CN207755968U - 一体式复合光催化等离子废气净化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一体式复合光催化等离子废气净化设备，包括主箱体、过滤装置、光催化装置、等离子装置及异味控制箱，主箱体的一侧设有进气端，与进气端相对的另一侧设有出气端。过滤装置、光催化装置和等离子装置均位于主箱体内，由主箱体的进气端至出气端的方向依次布置。过滤装置包括两个滤层，光催化装置包括光触媒滤网及紫外线灯组，紫外线灯组有多个，由进气端至出气端方向依次排布，紫外线灯组之间设有一组光触媒滤网。异味控制箱通过风管与主箱体相通，异味控制箱内放置脱臭膜片。本实用新型结构设计合理，占地面积小，运行成本低，可将有毒有害物质彻底分解成无毒无害物质，不会产生二次污染物，对恶臭分子处理效果好，处理效率高。

Description

一体式复合光催化等离子废气净化设备

技术领域

本实用新型涉及环保设备技术领域，具体涉及一体式复合光催化等离子废气净化设备。

背景技术

橡胶生产过程中，密炼、压片挤出、胶片冷却、硫化等工序均产生工艺废气，排放出来的废气含较多的粉尘、小颗粒物、苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃及VOCs、恶臭气体分子等。虽然污染强度不大，但废气排放量大、污染成分复杂多变，尤其是废气中恶臭成分容易对周围环境、厂区环境造成较大的污染，扰民现象难以避免。炼胶车间和硫化车间废气具有排放量大、成份指标低、异味强度大等特性。密炼、压片机、挤出机、胶片冷却线产生的废气未经处理，仍存在严重异味，硫化车间未经收集的废气，属于无组织排放，污染源的扩散将更不利于废气的治理，异味气体对办公环境和周边居民区影响较大，未经处理的废气不能满足环保要求。对于恶臭气体治理工程，一般而言由两大部分组成，其中包括密封收集系统和恶臭治理系统。

任何时候，对于无收集系统的生产区域，通常归类为无组织排放。根据现行的环保要求，无组织排放无法满足环保排放标准。因此，密封收集系统成为异味治理工程中不可缺少的一部分。橡胶生产过程中，挥发性有机废气也日渐增多，这些废气不仅会在大气中停留较长的时间，还会扩散和漂移到较远的地方，给环境带来严重的污染，这些废气吸入人体，直接对人体的健康产生极大的危害。另外，工业烟气的无控制排放使全球性的大气环境日益恶化，酸雨(主要来源于工业排放的硫氧化物和氮氧化物)的危害引起了各国的重视。由于大气受污染而酸化，导致了生态环境的破坏，重大灾难频繁发生，给人类造成了巨大损失。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型目的在于提出一体式复合光催化等离子废气净化设备，解决废气中污染成分复杂，现有净化设备结构复杂、占地面积大，成本高，废气处理不彻底，且效率低等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一体式复合光催化等离子废气净化设备，包括主箱体、过滤装置、光催化装置、等离子装置及异味控制箱，所述主箱体的一侧设有进气端，与进气端相对的另一侧设有出气端。过滤装置、光催化装置和等离子装置均位于主箱体内，由主箱体的进气端至出气端的方向依次布置。过滤装置包括两个滤层，两个滤层与主箱体可拆卸相连。光催化装置包括光触媒滤网及紫外线灯组，紫外线灯组有多个，多个紫外线灯组由进气端至出气端方向依次排布，紫外线灯组由多个紫外线灯管等间隔排成一层。任意相邻两个紫外线灯组之间设有一组光触媒滤网，光触媒滤网与主箱体可拆卸相连。异味控制箱设置于主箱体的外侧，异味控制箱通过风管与主箱体相通，异味控制箱内放置脱臭膜片。

优选地，每个滤层均由四个方形框体镶拼构成，框体内设有多复合层纤维棉，各框体均与设于主箱体内的第一框架滑动相连。所述主箱体与过滤装置对应部分侧壁上，对称设置有两个第一门体，需要更换滤层时，打开第一门体可将框体取出。

优选地，光触媒滤网包括三维网状结构的铝蜂窝板，铝蜂窝板镶嵌有颗粒状的光催化剂；所述光催化剂为斜方晶系列构造的纳米二氧化钛，含有磷灰石针托结构。所述主箱体与光催化装置对应部分的侧壁上，对称设置有两个第二门体。

优选地，所述过滤装置和光催化装置之间设置有第一活性炭纤维层，光催化装置和等离子装置之间设置有第二活性炭纤维层，第一、第二活性炭纤维层均与主箱体可拆卸相连。

优选地，所述等离子装置包括两组等离子单体，两组等离子单体对称设置在主箱体的两侧，每组等离子单体多个等离子单体组成，每组的多个等离子单体呈矩阵方式排列。所述主箱体与等离子装置对应部分侧壁上，对称设置有两个第三门体。

优选地，所述等离子单体包括壳体、高压发生器及多个等离子管，高压发生器安装于壳体内，等离子管的外部套有铝网。多个等离子管平行布置于壳体外侧，高压发生器的一个输出端分别与各等离子管的接线端连接，其另一个输出端分别与铝网电连接。

优选地，异味控制箱的内部设有可放置脱臭膜片的多个托架，侧壁上开有与外部相通的进风口，进风口配置有风门。风管一端与异味控制箱相连，另一端伸入主箱体靠近出气端的内侧，其位于主箱体内的部分具有若干个出气小孔。

优选地，主箱体底部设置有集水槽，集水槽位于过滤装置的下方，集水槽的底部连接有排水管，排水管的末端设有阀门。

通过采用上述技术方案，本实用新型的有益技术效果是：本实用新型结构设计合理，占地面积小，运行成本低，能够有效清理废气中存在的多种污染因子，尤其对于挥发性有机和无机化合物，光催化作用下，可将有毒有害物质彻底分解成无毒无害物质，不会产生二次污染物，对于臭气分子处理效果好，本实用新型对废气进行多级处理，对废气处理效率高。

附图说明

图1是本实用新型一体式复合光催化等离子废气净化设备的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

结合图1，一体式复合光催化等离子废气净化设备，包括主箱体1、过滤装置2、光催化装置3、等离子装置4及异味控制箱5，所述主箱体1是由不锈钢板焊接而成，主箱体1的左侧具有可与废气收集系统相连接的进气端11，主箱体1的右侧具有可与离心风机相连的出气端12，经过本实用新型处理后的废气由出气端12排出。过滤装置2、光催化装置3和等离子装置4均位于主箱体1内，由主箱体1的进气端11至出气端12的方向依次布置。过滤装置2包括两个滤层21，两个滤层21通过第一框架13竖向平行布置在主箱体1内，第一框架13与主箱体1固定焊接成一体。每个滤层21均由四个方形框体镶拼构成，框体内设有多层复合纤维棉，多层复合纤维棉的密度随着厚度逐渐增大。各框体均插接于主箱体1内的第一框架13滑动相连。过滤时多层纤维对细粉尘粒子起拦截、碰撞、扩散、吸收等作用，废气通过时将细粉尘粒子容纳在材料中。

所述主箱体1与过滤装置2对应部分的前后侧壁上，对称设置有两个第一门体14，第一门体14的边缘设有密封条，第一门体14关闭状态可实现主箱体1内的密封，需要更换滤层21时，打开第一门体14可将框体取出，再将清理干净后的框体装入第一框架13内。主箱体1底部固定安装有集水槽7，集水槽7位于过滤装置2的正下方，集水槽7的底部连接有排水管8，排水管8的末端设有阀门9。两个滤层21可去除废气中的90％以上的粉尘及水蒸气，可根据废气中粉尘的量，选择在第一框架13内布置一个或两个滤层21，具有净化效率高、空隙率大、过滤阻力低、使用寿命长、维护简单、无二次污染等特点，吸附满粉尘的材料简单清理后(拍打或吸尘)即可以回收再使用，同时避免小颗粒物对后续工艺的影响。废气中的水蒸气经滤层21过滤后，在滤层21上形成水珠由集水槽7进行收集，并经过排水管8排至主箱体1的外部。

光催化装置3包括光触媒滤网31及紫外线灯组32，紫外线灯组32有多个，多个紫外线灯组32由进气端11至出气端12方向依次等间隔排布，紫外线灯组32由多个紫外线灯管等间隔排成一层，紫外线灯组32的所有紫外线灯管均纵向水平布置第二框架15内，第二框架15与主箱体1固定焊接成一体。任意相邻两个紫外线灯组32之间均竖向设有一组光触媒滤网31，光触媒滤网31与第二框架15可拆卸相连。所述光触媒滤网31包括三维网状结构的铝蜂窝板，铝蜂窝板镶嵌有颗粒状的光催化剂，铝蜂窝板作为光催化剂的基体。所述光催化剂为斜方晶系列构造的纳米二氧化钛，含有磷灰石针托结构。所述过滤装置2和光催化装置3之间竖向设置有第一活性炭纤维层61，光催化装置3和等离子装置4之间竖向设置有第二活性炭纤维层62，第一活性炭纤维层61、第二活性炭纤维层62分别与第二框架15的左右两侧可拆卸相连，第一活性炭纤维层61可拦截、碰撞、扩散和吸收经过过滤装置2处理后的废气中含有的小颗粒物，第二活性炭纤维层62对废气进行二次过滤。

所述主箱体1与光催化装置3对应部分的前后侧壁上，对称设置有两个第二门体16，第二门体16的边缘设有密封条，第二门体16关闭状态可实现主箱体1内的密封，需要更换活性炭纤维层或光触媒滤网31时，打开第二门体16可更换活性炭纤维层或光触媒滤网31，也可更换紫外线灯管。经过滤装置2和第一活性炭纤维层61处理后的废气中，含有挥发性有机和无机化合物，如苯、甲醛、丙酮、氨、二氧化氮、硫化氢等有害气体。光催化泡沫金属尖端纳米复合技术，整合纳米光触媒材料与铝的优良特性，在铝蜂窝基体上均匀负载一定量的纳米TiO₂而获得的一种负载型光催化功能材料。铝蜂窝板因其独特的三维网状结构，可做为一种优良的光催化剂载体，而负载在其表面的纳米二氧化钛(TiO₂)作为光催化剂，在降解废水中有机污染物、去除有害无机气体和空气净化方面具有广阔的应用前景。TiO₂其电子结构特点为一个满的价带和一个空的导带，在大于其带隙能(Eg＝3.2ev，相当于波长254nm的光子能量)的紫外线光照条件下，电子就可从价带激发到导带形成自由电子，而在价带形成一个带正电的空穴，形成电子—空穴对：

TiO₂+hυ→(TiO₂)h⁺+(TiO₂)e^-

价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂。空穴一般与表面吸附的H₂O或OH^-离子反应形成具有强氧化性的活性羟基(·OH)：

h⁺+H₂O→·OH+H⁺

h⁺+OH-→·OH

电子则与表面吸附的氧分子(O₂)反应，生成超氧离子(·O₂ ^-)。超氧离子可与水进一步反应，生成过羟基(·OOH)和双氧水(H₂O₂)：

e^-+O₂→·O₂ ^-

·O₂ ^-+H₂O→·OOH+OH^-

2·OOH→H₂O₂+O₂

·OOH+H₂O+e^-→H₂O₂+OH-

H₂O₂+e^-→·OH+OH^-

TiO₂光催化氧化是活性羟基(·OH)和其他活性氧化类物质(·O^2-，·OOH，H₂O₂)共同作用的结果。在TiO₂表面生成的·OH基团反应活性很高，具有高于有机物中各类化学键能的反应能，加上·O₂ ^-，·OOH，H₂O₂活性氧化类物质的协同作用，能迅速有效地分解有机物。粗略的反应机理为：

H₂S+O₂、O^2-、O²⁺→SO₃+H₂O

NH₃+O₂、O^2-、O²⁺→NOx+H₂O

VOCs+O₂、O^2-、O²⁺→SO₃+CO₂+H₂O

铝蜂窝板具有耐高温、抗腐蚀、化学性质稳定的特征，又具有泡沫金属独特的三维网状结构。以铝蜂窝板为基体，附载纳米二氧化钛制成的光触媒滤网31继承了铝的优点，超过95％的空隙率保证了良好的流体通透性，在其表面均匀分布的光触媒材料的表面积大，表面覆盖率高，最大限度增大了与光触媒与紫外线的接触面。铝蜂窝板的三维网状结构，使得光催化“反应腔”饱满，保证了其光催化效率。紫外线灯作为光催化氧化的光能提供体，光催化剂纳米粒子在一定波长的紫外光线照射下才能受激发生成电子—空穴对，空穴分解催化剂，整个光催化氧化过程不会产生臭氧，不会因臭氧而带来新的环境污染。二氧化钛分布均匀，有效受光面积大，光催化效率高。光催化装置主要特点如下：二氧化钛被铝金属牢牢镶嵌，不易脱落，保证使用效果。三维网装结构，比表面积大，通透性能好，有一定强度，易加工安装，确保通风量正常。清洗方便，用普通肥皂水稍加清洗后用自然水冲干净即可循环使用。光触媒空气滤网采用的二氧化钛颗粒是斜方晶系列构造，光触媒具有磷灰石针托结构，有极强的吸附能力。

所述等离子装置4包括十二个等离子单体，十二个等离子单体平均分成两组，两组等离子单体对称设置在主箱体1的前后侧壁上，每组的六个等离子单体呈矩阵方式排列。所述等离子单体包括壳体41、高压发生器42及十根等离子管43，高压发生器42固定安装于壳体41内，等离子管43的外部套有铝网，壳体41的一侧设置有绝缘板，多个等离子管43平行布置于绝缘板上，高压发生器42的一个输出端分别与各等离子管43的接线端电连接，其一个输出端分别与各等离子管外43部的铝网电连接。所述主箱体1与等离子装置4对应部分的前后侧壁上，对称设置有两个第三门体17，第三门体17的边缘设有密封条，第三门体17关闭状态可实现主箱体1内的密封，打开第一门体14可更换离子单体41。等离子装置4在工作状态下，铝网和等离子管413之间分别为两个电极，两个电极之间放电将两个电极间的介质电离，称为介质阻挡放电。介质阻挡放电可以在0.1～10×105Pa的气压下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。

介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出，等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。低温等离子体化学反应过程中，等离子体传递化学能量的反应过程中能量的传递大致如下：

1)电场+电子→高能电子

2)高能电子+分子(或原子)→(受激原子、受激基团、游离基团)活性基团

3)活性基团+分子(原子)→生成物+热

4)活性基团+活性基团→生成物+热

从以上过程可以看出，电子首先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去，获得能量的分子或原子被激发，同时有部分分子被电离，从而成为活性基团，之后这些活性基团与分子或原子、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热，另外，高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子，这类负离子具有很好的化学活性，在化学反应中起着重要的作用。等离子单体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的效果。

异味控制箱5设置于主箱体1的外侧，异味控制箱5具有进风口和出风口，异味控制箱5的出风口通过风管51与主箱体1靠近出气端12一侧的内部相通，异味控制箱5的内部固定安装有多层托架52，托架上均匀放置有若干个脱臭膜片53。脱臭膜片53装好后，异味控制箱5的箱门关好，保持异味控制箱5具有良好的密封状态。应根据每天使用的时间，气候等不确定因素灵活掌握，更换时亦应选择消耗较多或已耗尽的膜片更换。异味控制箱5的侧壁上开有与外部相通的出气小孔，进风口配置有风门54。风管51一端与异味控制箱5相连，另一端伸入主箱体1的内部，风管51位于主箱体1内的部分具有若干个出气小孔。在工作状态下，把异味控制箱5的进风口和出风口调节好，在风机的作用下，空气由异味控制箱5的进风口进入，将脱臭膜片53挥发出的脱臭粒子带入主箱体1内，与主箱体1内的臭味气体分子作用，实现除臭。

异味控制箱5的风门54一旦调节完成后，无论设备是否处于工作状态，也不要对设备进行调节，以利脱臭效果的稳定性，脱臭膜片53为单向透析膜片，在没有空气动力时其释放植物提取液粒子的量是非常有限。脱臭膜片53的脱臭分子中有16～18个类似芳香烃的分子，每个钻石型的分子式中一个共振的氢有6个官能机，用以中和臭味而达到脱臭的功效。脱臭粒子的表面不仅能有效地吸附空气中的异味分子，同时也促使吸附的异味分子的立体构型发生改变。脱臭粒子可以向臭气分子提供电子，加速与臭气分子发生反应。该表面能可以吸附空气中的臭气分子，并使臭气分子中的立体结构发生变化，变得不稳定，同时吸附在脱臭粒子表面的臭气分子也能与空气中氧气发生反应。

进入废气中的脱臭粒子可迅速主动捕捉空气中的臭味气体分子，并将臭味粒子包裹住。而常见的臭气分子大多为小分子有机物(酯类、醇类、芳烃类等)，同时也包括部分无机小分子如臭氧、氨、硫化氢、碳氢类等，它们通常在嗅觉细胞表面活性较高，刺激性较强，即使在各臭气成分浓度均达标排放的前提下，仍然具有极强的嗅觉污染能力，也就是具有通常所说的低污染浓度、高臭气强度的特性。粒子为天然油性脱臭分子，该粒子通过分子间非极性相互作用与臭气分子发生非共价结合，从而大大稳定该类分子，降低其活性与刺激性。此过程既不同于化学反应过程而生成第三种物质，也不同于掩盖作用，不会造成二次污染，可彻底去除臭味。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一体式复合光催化等离子废气净化设备，包括主箱体、过滤装置、光催化装置、等离子装置及异味控制箱，其特征在于，所述主箱体的一侧设有进气端，与进气端相对的另一侧设有出气端；过滤装置、光催化装置和等离子装置均位于主箱体内，由主箱体的进气端至出气端的方向依次布置；过滤装置包括两个滤层，两个滤层与主箱体可拆卸相连；光催化装置包括光触媒滤网及紫外线灯组，紫外线灯组有多个，多个紫外线灯组由进气端至出气端方向依次排布，紫外线灯组由多个紫外线灯管等间隔排成一层；任意相邻两个紫外线灯组之间设有一组光触媒滤网，光触媒滤网与主箱体可拆卸相连；异味控制箱设置于主箱体的外侧，异味控制箱通过风管与主箱体相通，异味控制箱内放置脱臭膜片。

2.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，每个滤层均由四个方形框体镶拼构成，框体内设有多层复合纤维棉，各框体均与设于主箱体内的第一框架滑动相连；所述主箱体与过滤装置对应部分侧壁上，对称设置有两个第一门体，需要更换滤层时，打开第一门体可将框体取出。

3.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，光触媒滤网包括三维网状结构的铝蜂窝板，铝蜂窝板镶嵌有颗粒状的光催化剂；所述光催化剂为斜方晶系列构造的纳米二氧化钛，含有磷灰石针托结构；所述主箱体与光催化装置对应部分的侧壁上，对称设置有两个第二门体。

4.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，所述过滤装置和光催化装置之间设置有第一活性炭纤维层，光催化装置和等离子装置之间设置有第二活性炭纤维层，第一、第二活性炭纤维层均与主箱体可拆卸相连。

5.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，所述等离子装置包括两组等离子单体，两组等离子单体对称设置在主箱体的两侧，每组等离子单体多个等离子单体组成，每组的多个等离子单体呈矩阵方式排列；所述主箱体与等离子装置对应部分侧壁上，对称设置有两个第三门体。

6.根据权利要求5所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，所述等离子单体包括壳体、高压发生器及多个等离子管，高压发生器安装于壳体内，等离子管的外部套有铝网；多个等离子管平行布置于壳体外侧，高压发生器的一个输出端分别与各等离子管的接线端连接，其另一个输出端分别与铝网电连接。

7.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，异味控制箱的内部设有可放置脱臭膜片的多个托架，侧壁上开有与外部相通的进风口，进风口配置有风门；风管一端与异味控制箱相连，另一端伸入主箱体靠近出气端的内侧，其位于主箱体内的部分具有若干个出气小孔。

8.根据权利要求1所述的一体式复合光催化等离子废气净化设备，其特征在于，主箱体底部设置有集水槽，集水槽位于过滤装置的下方，集水槽的底部连接有排水管，排水管的末端设有阀门。