对微纳米气泡进行加压， 而废气净化塔11底部收集的液体再输送回微纳米气泡生成模块12中进行循环利用；所述废 气净化塔11的上部设置有净气出口112，废气净化器下部的侧壁上设置有废气进口111，即 废气自横向通入所述废气净化塔11内，而喷淋系统自上而下喷淋微纳米气泡，以和废气充分 混合；微纳米气泡生成模块12生成细小的含氧微纳米气泡，经第一微纳米气泡水雾喷淋模块14和第二微纳米气泡水雾喷淋模块15喷淋至所述废气净化塔11内与VOCs进行反应，反应 后的废气向上运动，经过吸附模块16对未处理的废气进行吸附及深度氧化降解，反应完成后 的干净气体通过净气出口112排出，同时微纳米气泡水雾喷淋到所述吸附模块16上，吸附剂 在对难降解的VOCs进行吸附的同时也将VOCs分子及微纳米气泡富集于同一界面，促进催 化氧化反应的进行，使得吸附剂作为载体在促进反应的同时也可以实现吸附剂的在线再生， 可进一步提高运行效能和降低处理成本。采用本申请提供的装置，可以无需对待处理的VOCs 废气进行除湿、浓缩等预处理措施；将微纳米催化氧化和吸附过程耦合在同一个单元中，可 实现对VOCs的高效去除，可有效解决当前氧化法能耗高、投资大及吸附法去除VOCs容量 低、再生成本高等问题，且基于微纳米气泡催化氧化耦合吸附方式对废气进行处理，具有适 用性广，对羟基自由基等活性氧物质的极强氧化性等优点，可处理各类VOCs，包括较难氧 化的VOCs，对水溶性的醛、酮类VOCs去除率在95％以上，非水溶性的苯、甲苯类VOCs去 除率在90％以上，总挥发性有机物(TVOCs)去除率在90％以上，VOCs被氧化后生成CO₂、 H₂O及其它中间降解产物，实现有机污染物的降解去除。此外，本申请中可实现吸附剂的在 线再生，吸附剂可以将VOCs分子及微纳米气泡分子富集于同一界面，促进氧化反应的进行， 运行效能更高、处理成本更低，处理过程环保无毒、安全可靠，废气经处理后即可排放。

作为示例，本申请的装置可采用未添加化学剂的水作为液体源，以实现环保无毒的废气 处理，即所述微纳米气泡生成模块12与水源相连通。在进一步的示例中，所述装置可以进一 步包括臭氧发生器18或其他氧气发生装置或多种产氧装置的结合，与所述微纳米气泡生成模 块12相连通，即本申请基于微纳米气泡水中停留时间长、界面ζ电位高、自身增压溶解、破 裂瞬间释放自由基量大、强化传质和超强氧化能力的特性，可引入空气、氧气、臭氧等作为 气源，结合微纳米气泡的一次形成和二次旋流分散，从而宏量制备富含活性氧的微纳米气泡 水，大量具有超强氧化能力的微纳米气泡水引发链反应，使得有机物有效氧化降解，在较为 温和的条件下快速高效催化降解VOCs有机废气。

作为示例，所述微纳米气泡生成模块12包括溶气泵叶轮高速剪切单元、文丘里管、多孔 板、蜂窝结构板中的任意一种或多种，以实现一次气泡切割；而所述第一微纳米气泡水雾喷 淋模块14和第二微纳米气泡水雾喷淋模块15可进一步设置若干旋流喷头(优选设置多个平 行设置的旋流喷头)，以对微纳米气泡进行二次旋流分散剪切，提高微纳米气泡的分散均匀 性和动量。

作为示例，所述加压处理模块13包括管道加压溶气装置和加压罐中的一种或两种的串联 结合，即加压溶气方式可采用管道加压溶气或加压处理模块13加压溶气方式中的一种或两种 实现，由此可将微纳米气泡发生总量提高到5％-15％，气泡尺度减少到几百纳米到几十微米， 可以提高微纳米气泡的发生总量、减小微纳米气泡的尺寸、降低设备能耗，可以有效克服现 有的微纳米气泡生成装置结构复杂、气泡稳定性差、运行能耗高、耐受固含量低等问题。

作为示例，所述装置还包括排气风机及水气分离器17，位于所述废气净化塔11的净气 出口112处。更具体地，所述水气分离器17可位于所述废气净化塔11内部且与所述净气出 口112相邻，而所述排气风机则位于所述废气净化塔11的外部，且与所述净气出口112相连 通，以对处理后的废气进行气体和液体分离，减少蒸气带水的现象，提高排出气体的干燥程 度。所述水气分离器17包括但不限于斜板式水气分离器、旋流板式水气分离器、离心式水气 分离器或丝网水气分离器中的任意一种或两种的结合。

作为示例，所述吸附模块16的承载单元包括箱体和支架，所述箱体用于承载吸附剂，所 述支架用于支撑所述箱体，可以通过调节支架高度而调整废气净化塔11上下两部分的空间。 可以根据废气组分特点选择吸附效率高、脱附能耗低的吸附材料，并且根据废气中的组分物 化特性，结合吸附材料的特点对吸附材料进行选择。作为示例，吸附剂优选疏水活性炭、活 性炭纤维、分子筛和聚合物吸附剂等吸附材料中的一种或多种。此外，针对大多数吸附材料 在高湿度条件下对VOCs的吸附容量急剧下降这一难题，可采用浸渍、表面接枝、功能化修 饰等手段将疏水基因引入到吸附材料表面，如己二酸二辛酯改性、聚二甲基硅氧烷改性、十 六烷基三甲氧基硅烷改性等，提高吸附材料表面的疏水性能，从而使得其在高湿度甚至饱和 湿度情况下仍维持较高的VOCs吸附容量。且废气净化塔的下部也可以放置吸附剂以促进 VOCs的吸附分解。需要特别强调说明的是，现有技术中将吸附剂浸置于液体中进行吸附处 理的方式与本申请的吸附模块的设置有本质的不同，本申请的吸附模块可以实现吸附剂的在 线再生。

作为示例，所述装置还包括酸碱度浓度检测模块，与所述废气净化塔11的下部相连通， 以实时检测反应空间内的酸碱度，根据检测结果可及时调整相关参数，如微纳米气泡的含氧 量、吸附剂量等。

作为示例，所述装置还可以进一步包括加热模块，所述加热模块(未示出)可与所述废 气净化塔11(比如废气净化塔11的底部)相连接，以将废气处理温度控制在所需的温度。 比如所述加热模块可以为电阻加热器，包覆在废气净化塔11下部的外围，并且可以进一步设 置与加热模块相连接的温控模块，以根据不同的处理需要将温度控制在所需的范围。

采用本发明的装置，可以处理包括但不限于化工、涂料、印刷、石油、喷涂、包装等行 业产生的各类VOCs废气，具有处理效率高、能耗低、处理过程无毒环保等优点。

本发明还提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的方法，该方法可基于前 述任一方案中所述的装置进行，故对装置的相关介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不 赘述。具体地，本发明提供的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的方法包括步骤：

提供如上述任一方案中所述的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，根据 待处理的VOCs组分物化特性，结合吸附材料的特点，于装置的吸附模块16加入所需的吸附 剂；且可以进一步于废气净化塔11内(包括下部反应空间和吸附剂中)加入适量所选择的均 相或非均相催化剂；

开启微纳米气泡生成模块12，优选采用水作为液体源，引入气源生成微纳米气泡水雾， 并通过第一微纳米气泡水雾喷淋模块14和第二微纳米气泡水雾喷淋模块15分别供应至废气 净化塔11的上部和下部；。

将VOCs处理气通入废气净化塔11的下部反应空间，经氧化及吸附处理后，处理合格后 的废气通过位于废气净化塔11上部的净气出口112排出，且排出前可先经水气分离器17进 行水气分离。

为确保处理效果，作为示例，所述微纳米气泡生成模块12中的气液混合比为1:3-1:20 (包括数值范围，本申请中在涉及数值范围的描述时，如无特殊说明，均包括端点值)，更 优地为1:5-1:10。

作为示例，所述微纳气泡生成模块可采用加压溶气法或分散空气法分别单独实施，或融 合加压溶气法和分散空气法联合实施，压力范围为0.1-0.5Mpa，优选为0.2-0.4Mpa；所述的 加压溶气方式可采用管道加压溶气或加压处理模块13加压溶气方式实施；所述的分散空气方 式可采用溶气泵叶轮高速剪切、文丘里管、多孔板、蜂窝结构等实现一次气泡切割，并将喷 淋模块的旋流喷头实现二次旋流剪切。

作为示例，所述废气净化塔11的废气处理温度为25℃-70℃，较优地为35℃-60℃。为 确保处理效果，处理的VOCs的浓度小于等于3000ppm，较优地为50-1000ppm。

为使本发明的技术方案和优点更加突出，下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

提供微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，装置具体可以包括臭氧发生器 18、微纳米气泡生成模块12、加压处理模块13、第一微纳米气泡水雾喷淋模块14、第二微 纳米气泡水雾喷淋模块15、吸附模块16和水气分离器17。向微纳米气泡生成模块12内加入 水和臭氧形成臭氧微纳米气泡水，微纳米气液混合泵流量为1.0m³/h，液气体积比9:1，微纳 米气泡水经过加压处理模块13加压后进入喷淋单元，加压处理模块13压力维持在0.3MPa， 吸附模块16的吸附剂为活性炭纤维。VOCs气体在吸附模块16下部(即废气净化塔11的下 部)的主反应空间与含臭氧的微纳米气泡水喷淋生成均匀的细小云雾进行反应，反应后的废 气向上，经过吸附模块16对未处理的废气进行吸附、反应，经气水分离后排出；吸附模块 16上方也设置微纳米气泡水喷淋，在吸附剂上方喷淋微纳米气泡水，实现吸附剂的在线再生。 VOCs进口处甲苯浓度185ppm、二甲苯浓度78ppm、苯乙烯浓度129ppm。混合VOCs处理， 出口处废气经过气液分离器进行气液分离，测得排出气中甲苯浓度6ppm，去除率达到96.7％； 二甲苯浓度5ppm，去除率达到93.5％；苯乙烯浓度6ppm，去除率达到95.3％。

实施例2

提供微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，装置具体可以包括氧气发生器、 微纳米气泡生成模块12、加压处理模块13、第一微纳米气泡水雾喷淋模块14、第二微纳米 气泡水雾喷淋模块15、吸附模块16和水气分离器17。在微纳米气泡生成装置内加入氧气源， 喷淋液为水，微纳米气液混合泵流量为1.0m³/h，保证液气体积比为10:1，微纳米气泡水经 过加压处理模块13加压后进入喷淋单元，加压处理模块13压力维持在0.4MPa，吸附模块 16的吸附剂为活性炭纤维。VOCs气体在吸附模块16下的主反应空间与含氧的微纳米气泡水 喷淋生成均匀的细小水雾进行反应，反应后的废气向上，经过吸附模块16对未处理的废气进 行吸附、反应后，经气液分离进行水气分离后排出；吸附模块16上方也设置微纳米气泡水喷 淋，在吸附剂上方喷淋微纳米气泡水，实现吸附剂的在线再生。VOCs进口处乙酸乙酯浓度 256ppm、丙酮浓度152ppm、甲基丙烯酸甲酯浓度135ppm。混合VOCs处理，出口处废气 经过气液分离器进行气液分离，测得排出气中乙酸乙酯浓度12ppm，去除率达到95.3％；丙 酮浓度5ppm，去除率达到96.7％；甲基丙烯酸甲酯浓度7ppm，去除率达到94.8％。

实施例3

提供微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，装置具体可以包括臭氧发生器 18、微纳米气泡生成模块12、加压处理模块13、第一微纳米气泡水雾喷淋模块14、第二微 纳米气泡水雾喷淋模块15、吸附模块16和水气分离器17。在微纳米气泡生成装置内加入空 气，喷淋液为水，微纳米气液混合泵流量为1m3/h，保证液气体积比为10:1，微纳米气泡水 经过加压处理模块13加压后进入喷淋单元(第一微纳米气泡水雾喷淋模块14和第二微纳米 气泡水雾喷淋模块15)，加压处理模块13压力维持在0.3MPa，吸附模块16的吸附剂为石墨 烯基疏水活性炭。VOCs气体在吸附模块16下的主反应空间与含臭氧的微纳米气泡水喷淋生 成均匀的精细云雾进行反应，反应后的废气向上，经过吸附层对未处理的废气进行吸附、反 应后排出；吸附模块16上方也设置微纳米气泡水喷淋，在吸附剂上方喷淋微纳米气泡水，实 现吸附剂的在线再生。VOCs进口处甲苯浓度212ppm、甲基叔丁基醚浓度309ppm、环己酮 浓度201ppm。混合VOCs处理，出口处废气经过气液分离器进行气液分离，测得排出气中 甲苯浓度11ppm，去除率达到94.8％；甲基叔丁基醚浓度10ppm，去除率达到96.7％；环己 酮浓度9ppm，去除率达到95.5％。

综上所述，本发明提供一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置和方法。 包括废气净化塔、微纳米气泡生成模块、加压处理模块、第一微纳米气泡水雾喷淋模块、第 二微纳米气泡水雾喷淋模块及吸附模块；所述吸附模块位于所述废气净化塔内，包括承载单 元及位于所述承载单元上的吸附剂，所述吸附模块将所述废气净化塔间隔成上下两部分，所 述第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块分别位于所述废气净化塔的 上部和下部，且均与所述加压处理模块相连通；所述微纳米气泡生成模块与所述废气净化塔 的底部及所述加压处理模块相连通；所述废气净化塔的上部设置有净气出口，废气净化器下 部的侧壁上设置有废气进口；微纳米气泡生成模块生成细小的含氧微纳米气泡，经第一微纳 米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块喷淋至所述废气净化塔内与VOCs进行 反应，反应后的废气向上运动，经过吸附模块对未处理的废气进行吸附及深度氧化降解，反 应完成后的干净气体通过净气出口排出，同时微纳米气泡水雾喷淋到所述吸附模块上，实现 吸附剂的在线再生。本发明基于微纳米气泡水中停留时间长、界面ζ电位高、自身增压溶解、 破裂瞬间释放自由基等活性氧量大的特性，实现强化传质并制备大量具有超强氧化能力的微 纳米气泡水，构建微纳米催化氧化体系，在较为温和的条件下实现VOCs的高效脱除。本发 明将微纳米气泡催化氧化和吸附过程耦合在同一个单元中，可引入空气、氧气或臭氧等气体 作为气源宏量制备富含活性氧、具有超强氧化能力的微纳米气泡水，VOCs废气被氧化后， 再通过耦合吸附模块对未处理及难降解的VOCs进行吸附。本申请可同步实现微纳米气泡对 VOCs的催化氧化降解，以及吸附剂的在线再生，吸附剂又能将VOCs分子及微纳米臭氧分 子富集于同一界面，促进催化氧化反应的进行，实现对VOCs高效脱除，运行效能更高、处 理成本更低。因此，作为一项环境友好、节能高效的新技术，本发明可有效弥补目前市场上 现有VOCs处理技术的不足，将在中国VOCs治理领域具有广阔的应用市场。所以，本发明 有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，其特征在于，包括：废气净化塔、微纳米气泡生成模块、加压处理模块、第一微纳米气泡水雾喷淋模块、第二微纳米气泡水雾喷淋模块及吸附模块；所述吸附模块位于所述废气净化塔内，包括承载单元及位于所述承载单元上的吸附剂，所述吸附模块将所述废气净化塔间隔成上下两部分，所述第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块分别位于所述废气净化塔的上部和下部，且均与所述加压处理模块相连通；所述微纳米气泡生成模块与所述废气净化塔的底部及所述加压处理模块相连通；所述废气净化塔的上部设置有净气出口，废气净化器下部的侧壁上设置有废气进口；微纳米气泡生成模块生成细小的含氧微纳米气泡，经第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块喷淋至所述废气净化塔内与VOCs进行反应，反应后的废气向上运动，经过吸附模块对未处理的废气进行吸附及深度氧化降解，反应完成后的干净气体通过净气出口排出，同时微纳米气泡水雾喷淋到所述吸附模块上，实现吸附剂的在线再生。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括排气风机及水气分离器，位于所述废气净化塔的净气出口处。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附模块的承载单元包括箱体和支架，所述箱体用于承载吸附剂，所述支架用于支撑所述箱体。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括氧气和/或臭氧发生器，与所述微纳米气泡生成模块相连通。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加压处理模块包括管道加压溶气装置和加压罐中的一种或两种的串联结合，所述微纳米气泡生成模块包括溶气泵叶轮高速剪切单元、文丘里管、多孔板、蜂窝结构板中的任意一种或多种；所述第一微纳米气泡水雾喷淋模块和第二微纳米气泡水雾喷淋模块包括若干旋流喷头，以对微纳米气泡进行二次旋流分散。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附剂包括疏水活性炭、活性炭纤维、分子筛和聚合物吸附剂中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括酸碱度浓度检测模块，与所述废气净化塔的下部相连通。

8.一种微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的方法，包括步骤：

提供如权利要求1-7任一项所述的微纳米气泡催化氧化与吸附耦合处理VOCs的装置，于装置的吸附模块加入所需的吸附剂；

开启微纳米气泡生成模块，引入气源生成微纳米气泡水雾，并分别供应至废气净化塔的上部和下部；

将VOCs处理气经废气进口通入废气净化塔，经氧化及吸附处理后，处理合格后的废气通过位于废气净化塔上部的净气出口排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微纳米气泡生成模块中的气液混合比为1:3-1:20；所述微纳米气泡生成模块融合加压溶气法和分散空气法联合实施，压力范围为0.1-0.5Mpa。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述废气净化塔的废气处理温度为25℃-70℃，处理的VOCs的浓度为50-1000ppm。

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