CN208032321U - 光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，包括气瓶组、气体混合罐、光催化反应箱和检测仪；气瓶组包括空气气瓶和多个挥发性有机物气瓶，气体混合罐的进气口通过进气管与气瓶的出气管相连；光催化反应箱内设有管式光源和光催化反应管，光催化反应管的反应气入口通过混合气输气管与气体混合罐的混合气出口相连，光催化反应管的反应气出口通过降解气输气管与检测仪相连；气体混合罐的混合气出口与检测仪之间连接有检测旁路管线，光催化反应管的反应气入口和反应气出口之间连接有反应气循环管线。该一体化实验系统能够针对不同类型VOCs或多种VOCs混合污染物进行研究，其能够实现在线含量测定，分析准确性高。
Description
技术领域
本实用新型属于环境催化领域，尤其涉及一种光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统。
背景技术
近年来，我国环境大气质量恶化，严重影响居民日常生活和身体健康。在各类大气污染中，挥发性有机物（以下统称VOCs）作为一类重要的大气污染源，被认为是O3和PM2.5的共同前体物质，是我国近年来重点管控的大气污染物质。因此，研发VOCs相关处理技术，从源头上控制和削减VOCs排放，对我国控制O3和PM2.5超标现象，改善大气环境质量具有重要的现实意义。目前，在众多治理VOCs气体的方法中，光催化降解VOCs技术由于具有反应条件温和、能耗低、无二次污染等优点，被认为是一种非常具有应用前景的VOCs治理技术。
针对光催化降解VOCs技术的研究，通常是先在小型的实验系统中对新型光催化剂以及光催化降解反应条件进行测试，再进行放大实验。目前已公开报道的光催化降解VOCs实验系统中，其反应装置多针对单一的VOCs组分，而且，进行VOCs含量测定时，往往采用间歇采样和间歇分析的方式，过程繁琐，易出现人为误差，影响VOCs降解效率测定分析的多样性与准确性。另一方面，VOCs中组分复杂，组分类型也不尽相同，充分研究光催化降解不同类型VOCs污染物的机理，以及不同类型VOCs组分之间的相互干扰和影响，也是光催化降解VOCs技术迫切需要解决的重要问题。
因此，研发更具适用性、实用性，可针对多种VOCs进行光催化降解研究的反应与测定一体化实验系统，以探究光催化降解VOCs反应机理、优化反应条件，是目前开展光催化降解VOCs研究的迫切需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统。该一体化实验系统能够针对不同类型VOCs污染物或多种VOCs混合进行光催化降解研究，而且，其能够实现在线VOCs含量测定，有利于保证测定分析的准确性。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，包括气瓶组、气体混合罐、光催化反应箱和用于检测挥发性有机物组分和含量的检测仪；所述气瓶组包括空气气瓶和多个不同类型挥发性有机物气瓶，所述空气气瓶和每个所述挥发性有机物气瓶均连接有出气管；所述气体混合罐设有进气口和混合气出口，所述气体混合罐的进气口通过进气管与所述气瓶组的多根出气管相连，所述进气管设有混合罐进口阀；所述光催化反应箱内设有管式光源和填装有光催化剂的光催化反应管，所述光催化反应管设有反应气入口和反应气出口；所述光催化反应管的反应气入口通过混合气输气管与所述气体混合罐的混合气出口相连，所述混合气输气管上设有混合罐出口阀；所述光催化反应管的反应气出口通过降解气输气管与所述检测仪相连，所述降解气输气管上设有反应箱出口阀；所述气体混合罐的混合气出口与所述检测仪之间还连接有检测旁路管线，所述检测旁路管线设有旁路阀；所述光催化反应管的反应气入口和反应气出口之间还连接有反应气循环管线，所述反应气循环管线靠近所述反应气出口的一端设有循环入口阀，所述反应气循环管线靠近所述反应气入口的一端设有循环出口阀，所述循环入口阀和循环出口阀之间的管段上设有循环泵和用于控制循环流速的控制器，所述控制器与循环泵电性连接。
作为优选，所述气瓶组的每根出气管上均设有气瓶出口阀和流量计。
作为优选，所述气体混合罐顶部还设有第一放空阀。
作为优选，所述降解气输气管上还设有第二放空阀，所述第二放空阀位于所述光催化反应管的反应气出口与所述反应箱出口阀之间。
作为优选，所述光催化反应管位于所述管式光源的下方。
作为优选，所述管式光源为可见光源或紫外光源。
作为优选，所述光催化反应管采用透明玻璃钢材质。
作为优选，所述检测仪为色谱-质谱联机分析仪。
作为优选，所述检测旁路管线上设置的旁路阀包括靠近所述气体混合罐设置的第一旁路阀，以及靠近所述检测仪设置的第二旁路阀。
作为优选，所述反应气循环管线位于所述光催化反应箱的外部。
与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：
1、本实用新型提供的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，能够针对不同类型VOCs污染物或多种VOCs混合进行光催化降解研究，例如：能够测定单组份或多组分VOCs气体的光催化降解效果，能够分析多组分VOCs气体光催化降解过程中不同类型VOCs气体相互之间的影响，能够测定VOCs气体光催化降解过程中的组分变化等，有利于推进光催化降解VOCs技术的研究；
2、本实用新型提供的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，能够实现在线VOCs含量测定，有利于保证测定分析的准确性。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统的结构示意图；
以上各图中：1、挥发性有机物气瓶；2、空气气瓶；3、出气管；4、挥发性有机物气瓶的气瓶出口阀；5、挥发性有机物气瓶的流量计；6、空气气瓶的气瓶出口阀；7、空气气瓶的流量计；8、进气管；9、混合罐进口阀；10、气体混合罐；11、第一放空阀；12、混合气输气管；13、混合罐出口阀；14、光催化反应箱；15、管式光源；16、光源卡扣；17、光催化反应管；18、降解气输气管；19、反应箱出口阀；20、检测仪；21、检测旁路管线；22、第一旁路阀；23、第二旁路阀；24、反应气循环管线；25、循环入口阀；26、循环出口阀；27、循环泵；28、控制器；29、第二放空阀。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本实用新型涉及一种光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，包括用于提供实验气源的气瓶组，用于混合挥发性有机物和空气的气体混合罐10，用于光催化反应的光催化反应箱14，以及用于检测挥发性有机物组分和含量的检测仪20；气瓶组包括空气气瓶2和多个不同类型挥发性有机物气瓶1，空气气瓶2和每个挥发性有机物气瓶1均连接有出气管3；气体混合罐10设有进气口和混合气出口，气体混合罐10的进气口通过进气管8与气瓶组的多根出气管3相连，进气管8设有混合罐进口阀9；光催化反应箱14内设有管式光源15和填装有光催化剂的光催化反应管17，光催化反应管17设有反应气入口和反应气出口；光催化反应管17的反应气入口通过混合气输气管12与气体混合罐10的混合气出口相连，混合气输气管12上设有混合罐出口阀13；光催化反应管17的反应气出口通过降解气输气管18与检测仪20相连，降解气输气管18上设有反应箱出口阀19；气体混合罐10的混合气出口与检测仪20之间连接有检测旁路管线21，检测旁路管线21设有旁路阀；光催化反应管17的反应气入口和反应气出口之间连接有反应气循环管线24，反应气循环管线24靠近反应气出口的一端设有循环入口阀25，反应气循环管线24靠近反应气入口的一端设有循环出口阀26，循环入口阀25和循环出口阀26之间的管段上设有循环泵27和用于控制循环流速的控制器28，控制器28与循环泵27电性连接。
在上述一体化实验系统中，气瓶组用于提供实验气源，由于光催化降解挥发性有机物的反应气通常为空气和VOCs的混合气，因而，气瓶组中需要至少一瓶空气气瓶2和至少一瓶挥发性有机物气瓶1。本实施例中采用了6个挥发性有机物气瓶1，在实验时，可根据需要使用一种或多种VOCs进行混合，以满足针对不同类型VOCs污染物或多种VOCs混合进行光催化降解研究的需要。具体的，不同类型挥发性有机物气瓶1可以包括苯气瓶、甲苯气瓶、二甲苯气瓶、苯乙烯气瓶、正十一烷气瓶、乙苯气瓶或其他挥发性有机物气瓶1。需要说明的是，气瓶组的每根出气管3上均设有气瓶出口阀（如图1中的挥发性有机物气瓶的气瓶出口阀4和空气气瓶的气瓶出口阀6）和流量计（如图1中的挥发性有机物气瓶的流量计5和空气气瓶的流量计7），以便于控制混合气的组成。
气体混合罐10用于挥发性有机物和空气的混合，如图1所示，气体混合罐10顶部还设有第一放空阀11，以便于在向气体混合罐10充气时先排出气体混合罐10内原有的气体。
光催化反应箱14用于光催化反应，如图1所示，降解气输气管18上还设有第二放空阀29，第二放空阀29位于光催化反应管17的反应气出口与反应箱出口阀19之间，以便于混合气进入光催化反应管17并排出光催化反应管17内原有的气体。进一步的，如图1所示，光催化反应管17位于管式光源15的下方。管式光源15为可见光源或紫外光源，管式光源15通过光源卡扣16固定连接于光催化反应箱14的顶部，实验时可根据光催化剂的类型更换合适的管式光源15。为了避免紫外光对外部的影响，光催化反应箱14的箱体可采用防紫外线玻璃材质制作。光催化反应管17采用透明玻璃钢材质，使光能够穿透光催化反应管17的管壁。
检测仪20用于检测挥发性有机物组分和各组分含量，为了提高检测准确性，检测仪20为色谱-质谱联机分析仪。可以理解的是，本领域技术人员也可采用其他合适的检测仪20，只要能够检测出挥发性有机物的组分和各组分含量即可。
设置的检测旁路管线21是为了检测反应前混合气的组成和各组分含量，以便于计算VOCs降解效率。如图1所示，检测旁路管线21上设置的旁路阀包括靠近气体混合罐10设置的第一旁路阀22，以及靠近检测仪20设置的第二旁路阀23。
设置的反应气循环管线24是为了使反应气能够在光催化反应管17中进行循环反应，通过控制循环流速能够控制循环时间，进而控制光催化降解反应时间。需要说明的是，如图1所示，反应气循环管线24位于光催化反应箱14的外部，以避免反应气在循环过程中受管式光源15照射的影响。反应气循环管线24上设置的循环泵27为微型循环泵，本领域技术人员可以根据使用需要挑选合适的循环泵27，同时选择合适的控制器28以控制循环流速。
下面说明上述一体化实验系统的操作步骤，需要说明的是，使用前，所有阀门均处于关闭状态。操作步骤如下：
（1）打开混合罐进口阀9和第一放空阀11，打开空气气瓶的气瓶出口阀6和对应的空气气瓶的流量计7，将空气以一定流量引入气体混合罐10，同时根据需要打开一个或多个挥发性有机物气瓶的气瓶出口阀4和对应的挥发性有机物气瓶的流量计5，将单一组分或多组分VOCs气体引入气体混合罐10与空气混合配成混合气，流量稳定后，关闭第一放空阀11；
（2）打开第一旁路阀22和第二旁路阀23，将配置好的混合气通过检测旁路管线21直接送入检测仪20，分析其组成与浓度，作为背景值，关闭第一旁路阀22和第二旁路阀23；
（3）打开混合罐出口阀13和第二放空阀29，使混合气通过混合气输气管12输送至光催化反应管17，稳定20秒后，同时关闭混合罐出口阀13和第二放空阀29，以停止送气；
（4）打开循环入口阀25、循环泵27和循环出口阀26，使混合气通过反应气循环管线24在光催化反应管17中循环流动；
（5）当循环稳定后，打开管式光源15进行VOCs光催化降解反应，通过控制器28控制循环泵27的循环流速来控制光催化降解反应时间；
（6）反应结束后，关闭管式光源15，打开反应箱出口阀19，将降解反应后降解气通过降解气输气管18送入检测仪20，分析其组成与浓度，进而计算降解效率。
Claims (10)
1.光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：包括气瓶组、气体混合罐、光催化反应箱和用于检测挥发性有机物组分和含量的检测仪；
所述气瓶组包括空气气瓶和多个不同类型挥发性有机物气瓶，所述空气气瓶和每个所述挥发性有机物气瓶均连接有出气管；
所述气体混合罐设有进气口和混合气出口，所述气体混合罐的进气口通过进气管与所述气瓶组的多根出气管相连，所述进气管设有混合罐进口阀；
所述光催化反应箱内设有管式光源和填装有光催化剂的光催化反应管，所述光催化反应管设有反应气入口和反应气出口；所述光催化反应管的反应气入口通过混合气输气管与所述气体混合罐的混合气出口相连，所述混合气输气管上设有混合罐出口阀；所述光催化反应管的反应气出口通过降解气输气管与所述检测仪相连，所述降解气输气管上设有反应箱出口阀；
所述气体混合罐的混合气出口与所述检测仪之间还连接有检测旁路管线，所述检测旁路管线设有旁路阀；
所述光催化反应管的反应气入口和反应气出口之间还连接有反应气循环管线，所述反应气循环管线靠近所述反应气出口的一端设有循环入口阀，所述反应气循环管线靠近所述反应气入口的一端设有循环出口阀，所述循环入口阀和循环出口阀之间的管段上设有循环泵和用于控制循环流速的控制器，所述控制器与循环泵电性连接。
2.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述气瓶组的每根出气管上均设有气瓶出口阀和流量计。
3.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述气体混合罐顶部还设有第一放空阀。
4.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述降解气输气管上还设有第二放空阀，所述第二放空阀位于所述光催化反应管的反应气出口与所述反应箱出口阀之间。
5.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述光催化反应管位于所述管式光源的下方。
6.根据权利要求1或5所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述管式光源为可见光源或紫外光源。
7.根据权利要求1或5所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述光催化反应管采用透明玻璃钢材质。
8.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述检测仪为色谱-质谱联机分析仪。
9.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述检测旁路管线上设置的旁路阀包括靠近所述气体混合罐设置的第一旁路阀，以及靠近所述检测仪设置的第二旁路阀。
10.根据权利要求1所述的光催化降解挥发性有机物的反应与测定一体化实验系统，其特征在于：所述反应气循环管线位于所述光催化反应箱的外部。
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