CN204672112U - 采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，该装置包括反应器，该反应器具有进气口、出气口和截面为矩形的筒体，所述筒体内沿气体流动方向内置有高效过滤器和复合催化剂结构，所述高效过滤器和复合催化剂结构均沿筒体径向设置，所述的复合催化剂结构由光催化剂层和臭氧催化剂层复合形成，筒体在位于高效过滤器和复合催化剂结构之间的内腔区域形成光催化室，光催化室内沿筒体径向设置有紫外灯，所述的出气口与引风机相连通，该装置利用紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用来净化废气。
Description
技术领域
本实用新型属于有机废气、恶臭，SO2和NOX处理设备，具体是指采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置。
背景技术
随着工业快速发展，资源能源不断消耗，大气环境问题日益突出。过往人们熟知的是二氧化硫、氮氧化物，挥发性有机物(VOC)是一种过去被忽视的重要污染物。挥发性有机物虽然不直接形成PM2.5，但是通过光化学反应会形成PM2.5，是雾霾形成的重要前驱体之一，种类复杂，涉及行业众多，也广泛存在于室内人居环境和人类活动过程。
目前，VOCs治理已经引起重视并被提上日程，受到政府和人们的广泛关注，研究开发适应范围广、高效稳定的治理技术迫在眉睫。虽然国家重视对工业SO2和NOX治理，但对部分场所一直被忽视从而影响人类健康。地下停车场、公路地下隧道等也持续地向周围环境释放含SO2、NOx的燃烧废气，危害周围的环境以及人类的健康。大气环境的污染也波及人们日常生存的室内环境。室内环境与人类生活起居息息相关，人们对室内空气品质的要求也越来越高，因此，空气中SO2、NOx的污染治理受到越来越多的关注。
此外，近年来，随着生产的发展，我国城市臭气污染越来越严重，已在全球范围内受到各国广泛的重视，被许多国家认为是仅次于噪声的六大公害之一。由于人们对生活环境质量的要求越来越高，但恶臭物质一般阈值较低。因此，恶臭的防治便提到日程上来了。
当前全国各地正在不断加紧制定废气排放行业标准，为适应更加严格节能环保要求，近年来国内研究开发出一些新型环保治理技术，但仍然存在许多缺陷。
中国实用新型专利CN202983486U公开了一种处理复杂工业有机废气的一体化净化设备，其中反应箱体内依次设置有静电除尘器、光催化反应装置、臭氧发生器和吸附床层，这种处理复杂工业有机废气的一体化净化设备，需要安装臭氧发生器，吸附层仅具有吸附富集臭氧作用，吸附饱和后存在残余臭氧二次污染，潜在风险高，并且臭氧氧化作用单一有限并未高效利用，同时吸附层还需要定期更换。
中国发明专利CNIO3585865A公开了一种光氧净化废气处理装置，包括用于过滤颗粒物质的过滤装置微波发生器、活性氧紫外线灯杀菌紫外线灯和具有光触媒覆层的多个基质，其中活性氧紫外线灯是发射185纳米波长紫外光的紫外线灯，存在残余臭氧和中间副产物等二次污染和臭氧资源未被高效利用的缺陷。
中国发明专利CN1951544A公开了一种利用光化学降解有机物气体的方法和装置，单独利用臭氧、紫外线或臭氧加紫外线氧化有机物气体的方法，同样存在氧化不彻底形成中间产物二次污染物等缺陷，同时臭氧浓度控制不当存在残余臭氧的风险。
中国发明专利CN102247750公开了一种液相臭氧催化氧化法对烟气同时脱硫脱硝的装置和方法，该装置中配置有臭氧发生器，能耗高、结构复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，通过紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用来净化废气。
本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现的：采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：该装置包括反应器，该反应器具有进气口、出气口和截面为矩形的筒体，所述筒体内沿气体流动方向内置有高效过滤器和复合催化剂结构，所述高效过滤器和复合催化剂结构均沿筒体径向设置，所述的复合催化剂结构由光催化剂层和臭氧催化剂层复合形成，筒体在位于高效过滤器和复合催化剂结构之间的内腔区域形成光催化室，光催化室内沿筒体径向设置有紫外灯，所述的出气口与引风机相连通，该装置利用紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用来净化废气。
本实用新型的废气处理装置设置有由光催化剂层和臭氧催化剂层复合形成的复合催化剂结构以及紫外灯，利用外光催化氧化和臭氧催化氧化的交替协同作用来高效净化废气，在光催化室中，紫外灯发出的高能紫外光直接裂解污染物，同时产生强氧化性自由基和臭氧物质进一步氧化污染物；残余污染物和臭氧进入中，通过紫外光催化氧化和臭氧催化氧化协同作用进一步净化污染物，同时完全利用和消除残余臭氧。
该废气处理装置利用紫外光催化氧化和臭氧催化氧化交替协同作用来高效净化废气，解决了传统废气治理成本、能耗高，降解不彻底，存在二次污染等问题，充分利用臭氧催化氧化的高效矿化作用，避免臭氧资源的浪费，具有结构简单、高效稳定、能耗低、无二次污染、净化能力具有可调节性等优点，可广泛应用于工业有机废气和恶臭的净化，同时也可以也可用于室内空气净化领域。
本实用新型的废气处理装置联合利用紫外光催化降解污染物和臭氧的催化氧化活性的多重效应，高效利用真空紫外灯的光降解、光催化，自由基氧化、臭氧氧化、臭氧催化氧化的协同作用，尤其是臭氧催化氧化的高效矿化作用，充分利用臭氧，避免资源浪费。本实用新型中，所述的复合催化剂结构包括一个末端复合催化剂单元，所述的末端复合催化剂单元为一层光催化剂层和一层臭氧催化剂层复合形成的双层催化剂层，该末端复合催化剂单元位于筒体靠近出气口的尾端，所述的高效过滤器位于筒体靠近进气口的首端，筒体在位于所述高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域所形成的光催化室为一个。
本实用新型中，所述末端复合催化剂单元中的臭氧催化剂层为厚层臭氧催化剂层。
本实用新型可以做如下改进：所述的复合催化剂结构还包括至少一个中段复合催化剂单元，中段复合催化剂单元位于所述高效过滤器与末端复合催化剂单元之间，将筒体在位于高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域分隔成至少两个光催化室，每个光催化室内沿筒体径向均设置有紫外灯，所述的中段复合催化剂单元沿筒体径向设置，所述的中段复合催化剂单元为两层光催化剂层和一层臭氧催化剂层复合而成，其中一层臭氧催化剂层位于中间，两层光催化剂层位于两侧，由此复合形成的中段复合催化剂单元为夹心式三层催化剂层。
本实用新型中的中段复合催化剂单元为夹心式三层催化剂层，两侧的光催化剂层能够充分利用紫外光实现光催化氧化，中间的臭氧催化剂层能够消除并利用臭氧，通过臭氧催化氧化作用进一步分解废气。
本实用新型中，所述的中段复合催化剂单元为两个，将筒体在位于高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域分隔成三个光催化室。
本实用新型中，所述的中段复合催化剂单元中的臭氧催化剂层为薄层臭氧催化剂层。
本实用新型中，所述的紫外灯为真空紫外灯或者微波无极紫外灯，波长为185nm，安装方向与废气流向垂直，根据废气种类、浓度和流量可适当增减紫外灯组数量。
本实用新型中，所述光催化剂层中的光催化剂为TiO2，形状为蜂窝状或由颗粒状催化剂填充或负载于不锈钢、铝网中制成；所述臭氧催化剂层为在分子筛、SiO2或活性氧化铝载体上负载有Mn、Ni、Co、Cu单一或复合过渡金属氧化物的催化剂层，形状为蜂窝状或由颗粒状催化剂填充于不锈钢网中制成。
本实用新型中，所述废气包含有机废气、恶臭气体、SO2、氮氧化物或者有机废气、恶臭、SO2、氮氧化物的混合气体。
本实用新型中，当污染物浓度较低时，可以关闭部分真空紫外灯，或采用臭氧催化剂单层结构；当污染物浓度较高时，可以添加真空紫外光催化模块和夹心式复合催化剂层数量，还可以添加臭氧发生器，产生的臭氧与废气混合后进入反应箱体。
所述的废气进入真空紫外光催化室经过气相光降解、自由基和臭氧氧化后，残余污染物和臭氧进入夹心式复合催化剂层，通过光催化氧化-臭氧催化氧化-光催化氧化交替式协同作用进一步净化。
当该废气处理装置只有一个光催化室时，复合催化剂结构仅包含一个末端复合催化剂单元，按照气体流向为光催化剂层和一层臭氧催化剂层，当该废气处理装置有两个或两个以上光催化室时，复合催化剂结构除了包含一个末端复合催化剂单元，还包含至少一个中段复合催化剂单元，因此能够利用真空紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的交替协同作用来高效净化废气，真空紫外灯发出的高能紫外光直接裂解污染物，同时产生强氧化性自由基和臭氧物质进一步氧化污染物；残余污染物和臭氧进入夹心式复合催化剂层，通过光催化氧化-臭氧催化氧化-光催化氧化交替式协同作用进一步净化污染物，同时完全利用和消除残余臭氧。
所述的真空紫外光催化室可以单室、二室或多室，根据废气种类、浓度和流量大小适当增减真空紫外光催化室及夹心式复合催化剂层；
与现有技术相比，本实用新型具有如下显著效果：
(1)本实用新型提出的废气处理装置，解决了传统光降解和光催化治理废气中降解效率低、不彻底容易产生中间产物二次污染和残余臭氧潜在风险等问题，同时避免臭氧资源的浪费；
(2)本实用新型采用利用真空紫外光催化降解污染物和臭氧的催化氧化活性的多重效应，高效利用真空紫外灯的光降解、光催化，自由基和臭氧氧化、臭氧催化氧化的协同作用，矿化率高、降解彻底、高效稳定。
(3)本实用新型中的废气处理装置根据废气污染物种类、浓度高低和风量大小，操作简单，运行能力具有可调节性，可广泛应用于复杂工业有机废气、恶臭和室内空气的治理。
附图说明
下面结合附图和具体实例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型废气处理装置实施例一的整体结构示意图；
图2是本实用新型废气处理装置实施例二的整体结构示意图；
图3是本实用新型废气处理装置实施例三的整体结构示意图。
附图标记说明
1、反应器； 11、进气口； 12、出气口； 13、筒体； 2、高效过滤器；
3、光催化室； 4、紫外灯； 5、引风机； 6、光催化剂层；
7、厚层臭氧催化剂层； 8、薄层臭氧催化剂层； 9、出气管；
101、末端复合催化剂单元； 102、中段复合催化剂单元
具体实施方式
实施例1
本实用新型采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置的实施例一如图1所示，该装置包括反应器1，该反应器1具有进气口11、出气口12和截面为长方形的筒体13，筒体13内沿气体流动方向内置有高效过滤器2和复合催化剂结构，气体流动方向也就为筒体13的轴向，高效过滤器2和复合催化剂结构均沿筒体13径向设置，复合催化剂结构由光催化剂层6和臭氧催化剂层复合形成，筒体13在位于高效过滤器2和复合催化剂结构之间的内腔区域形成光催化室3，光催化室3内沿筒体13径向设置有紫外灯4，紫外灯4选用波长为185nm的真空紫外灯，也可以选用波长为185nm的微波无极紫外灯，出气口12与引风机5相连通，引风机5还连通有出气管9，引风机5风量可调节，调节范围为800-1000m3/h。该装置利用紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用来净化废气。
本实施例中，复合催化剂结构包括一个末端复合催化剂单元101，末端复合催化剂单元101为一层光催化剂层6和一层臭氧催化剂层复合形成的双层催化剂层，该一层臭氧催化剂层为厚层臭氧催化剂层7，该末端复合催化剂单元101位于筒体13靠近出气口12的尾端，高效过滤器2位于筒体13靠近进气口11的首端，筒体13在位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间的内腔区域所形成的光催化室3为一个。
本实施例中，光催化剂层6中的光催化剂为TiO2，形状为蜂窝状；臭氧催化剂层为MnO2/ZSM-5，形状为蜂窝状。
作为本实施例的变换，筒体13也可以选用截面为正方形的结构，筒体13除了选用矩形筒体，也可以选择截面为圆形的圆筒形筒体。
作为本实施例的变换，光催化剂层可以选用纯TiO2或在分子筛、二氧化硅或活性氧化铝载体上负载有TiO2催化剂，光催化剂层的形状为蜂窝状或由颗粒状催化剂填充或负载于不锈钢、铝网中制成，臭氧催化剂层可以选用为在分子筛、SiO2或活性氧化铝载体上负载有Mn、Ni、Co、Cu单一或复合过渡金属氧化物的催化剂，光催化剂层的形状为蜂窝状或由颗粒状催化剂填充于不锈钢网中制成。
本实施例的废气处理装置可以处理的废气包含有机废气、恶臭气体、SO2、氮氧化物或者有机废气、恶臭、SO2、氮氧化物的混合气体。
采用本实施例的装置进行真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理方法，该方法包括如下步骤：
(1)废气经过高效过滤器2去除颗粒物杂质后进入真空紫外光催化室3中；
(2)在真空紫外光催化室3中废气发生气相反应，气相反应中紫外灯4发出的高能紫外光直接裂解污染物，同时产生强氧化性自由基和臭氧物质进一步氧化污染物；
(3)经过步骤(2)处理后得到的残余污染物和臭氧进入光催化剂层6和臭氧催化剂层复合形成的复合催化剂结构，通过紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用进一步净化残余污染物，同时完全利用和消除臭氧。
实施例2
本实用新型采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置的实施例二如图2所示，和实施例一不同的是，复合催化剂结构还包括一个中段复合催化剂单元102，该一个中段复合催化剂单元102位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间，将筒体13在位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间的内腔区域分隔成两个光催化室3，每个光催化室3内沿筒体13径向均设置有紫外灯4，紫外灯4选用波长为185nm的真空紫外灯，中段复合催化剂单元102沿筒体13径向设置，中段复合催化剂单元102为两层光催化剂层6和一层臭氧催化剂层复合而成，其中一层臭氧催化剂层位于中间，两层光催化剂层6位于两侧，由此复合形成的中段复合催化剂单元102为夹心式三层催化剂层。
中段复合催化剂单元102中的臭氧催化剂层为薄层臭氧催化剂层8。中段复合催化剂单元102中的光催化剂层与末端复合催化剂单元101中的光催化剂层完全相同，薄层臭氧催化剂层8和厚层臭氧催化剂层7的材质和结构也相同，只是厚层臭氧催化剂层7的厚度是薄层臭氧催化剂层8的1.5倍。
本申请中的薄层臭氧催化剂层8和厚层臭氧催化剂层7中的厚薄是相对的概念，是相对而言，并不过分强调，根据具体废气浓度流量而定，而薄层臭氧催化剂层8和厚层臭氧催化剂层7的具体厚度也是根据具体废气浓度流量的具体情况来调整。
作为本实施例的变换，复合催化剂结构中的中段复合催化剂单元102为至少一个，多个中段复合催化剂单元102均位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间，将筒体13在位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间的内腔区域分隔成至少两个光催化室3。
本实施例中，紫外灯4选用为波长为185nm的真空紫外灯组，数量三支，光催化剂层6为TiO2催化剂，臭氧催化剂层为MnO2/ZSM-5，引风机风量可调节，调节范围为800-1000m3/h。
本实施例的废气处理装置利用真空紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的交替协同作用来高效净化废气，废气经过高效过滤器去除颗粒物杂质后进入内置真空紫外灯的真空紫外光催化室中，真空紫外灯发出的高能紫外光直接裂解污染物，同时产生强氧化性自由基和臭氧物质进一步氧化污染物；残余的污染物和臭氧进入夹心式三层催化剂层，该夹心式三层催化剂层中，两侧的光催化剂层能够充分利用紫外光实现光催化氧化，中间的臭氧催化剂层能够消除并利用臭氧，通过臭氧催化氧化作用进一步分解废气，通过光催化氧化-臭氧催化氧化-光催化氧化的交替式协同作用进一步净化污染物，同时完全利用和消除残余臭氧，达到处理废气的目的同时又能够充分利用资源，符合环保要求。
本实施例的废气处理装置联合利用真空紫外光催化降解污染物和臭氧的催化氧化活性的多重效应，高效利用真空紫外灯的光降解、光催化，自由基氧化、臭氧氧化、臭氧催化氧化的协同作用，尤其是臭氧催化氧化的高效矿化作用，充分利用臭氧，避免资源浪费。
采用本实施例的装置进行真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理方法，该方法包括如下步骤：
(1)废气经过高效过滤器2去除颗粒物杂质后进入真空紫外光催化室3中；
(2)在真空紫外光催化室3中废气发生气相反应，气相反应中紫外灯4发出的高能紫外光直接裂解污染物，同时产生强氧化性自由基和臭氧物质进一步氧化污染物；
(3)经过步骤(2)处理后得到的残余污染物和臭氧进入光催化剂层6和臭氧催化剂层复合形成的复合催化剂结构，通过紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用进一步净化残余污染物，同时完全利用和消除臭氧。
采用本实施例的废气处理装置对下述两种废气进行处理。
实例1
废气参数：流量800-1000m3/h，污染物质组分苯及苯系物，浓度30-50ppm，相对湿度为50％，温度25-35℃。
废气处理装置运行时，通过控制电控箱开启风机和真空紫外灯，有机废气经过高效过滤层去除颗粒物等杂质后，进入真空紫外光催化室，气相反应中苯及苯系物部分被完全降解为CO2和水，并形成臭氧，未被降解的苯及苯系物和臭氧经过光催化剂-臭氧催化剂-光催化剂层时，被光催化氧化、臭氧催化氧化等协同作用，进一步被氧化成CO2和水，最终再次通过臭氧催化剂层，进一步完全臭氧催化氧化剩余有机污染物和催化分解残余臭氧，有机废气得以净化后通过出气口排放大气环境中。运行过程，净化效果稳定、净化效率高达100％。
实例2
废气参数：流量800-1000m3/h，污染物质组分H2S、甲硫醇，浓度100-150ppm，相对湿度为50％，温度25-35℃。
废气处理装置运行时，通过控制电控箱开启风机和真空紫外灯，恶臭气体经过高效过滤层去除颗粒物等杂质后，进入真空紫外光催化室，气相反应中光解氧和水蒸气时形成自由基和臭氧和真空紫外光直接裂解氧化恶臭物质分子链，改变物质结构，将高分子污染物质裂解、氧化为低分子无害物质，剩余恶臭气体和臭氧经过光催化剂-臭氧催化剂-光催化剂层时，被光催化氧化、臭氧催化氧化、自由基氧化等协同作用，进一步被氧化，最终通过臭氧催化剂层，进一步完全臭氧催化氧化剩余恶臭气体和催化分解残余臭氧，恶臭气体得以净化后通过出气口排放大气环境中。运行过程，脱臭效率高达99％。
实施例3
本实用新型采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置的实施例三如图3所示，和实施例二不同的是，中段复合催化剂单元102为两个，将筒体13在位于高效过滤器2与末端复合催化剂单元101之间的内腔区域分隔成三个光催化室3。
本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：该装置包括反应器，该反应器具有进气口、出气口和截面为矩形的筒体，所述筒体内沿气体流动方向内置有高效过滤器和复合催化剂结构，所述高效过滤器和复合催化剂结构均沿筒体径向设置，所述的复合催化剂结构由光催化剂层和臭氧催化剂层复合形成，筒体在位于高效过滤器和复合催化剂结构之间的内腔区域形成光催化室，光催化室内沿筒体径向设置有紫外灯，所述的出气口与引风机相连通，该装置利用紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的协同作用来净化废气。
2.根据权利要求1所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述的复合催化剂结构包括一个末端复合催化剂单元，所述的末端复合催化剂单元为一层光催化剂层和一层臭氧催化剂层复合形成的双层催化剂层，该末端复合催化剂单元位于筒体靠近出气口的尾端，所述的高效过滤器位于筒体靠近进气口的首端，筒体在位于所述高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域所形成的光催化室为一个。
3.根据权利要求2所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述末端复合催化剂单元中的臭氧催化剂层为厚层臭氧催化剂层。
4.根据权利要求2所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述的复合催化剂结构还包括至少一个中段复合催化剂单元，中段复合催化剂单元位于所述高效过滤器与末端复合催化剂单元之间，将筒体在位于高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域分隔成至少两个光催化室，每个光催化室内沿筒体径向均设置有紫外灯，所述的中段复合催化剂单元沿筒体径向设置，所述的中段复合催化剂单元为两层光催化剂层和一层臭氧催化剂层复合而成，其中一层臭氧催化剂层位于中间，两层光催化剂层位于两侧，由此复合形成的中段复合催化剂单元为夹心式三层催化剂层。
5.根据权利要求4所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理 装置，其特征在于：所述的中段复合催化剂单元为两个，将筒体在位于高效过滤器与末端复合催化剂单元之间的内腔区域分隔成三个光催化室。
6.根据权利要求4所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述的中段复合催化剂单元中的臭氧催化剂层为薄层臭氧催化剂层。
7.根据权利要求1至6任一项所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述的紫外灯波长为185nm。
8.根据权利要求1至6任一项所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述光催化剂层中的光催化剂为TiO2。
9.根据权利要求1至6任一项所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述臭氧催化剂层为在分子筛、SiO2或活性氧化铝载体上负载有Mn、Ni、Co、Cu单一或复合过渡金属氧化物的催化剂层。
10.根据权利要求1至6任一项所述的采用真空紫外光催化协同臭氧催化氧化的废气处理装置，其特征在于：所述废气包含有机废气、恶臭气体、SO2、氮氧化物或者有机废气、恶臭、SO2、氮氧化物的混合气体。
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