CN115654521A - 微波热脱附有机污染物效果研究评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，属于有机污染物微波热脱附处理技术领域，包括底部设有托盘、顶部设有排气口以及内部贯穿与有机废气连通的导气管的圆柱体谐振腔和长方体谐振腔，圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内均设有微波‑UV联用的催化燃烧组件、且二者之间通过带有微波发生单元的均分支波导相连，能同时向圆柱体谐振腔与长方体谐振腔内辐射均衡的微波，两谐振腔周围同样设置多个微波发生单元。利用微波‑UV联用催化燃烧组件辐射微波及紫外线，实现有机污染物或废气的热脱附消解。本发明能够研究谐振腔在几何构型上的差异、多源微波工作以及不同入射条件下下微波热脱附结果的影响以及微波能的利用率情况。

Description

微波热脱附有机污染物效果研究评价装置

技术领域

本发明属于有机污染物微波热脱附处理技术领域，尤其涉及一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置。

背景技术

近年来，微波催化氧化技术作为一种新型的催化氧化技术在用于处理VOCs废气时有着很高的成效，其原理是利用微波诱导催化氧化，凭借微波的消解作用和热效应使受热催化剂快速达到活性温度点，催化剂能迅速发挥作用催化氧化处理VOCs等有机污染物。大量研究表明，微波热场与常规热场相比，样品在微波场中的催化活性明显提高。国内外学者主要针对微波催化氧化过程中的催化剂、氧化剂材料在微波作用下的变化情况做研究，但是针对微波催化氧化设备的研究较少。

对于微波催化氧化设备，首先需要克服的难题便是微波热效应的不均匀性，经过研究者的不断研究，由普通微波炉改造而来的传统单模结构的微波反应器能够克服微波热脱附不均匀的难题，但微波催化氧化设备不同于普通家用微波炉的单模结构，为满足各种催化剂能快速升温的要求，往往需要更高功率的微波源，因此微波催化氧化设备往往是工业级的多模结构，而工业级的微波装置常使用多组微波发生单元来低成本地增大微波功率，但多组微波发生单元同时供能，必然存在微波发生单元、传输单元以及谐振腔的互相影响，导致微波热脱附效率低等问题。因此需要更为精细的设计，做好传输线与谐振腔的匹配，以提高微波热脱附的效率、均匀性和安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，旨在解决上述现有技术中微波发生单元、传输单元以及谐振腔互相影响导致微波热脱附效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，包括设置于支撑架上的圆柱体谐振腔和长方体谐振腔，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的底部设有用于容纳待热脱附有机污染物的托盘、顶部设有排气口以及内部贯穿与有机废气管连通的导气管，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内均设有微波-UV联用催化燃烧组件，用于辐射微波及紫外线，微波能够热脱附有机污染物、紫外线能够对有机废气进行消解；所述圆柱体谐振腔与长方体谐振腔之间通过均分支波导微波传输线相连，所述均分支波导微波传输线上设有用于向其内部辐射微波的微波发生单元，通过均分支波导微波传输线向圆柱体谐振腔与长方体谐振腔内辐射微波；所述长方体谐振腔的长、宽、高及圆柱体谐振腔的直径均为2.45GHz微波波长0.122m的整数倍。

优选的，所述微波-UV联用催化燃烧组件包括微波发生单元、紫外灯管、催化剂床层及测温组件，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内部的导气管中部均设有催化剂床层，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内的紫外灯管均为多个，多个紫外灯管垂直设置于催化剂床层的四周；所述微波发生单元为若干个，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁上均设有微波发生单元，分别用于向圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内辐射微波并能够调整入射角度；所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁上均设有测温组件，用于检测器圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的内腔温度。

优选的，所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上及顶壁上均设有微波发生单元，所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上设有两个微波发生单元、顶壁上设有一个微波发生单元，所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上设有用于与微波发生单元配合的环形轨道槽；所述长方体谐振腔的三个侧壁上均设有微波发生单元，所述均分支波导微波传输线设置于长方体谐振腔的第四个侧壁上，所述长方体谐振腔的三个侧壁上均设有用于与微波发生单元配合的田字形轨道槽，所述微波发生单元能够沿着田字形轨道槽上下左右滑动；所述环形轨道槽及田字形轨道槽内均设有移动板，所述移动板能够与微波发生单元的波导相连，用于向圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内辐射微波。

优选的，所述波导能够与圆柱体谐振腔及长方体谐振腔上的移动板相连，用于调整微波的入射位置；所述移动板由透波材质制作而成。

优选的，所述环形轨道槽及田字形轨道槽的边缘均设有刻度尺。

优选的，所述均分支波导微波传输线上设有两个微波发生单元；所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁分别设有与均分支波导微波传输线相匹配的滑槽，所述均分支波导微波传输线的两端能够沿着圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的高度升降。

优选的，所述导气管包括第一导气管和第二导气管，所述第一导气管设置于圆柱体谐振腔的中部，所述第一导气管的中部容纳催化剂床层，所述第一导气管的上端废气进口及底部的出气口均延伸至圆柱体谐振腔的外部；所述第二导气管为曲折状、且设置于长方体谐振腔的内部，所述第二导气管的上端废气进口及底部的出气口均延伸至长方体谐振腔的外部，所述第二导气管的中部为能够容纳催化剂床层的垂直段。

优选的，所述第二导气管上自上至下设有四个90°折弯，所述长方体谐振腔内的紫外灯管为四个，四个紫外灯管分别设置于第二导气管的中部垂直段的四周。

优选的，所述测温组件包括红外测温仪及多个热电偶，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的顶部及底部均设有热电偶；所述红外测温仪的探头延伸至圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内、且对应设置于催化剂床层的上方。

优选的，所述微波发生单元包括微波发生器和波导，所述圆柱体谐振腔、长方体谐振腔及均分支波导微波传输线上的波导均为矩形波导，所述矩形波导的横截面尺寸为：长95mm、宽55mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的内部贯穿与有机废气管连通的导气管或在底部放置容纳有机污染物的托盘，利用微波-UV联用催化燃烧组件辐射的微波及紫外线、以及圆柱体谐振腔与长方体谐振腔之间的均分支波导微波传输线改变微波入射条件，对有机污染物或有机废气进行热脱附并消解。利用本发明能择优对比谐振腔在几何构型上的差异对微波热脱附效果，以及在相同入射条件下圆柱体谐振腔和长方体谐振腔内微波能的利用率情况，通过对多个微波入射单元的位置条件进行细节可调，从而在实际运行时调整出微波传输线与谐振腔的最佳匹配点，能够提高微波热脱附的效率、均匀性和安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例中一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置的外形图；

图2是图1中微波热脱附有机污染物效果研究评价装置的主视图；

图3是图1中微波热脱附有机污染物效果研究评价装置的右视图；

图4是图1中微波热脱附有机污染物效果研究评价装置的俯视图；

图5是本发明实施例中微波热脱附有机污染物效果研究评价装置的内部结构示意图；

图中：00-微波发生单元，1-支撑架，2-圆柱体谐振腔，3-长方体谐振腔，4-托盘，5-均分支波导微波传输线，6-紫外灯管，7-田字形轨道槽，8-催化剂床层，9-第一导气管，10-第二导气管，11-热电偶，12-出气口，13-废气进口，14-排气口，15-盖板。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明实施例提供的一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置包括设置于支撑架1上的圆柱体谐振腔2和长方体谐振腔3，所述长方体谐振腔的长、宽、高及圆柱体谐振腔的直径均为2.45GHz微波波长0.122m的整数倍；所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的底部设有用于容纳待热脱附有机污染物的托盘4、顶部设有排气口14以及内部贯穿与有机废气管连通的导气管，所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内均设有微波-UV联用催化燃烧组件，用于辐射微波及紫外线，微波能够热脱附有机污染物产生废气，紫外线能够对有机废气进行消解；所述圆柱体谐振腔与长方体谐振腔之间通过均分支波导微波传输线5相连，所述均分支波导微波传输线5上设有用于向其内部辐射微波的微波发生单元00，通过均分支波导微波传输线5向圆柱体谐振腔2与长方体谐振腔3内辐射微波。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、5所示，所述微波-UV联用催化燃烧组件包括微波发生单元00、紫外灯管6、催化剂床层8及测温组件，所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内部的导气管中部均设有催化剂床层8，所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内的紫外灯管6均为多个，多个紫外灯管6垂直设置于催化剂床层8的四周；所述微波发生单元00为若干个，所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的侧壁上均设有位置可调的微波发生单元00，分别用于在不同入射位置向圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内辐射微波；所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的侧壁上均设有测温组件，用于检测器圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的内腔温度。利用微波能够迅速热脱附有机污染物或有机废气，以受污染土壤为例，微波热脱附作用可将受污染土壤颗粒中夹杂的有机物分子从土壤中脱附出来，同时紫外灯管产生的185nm的UV波具有较高的频率，能将空气中的氧气转化为具有强氧化性的臭氧，臭氧可以起到了对热脱附材料的氧化作用，同时对土壤热修复过程中产生的挥发性有机物也能对其进行氧化作用。采用微波-UV联用的方式， UV能量子可以将大部分的有机污染物消解为无毒无害小分子后排出，通过微波迅速热脱附土壤层，快速使有机物热脱附出土壤内部，进而被UV波消解，两者相互配合补足短板。另外，针对有机废气，通过催化剂床层内催化剂的催化作用为辅，可使整体装置的催化燃烧效果更为显著，对VOCs的处理效果也更好。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、4所示，所述圆柱体谐振腔2的圆柱面侧壁上及顶壁上均设有微波发生单元00，所述圆柱体谐振腔2的圆柱面侧壁上设有两个微波发生单元00、顶壁上设有一个微波发生单元00，所述圆柱体谐振腔2的圆柱面侧壁上设有用于与微波发生单元00配合的环形轨道槽（图中未画出）；所述长方体谐振腔3的三个侧壁上均设有微波发生单元00，所述均分支波导微波传输线5设置于长方体谐振腔3的第四个侧壁上，所述长方体谐振腔3的三个侧壁上均设有用于与微波发生单元00配合的田字形轨道槽7，所述微波发生单元00能够沿着田字形轨道槽7上下左右滑动；所述环形轨道槽及田字形轨道槽7内均设有移动板，所述移动板能够与微波发生单元00的波导相连，用于向圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内辐射微波。借助环形轨道槽及田字形轨道槽可实现微波发生单元00在圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3上的位置调整，从而确定最佳位置。

具体制作时，所述波导能够与圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3上的移动板相连，用于调整微波的入射位置；所述移动板由透波材质制作而成。微波发生单元的波导与圆柱体谐振腔及长方体谐振腔上轨道槽内的移动板均为可拆卸连接，根据试验需要装卸波导即可。另外，所述环形轨道槽及田字形轨道槽7的边缘均设有刻度尺，每间隔25mm为一个标尺点，借助刻度尺可精确波导在轨道槽内的移动量。具体操作过程如下：

装置在未通电时，挪动位于圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3表面上的微波发生单元，在移动板与轨道槽的接触下，控制微波入射波导在圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3周围沿着轨道槽边缘并按照一定的步长移动。移动板和微波发生单元可以从轨道槽上进行拆卸，也可将多个微波发生单元放置于同一侧，此时研究多个微波发生单元位于同一平面时的效果。具体移动板的移动位置要求依照具体实验条件以及前期仿真模拟结果条件控制。

在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，所述均分支波导微波传输线5上设有两个微波发生单元00；所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的侧壁分别设有与均分支波导微波传输线5相匹配的滑槽，所述均分支波导微波传输线5的两端能够沿着圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的高度升降。

作为一种优选方案，如图5所示，所述导气管包括第一导气管9和第二导气管10，所述第一导气管9设置于圆柱体谐振腔2的中部，所述第一导气管9的中部容纳催化剂床层8，所述第一导气管9的上端废气进口13及底部的出气口12均延伸至圆柱体谐振腔2的外部；所述第二导气管10为曲折状、且设置于长方体谐振腔3的内部，所述第二导气管10的上端废气进口13及底部的出气口12均延伸至长方体谐振腔3的外部，所述第二导气管10的中部为能够容纳催化剂床层8的垂直段。其中，所述第二导气管10上自上至下设有四个90°折弯，所述长方体谐振腔3内的紫外灯管6为四个，四个紫外灯管6分别设置于第二导气管10的中部垂直段的四周。其中，催化剂床层由催化剂及其下方的石英棉组成，污染的有机废气从导气管顶部进入、底部排出，石英棉能够对催化剂起到隔挡作用，避免随气流排出造成损失。利用微波对催化剂热脱附强化，使其快速达到活性温度，发挥催化氧化作用来处理有机废气。

在本发明的一个具体实施例中，如图4、5所示，所述测温组件包括红外测温仪（图中未画出）及多个热电偶11，所述圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3的顶部及底部均设有热电偶11；所述红外测温仪的探头延伸至圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3内、且对应设置于催化剂床层8的上方。利用红外测温仪来测量催化剂床层内的温度，同时借助顶部及底部的热电偶用于测量导气管内的废气进口温度及出口温度。

具体设计时，所述微波发生单元00包括微波发生器和波导，所述圆柱体谐振腔2、长方体谐振腔3及均分支波导微波传输线5上的波导均为矩形波导，所述矩形波导的横截面尺寸为：长95mm、宽55mm。根据微波波导理论在TE10模式下计算截止频率为1.5779GHz。具体计算过程如下：

该矩形波导只能传输（横电波）TE与（横磁波）TM，波导的尺寸决定了麦克斯韦方程计算中产生的多个特征值中的唯一特解，即波导尺寸设计。本发明实施例中选择模数为TE10。为了验证微波能否在该波导中顺利传播，需通过公式（1）计算其波导截止频率为1.5779GHz，若微波功率大于该截止频率，则认为该波导能正常传播，倘若入射波导的电磁波频率小于波导的截止频率，沿轴向的传播常数就是虚数，这意味着波的振幅沿着轴向成指数式衰减，无法沿着波导传播。

（1）

式中：m、n对应模数中的1和0，m对应矩形波导中的宽边而n对应矩形波导中的窄边。a对应波导的长边，b对应波导的高。

是微波截止频率，单位Hz，

是截止波长，单位m，是材料磁导率，单位H/m，

是材料介电常数，单位F/m。

在长方体谐振腔表面设置了田字型的波导轨道槽，在圆柱体谐振腔外侧设置了环形波导轨道槽，轨道槽内放置了移动板（采用透波材料制作），微波入射端口与移动板滑动配合。因此，通过挪动调节磁控管和波导即可控制微波发生单元所处的不同位置，改变了不同的微波入射条件。不同入射位置产生多种变化情况可经过排列组合，研究多种不同的微波入射条件下，微波对媒质的热脱附效果，以及微波对UV灯管的激发效果，微波对材料的热脱附过程是麦克斯韦方程组与传热方程组的多物理场耦合的结果，材料的电磁场计算可由下述波动方程给出该波导方程为麦克斯韦方程组推导得出：

（2）

式中：μ，

和σ分别为媒质的磁导率、随温度T变化的复相对介电常数、电导率；k₀为自由空间波数; ω和E分别表示角频率和电场强度；传热场计算可由下述偏微分方程模型给出：

（3）

式中：

为物料密度，

为物料恒压热容，k为传热系数，Q为获得的热量。

事实上，微波热脱附材料的过程涉及了电磁与传热物理场的双向耦合过程，热脱附材料随着温度的升高，其介电特性会发生改变。麦克斯韦的计算，材料传热方程得到解集后进行计算，得出新一轮的解集，该新的解集会被导入到麦克斯韦方程中进行从新计算，如此往复循环，两个方程双向耦合，揭示了微波热脱附材料的过程。

实际微辐射入圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的微波情况，实验结果与计算机仿真结果相结合，探讨热脱附媒质对微波的最佳利用率以及表现的最佳热脱附效果的情况。更重要的，本发明设计了圆柱体微波谐振腔与长方体谐振腔的对比热脱附，两部分可以同时使用也可单独使用研究。长方体谐振腔在前后侧面以及右侧三面分别设计了田字型轨道槽，而圆柱体谐振腔在表面以及顶部分别设计了环形和C型轨道槽，环形轨道槽的移动板置于轨道槽内部，顶部C型轨道槽控制了微波从顶部辐射的入射条件，波导端口与移动板连接。同时，该装置的中央还设计了均分支波导微波传输线作为共用波导槽，作为圆柱体和长方体谐振腔的共用微波入射源，该部分为一个装配整体，多个微波发生单元置于均分支波导传输线的一侧、且位置正好位于两谐振腔的中央，多个微波正常辐射后，沿均分支波导传输线传播，到分叉口出能保持均匀的、同时的反射传播到在两个谐振腔内，此时关闭两个谐振腔周围的其他微波发生单元的电源，只使用中央均分支波导传输线的微波发生单元，此时研究同时同样的入射条件下，微波在圆柱体或长方体谐振腔内的辐射情况，以及微波对两个谐振腔内部的相同热脱附媒质的热脱附效果情况。该中央均分支波导微波传输线可在中央位置上下进行小范围的移动，可以改变微波在两谐振腔内的高度入射条件。在两谐振腔内设置同样的设置了相同的催化剂床层以及连通有机废气管的导气管，研究在不同入射情况条件下微波强化催化氧化处理挥发性有机物（VOCs）等废气的最佳工况条件以及评价在微波对催化剂的热脱附强化作用下催化剂对有机废气的处理效果。两谐振腔顶部设计的盖板15为可拆开方式，可从顶部置入受有机污染物污染的土壤或者其他的极性材料，两谐振腔底部设计在装配架内，可从底部打开，用于倒出处理好的土壤等热脱附媒质。该装置可应用于污染土壤修复评价，也可用于有机废气催化氧化，都利用到了微波对材料的热效应，微波能选择性的对材料进行热脱附，这些材料大多为有较强的介电损耗，公式（4）直观的反应了微波与热脱附材料的介电损耗的相关性。

（4）

式中：

为微波频率，单位为HZ；

为真空介电常数，数值为8.85×10^-12Fm^-1；

为物料的介电损耗。

微波的迅速热脱附作用可将受污染土壤颗粒中夹杂的有机物分子从土壤中脱附出来，但是微波的能量子并不足以将挥发出来的有机物彻底消解处治，因此采用微波-UV联用的方式，UV波具有较高的频率，UV能量子可以将大部分的有机污染物消解为无毒无害小分子后排出，但是UV波的波长极短，不能穿透土层，因此微波的迅速热脱附土壤层，快速使有机物热脱附出土壤内部，进而被UV波消解，两者相互配合补足短板。更重要的，UV波的激发装置常采用紫外灯管，但是传统有极紫外灯管启动慢，反应慢，产UV而且需要单独添加灯管电极供电，加大了设备的制作成本。微波的能量子不能使有机物间的共价键断裂但可以使紫外灯管内的Hg-Ar蒸汽发生电离，在电离过程中会迅速产生UV波，这便是无极紫外灯管的工作原理，其启动迅速，反应迅速，且灯管可简易放置。因此在两谐振腔内各放置了四根无极紫外灯管，作为挥发性有机污染物的后处理方法，消解后从排气口排出。因此，本发明提供的装置可作为不同入射条件下微波强化催化氧化处理VOCs的评价装置，也可作为不同入射条件下有机污染土壤的修复评价装置，在整个过程中圆柱形与箱式谐振腔内互相作为对照研究。实际运用中，寻找的最佳入射效果，同计算机仿真模拟结果相互论证相互结合得出的最佳入射效果，用于从微波入射条件以及谐振腔构型上探讨研究微波热脱附不均，产生不同热极点，微波热脱附能量利用率低等问题。

本发明的具体实施过程如下：将需要微波催化氧化处理的有机废气从导气管顶部废气进口通入，进入圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3后受到微波的热脱附作用以及185nm紫外线的消解作用，进入催化剂床层与负载型催化剂接触进行催化氧化，负载型催化剂的载体常常使用具有高介电特性的材料，受微波热脱附作用效果显著，催化剂在微波热脱附强化作用下快速升温达到活性温度，对接触的的气体从装置底部排出。该装置能够研究不同微波入射条件下微波对催化剂的热脱附强化效果以及在微波、UV联用的条件下催化剂对有机废气的催化氧化效果。

在改变微波不同入射条件情况下针对受有机污染物污染的土壤的热修复处理效果或对极性媒质材料的热脱附效果时，将待热脱附媒质放置在托盘4上，同时打开两各谐振腔顶部的盖板15，将热脱附材料或受污染的土壤放入谐振腔内。制作时，底端托盘可打开，方便将热脱附后的材料或土壤倒出；并在两个谐振腔顶设计了排气口14来缓解内部气体压力，微波热脱附有机物后再经UV波消解作用后排出腔体，顶部的热电偶11能够检测表层土壤以及垂直方向上土壤层的温度，底部热电偶11测量深层土壤温度情况，红外测温仪能够监控整体土壤层温度或者热脱附媒质的整体温度分布情况。

另外，均分支波导微波传输线5用于对比研究圆柱体谐振腔与长方体谐振腔的微波热脱附效果评价，此时关闭两个谐振腔其他表面上的微波发生单元，只开启位于均分支波导尾端的激励源微波发生器，此时产生的微波在均分支波导内能均匀发散，沿着波导壁的方向较为平均的向圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内传播，此时两个谐振腔内有着相同的微波入射条件，热脱附相同的极性媒质或者土壤废气时，多个热脱附研究结果的效果情况，能作为圆柱体谐振腔与长方体谐振腔的差别优劣的评价条件。

本发明的工作原理如下：基于催化燃烧技术，利用了微波选择性、穿透性和即时性的热脱附优势，将微波能直接作用于有机物污染物，使大分子有机污染物分子键断裂，转化成小分子物质，更能够被燃烧处理。同时，无极紫外灯管通过微波电磁辐射的形式激发产生，启动和关闭迅速，能迅速散发紫外光消解的VOCs，在UV光和微波能的作用下更能加强对VOCs的消解效果，再以催化剂的催化作用为辅，整体装置的催化燃烧效果更为显著，对VOCs的处理效果也更好，无极紫外灯管产生的185nm的UV波能将空气中的氧气转化为具有强氧化性的臭氧，臭氧可以起到了对热脱附材料的氧化作用，同时对土壤热修复过程中产生的挥发性有机物也能对其进行氧化作用。

本发明能够通过改变微波入射条件，来研究不同微波入射条件对微波热脱附结果有什么影响。不同的入射条件是通过挪动（拆卸装填）圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3表面上的轨道槽内移动板（改变微波发生单元的位置）或方式实现，设定一定的移动步长方法控制研究条件。得出的实验结果与计算机仿真模拟结果相结合，可研究在该谐振腔几何构型下的最佳入射条件。

其中，圆柱体谐振腔2及长方体谐振腔3能同时使用，也可单独使用，通过改变不同的微波入射条件，两者相互对照。圆柱体谐振腔在实际生产应用中使用较少，因此该设备能从微波入射条件基础上研究，长方体谐振腔与圆柱体谐振腔在几何构型上的差异会对微波热脱附结果有何影响。同时，利用均分支波导微波传输线，在其一侧尾端处放置两个入射条件对称分布的微波发生单元，使得在均分支波导微波传输线中传播的微波能够恰好同时反射分散到两个谐振腔内，此时关闭其他激励源，研究相同入射条件下圆柱形和箱式谐振腔的微波能的利用率情况，均分支波导可上下移动改变高度的入射条件。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：包括设置于支撑架上的圆柱体谐振腔和长方体谐振腔，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的底部设有用于容纳待热脱附有机污染物的托盘、顶部设有排气口以及内部贯穿与有机废气管连通的导气管，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内均设有微波-UV联用催化燃烧组件，用于辐射微波及紫外线，微波能够热脱附有机污染物、紫外线能够对有机废气进行消解；所述圆柱体谐振腔与长方体谐振腔之间通过均分支波导微波传输线相连，所述均分支波导微波传输线上设有用于向其内部辐射微波的微波发生单元，通过均分支波导微波传输线向圆柱体谐振腔与长方体谐振腔内辐射均衡的微波；所述长方体谐振腔的长、宽、高及圆柱体谐振腔的直径均为2.45GHz微波波长0.122m的整数倍。

2.根据权利要求1所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述微波-UV联用催化燃烧组件包括微波发生单元、紫外灯管、催化剂床层及测温组件，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内部的导气管中部均设有催化剂床层，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内的紫外灯管均为多个，多个紫外灯管垂直设置于催化剂床层的四周；所述微波发生单元为若干个，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁上均设有微波发生单元，分别用于向圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内辐射微波并能够调整入射角度；所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁上均设有测温组件，用于检测器圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的内腔温度。

3.根据权利要求2所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上及顶壁上均设有微波发生单元，所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上设有两个微波发生单元、顶壁上设有一个微波发生单元，所述圆柱体谐振腔的圆柱面侧壁上设有用于与微波发生单元配合的环形轨道槽；所述长方体谐振腔的三个侧壁上均设有微波发生单元，所述均分支波导微波传输线设置于长方体谐振腔的第四个侧壁上，所述长方体谐振腔的三个侧壁上均设有用于与微波发生单元配合的田字形轨道槽，所述微波发生单元能够沿着田字形轨道槽上下左右滑动；所述环形轨道槽及田字形轨道槽内均设有移动板，所述移动板能够与微波发生单元的波导相连，能使微波发生单元移动可调，用于向圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内辐射微波。

4.根据权利要求3所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述波导能够与圆柱体谐振腔及长方体谐振腔上的移动板相连，用于调整微波的入射位置；所述移动板由透波材质制作而成。

5.根据权利要求3所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述环形轨道槽及田字形轨道槽的边缘均设有刻度尺。

6.根据权利要求1所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述均分支波导微波传输线上设有两个微波发生单元；所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的侧壁分别设有与均分支波导微波传输线相匹配的滑槽，所述均分支波导微波传输线的两端能够沿着圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的高度升降。

7.根据权利要求2所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述导气管包括第一导气管和第二导气管，所述第一导气管设置于圆柱体谐振腔的中部，所述第一导气管的中部容纳催化剂床层，所述第一导气管的上端废气进口及底部的出气口均延伸至圆柱体谐振腔的外部；所述第二导气管为曲折状、且设置于长方体谐振腔的内部，所述第二导气管的上端废气进口及底部的出气口均延伸至长方体谐振腔的外部，所述第二导气管的中部为能够容纳催化剂床层的垂直段。

8.根据权利要求7所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述第二导气管上自上至下设有四个90°折弯，所述长方体谐振腔内的紫外灯管为四个，四个紫外灯管分别设置于第二导气管的中部垂直段的四周。

9.根据权利要求2所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述测温组件包括红外测温仪及多个热电偶，所述圆柱体谐振腔及长方体谐振腔的顶部及底部均设有热电偶；所述红外测温仪的探头延伸至圆柱体谐振腔及长方体谐振腔内、且对应设置于催化剂床层的上方。

10.根据权利要求2所述的微波热脱附有机污染物效果研究评价装置，其特征在于：所述微波发生单元包括微波发生器和波导，所述圆柱体谐振腔、长方体谐振腔及均分支波导微波传输线上的波导均为矩形波导，所述矩形波导的横截面尺寸为：长95mm、宽55mm。

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