CN210356704U - 一种实验室有机废气降解系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气态污染物降解技术领域，尤其涉及一种实验室有机废气降解系统。本实用新型公开了一种实验室有机废气降解系统。该实验室有机废气降解系统中，有机气体发生装置、水蒸气发生装置和气体混合装置相互配合，可以实现有机废气组分、浓度、温度和湿度同时可控，使得有机气体连续产生装置能够模拟出复杂的真实的有机废气，减少了人为操作的误差，节省了时间成本，而且，本申请不需要持续的提供标准气体作为有机废气的原料气体，进而节省了原料成本。另外，光热反应装置和在线检测装置的使用，可以针对不同有机废气的不同催化剂进行有效评价，为大气污染物催化剂的实验研究提供了可靠的数据。

Description

一种实验室有机废气降解系统

技术领域

本实用新型涉及气态污染物降解技术领域，尤其涉及一种实验室有机废气降解系统。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是一类常见的大气污染物，世界卫生组织将其定义为是一类沸点介于50～260℃，室温下饱和蒸气压超过133.322Pa的易挥发性化合物，主要包括卤代烃类、醇类、多环芳烃类、烷烃类、酮类、烯烃类、醚类、酯类和硫烃类等。

为有效地治理VOCs污染，国内外广泛采用的技术有吸附法、吸收法、催化燃烧法和光及光热催化氧化法等。光及光热催化氧化法是利用催化剂(如 TiO₂负载型催化剂)的光催化性，催化氧化有机废气生成CO₂和H₂O。其反应机理是在光照射下，光催化剂被活化，生成羟基自由基(·OH)和超氧自由基 (O^2-·)等活性氧自由基，而活性氧自由基几乎可以无选择地氧化有机物，使其最终降解为CO₂和H₂O，该技术不产生二次污染，具有很好的前景。因此，在实验室研究过程中，建立一套完整和稳定的评价系统以及评价方法对于新型催化剂的研究开发来说就显得格外重要。

在已有光催化评价系统中，利用动态配气法提供模拟污染物气源主要通过两种方式进行配气，第一：是将已知浓度的标准气体与稀释气体连续不断地混合，该方法具有能够持续配制并供给混合气体的优点，但是该方法需要持续提供一种已知浓度的标准气源，成本较高；第二：利用有机物的自然挥发作为有机气源，然后通过进一步稀释从而得到需要的浓度，该方法应用简单，但是精度差，稳定性能低，且不方便操作。对于以上两种方式所对应的现有装置如连续稀释法和恒温水浴鼓泡等，在配置一定浓度的有机废气时，一般需要对有机气体进行二次配气甚至多次配气，经常导致配气时间长和气体浓度波动大，显著影响配气的速度及准确度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种实验室有机废气降解系统及其应用，解决了现有的动态配气系统配气时间长、准确度低，且配气所需标准气体成本高的问题。

其具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种实验室有机废气降解系统，包括：气体连续产生装置、光热反应装置和在线检测装置；

所述气体连续产生装置包括：有机气体发生装置、水蒸气发生装置和气体混合装置；

所述有机气体发生装置包括：第一载气瓶、连续注液泵、汽化室和第一温控系统，所述温控系统用于控制所述汽化室的温度，所述连续注液泵、所述第一载气瓶与所述汽化室通过第一三通连通；

所述水蒸气发生装置包括：第四载气瓶、鼓泡装置和第二温控系统，所述第四载气瓶与所述鼓泡装置连通，所述第二温控系统用于控制所述鼓泡装置的温度；

所述气体混合装置包括：第二载气瓶、第三载气瓶、混合罐和第三温控系统，所述第二载气瓶、第三载气瓶与所述混合罐连通；

所述汽化室、所述鼓泡装置与所述混合罐连通，所述混合罐与所述光热反应装置连通，所述光热反应装置与在线检测装置连通；

所述第一载气瓶、第二载气瓶和第四载气瓶用于盛装氮气，所述第三载气瓶用于盛装氧气。

优选地，所述气体连续产生装置与所述光热反应装置之间依次设置有第六质量流量计、第一开关阀和第一三通阀；

所述光热反应装置包括：并联设置的第一气固反应器和第二气固反应器；

所述第一气固反应器和第二气固反应器的并联端的输入端通过第二三通阀与所述第一三通阀连通，输出端与所述检测装置连通。

优选地，所述第一气固反应器包括：第一反应器和第四温控系统，所述第四温控系统用于控制所述反应器的温度；

所述第二气固反应器包括：第二反应器和设置在所述第二反应器两侧的光源和冷却控温装置。

优选地，所述光热反应装置还包括：第五载气瓶和第三气固反应器；

第五载气瓶用于盛装标准有机废气；

所述第五载气瓶与所述第一三通阀连通，所述第三气固反应器与所述第二气固反应器并联设置，所述第三气固反应与所述第二气固反应器的并联的输入端通过第三三通阀与所述第二三通阀连通，输出端与所述在线检测装置连接。

优选地，所述第一载气瓶与所述汽化室依次设置有第一压力表、第一减压阀、第五压力表、第一质量流量计、第一单向阀和所述第一三通；

所述第二载气瓶与所述混合罐之间依次设置有第二压力表、第二减压阀、第六压力表、第二质量流量计和第二单向阀；

所述第三载气瓶与所述混合罐之间依次设置有第三压力表、第三减压阀、第七压力表、第三质量流量计和第三单向阀；

所述第四载气瓶与所述鼓泡装置之间依次设置有第四压力表、第四减压阀和第四质量流量计。

优选地，所述汽化室与所述混合罐之间依次设置有第二三通、第五质量流量计和第五单向阀；

所述鼓泡装置与所述混合罐之间设置有第四单向阀。

优选地，所述光热反应装置通过四通与所述在线检测装置连通；

所述第一气固反应器、第二气固反应器和第三气固反应器与所述四通之间分别设置有第二开关阀、第三开关阀和第四开关阀。

优选地，所述光热反应装置与所述在线检测装置之间设置有第七质量流量计。

优选地，所述在线检测装置包括气相色谱、气相色谱-质谱联用或气体红外光谱仪。

优选地，所述冷却控温装置包括：半导体制冷片组、水冷交换器、冷却水循环机、第五温控系统、鳍式聚冷风筒和聚风罩；

所述聚风罩设置在所述鳍式聚冷风筒的一端；

所述第五温控系统用于控制所述第二反应器的温度；

所述冷却水循环机与所述水冷交换器连通；

所述半导体制冷片组包括第一半导体制冷片组和第二半导体制冷片组，所述第一半导体制冷片组和所述第二半导体制冷片组对称设置在所述鳍式聚冷风筒的两侧，且通过导热硅脂与所述鳍式聚冷风筒进行贴合。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供了一种实验室有机废气降解系统，包括：气体连续产生装置、光热反应装置和在线检测装置；气体连续产生装置包括：有机气体发生装置、水蒸气发生装置和气体混合装置；有机气体发生装置包括：第一载气瓶、连续注液泵、汽化室和第一温控系统，第一温控系统用于控制汽化室的温度，连续注液泵、第一载气瓶与汽化室通过第一三通连通；水蒸气发生装置包括：第四载气瓶、鼓泡装置和第二温控系统，第四载气瓶与鼓泡装置连通，第二温控系统用于控制鼓泡装置的温度；气体混合装置包括：第二载气瓶、第三载气瓶、混合罐和第三温控系统，第二载气瓶、第三载气瓶与混合罐连通；汽化室、鼓泡装置与混合罐连通，混合罐与光热反应装置连通，光热反应装置与在线检测装置连通；第一载气瓶、第二载气瓶和第四载气瓶用于盛装氮气，第三载气瓶用于盛装氧气。

本实用新型中，有机气体发生装置用于稀释有机气体，其中，连续注液泵定量注液，可以保证有机气体定量挥发；汽化室可以实现有机气体的主动汽化，操作方便；第一温控系统可以控制稀释气体的温度。水蒸气发生装置用于给有机气体提供湿度，鼓泡装置可以持续稳定的提供湿度。第二温控系统可以实现湿气的温度控制。第二载气瓶和第三载气瓶提供的气体用来调节混合罐有机气体的浓度和氧含量，第三温控系统对混合罐内配气得到的有机废气进行温度调控，有助于模拟出最真实的有机废气的实际温度。因此，有机气体发生装置、水蒸气发生装置和气体混合装置相互配合，可以实现有机废气组分、浓度、温度和湿度同时可控，使得有机气体连续产生装置能够模拟出复杂的真实的有机废气，精度高，稳定性高，减少了人为操作的误差，节省了时间成本，而且，本申请不需要持续的提供标准气体作为有机废气的原料气体，进而节省了原料成本。

另外，光热反应装置用于有机废气的与催化剂进行光热催化反应，在线检测装置用于检测光热催化反应后的有机废气的浓度，以评价有机废气催化剂的催化性能。光热反应装置和在线检测装置的使用，可以针对不同有机废气的不同催化剂进行有效评价，为大气污染物催化剂的实验研究提供了可靠的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统中的冷却控制装置应用在光催化实验中的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统中的冷却控制装置爆炸图；

图4为本实用新型实施例2有机废气催化剂P25催化不同流量的有机废气的催化效果图；

图5为本实用新型实施例3有机废气催化剂P25催化不同温度的有机废气的催化效果图；

图6本实用新型实施例4有机废气催化剂P25催化不同浓度的有机废气的催化效果图；

其中，图示说明如下：

101、第一载气瓶；102、第二载气瓶；103、第三载气瓶；104、第四载气瓶；105、第五载气瓶；201、第一压力表；202、第二压力表；203、第三压力表；204、第四压力表；205、第五压力表；206、第六压力表；207、第七压力表；208、第八压力表；209、第九压力表；210、第十压力表；211、第十一压力表；301第一减压阀；302第二减压阀；303第三减压阀；304第四减压阀；305第五减压阀；401、第一质量流量计；402、第二质量流量计；403、第三质量流量计；404、第四质量流量计；405、第五质量流量计；406、第六质量流量计；407、第七质量流量计；501、第一单向阀； 502、第二单向阀；503、第三单向阀；504、第四单向阀；505、第五单向阀；601、第一三通；602、第二三通；603、第三三通；701、第一加热炉； 702、第二加热炉；801、第一温度控制器；802、第二温度控制器；803、第三温度控制器；804、第四温度控制器；901、第一加热带；902、第二加热带；10、连续注液泵；11、鼓泡装置；12、混合罐；13、针型阀；14、汽化室；1501、第一开关阀；1502、第二开关阀；1503、第三开关阀；1504、第四开关阀；1601、第一三通阀；1602、第二三通阀；1603、第三三通阀； 1701、第一气固反应器；1702、第二气固反应器；1703、第三气固反应器； 18、四通；19、光源；20、冷却控温装置；21、气体连续产生装置；22、光热反应装置；23、在线检测装置；24、有机气体发生装置；25、水蒸气发生装置；S1、聚风罩；S201、第一水冷交换器；S202、第二水冷交换器； S201A、第一水冷交换器进水口；S202A、第二水冷交换器出水口；S201B、第一水冷交换器进水口；S202B、第二水冷交换器出水口；S301、第一半导体制冷片组；S302、第二半导体制冷片组；S302A、制冷片电源线；S4、鳍式聚冷风筒；S4A、鳍式聚冷风筒进风口；S4B、鳍式聚冷风筒出风口； S5、风扇；S6、第五温度控制器；S601、温度探头；S7、风速控制器；S8、冷却水循换机；S9、电源。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种实验室有机废气降解系统，用于解决现有的动态配气系统配气时间长、准确度低，且配气所需标准气体成本高的问题。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统的结构示意图。

本实用新型提供了一种实验室有机废气降解系统，包括：气体连续产生装置21、光热反应装置22和在线检测装置23。

本实用新型中，气体连续产生装置21用于调节有机气体的湿度、温度和浓度，得到所需浓度、温度和湿度的有机废气；光热反应装置22用于有机废气的与催化剂进行光热催化反应；在线检测装置23用于检测光热催化反应后的有机废气的浓度，以评价有机废气催化剂的催化性能。

气体连续产生装置21包括：有机气体发生装置24、水蒸气发生装置25 和气体混合装置。

第一载气瓶101、第二载气瓶102和第四载气瓶104用于盛装氮气，第三载气瓶103用于盛装氧气。

本实用新型中，有机气体发生装置24用于稀释有机气体；水蒸气发生装置25用于给有机气体提供湿度；气体混合装置用于混合气体，得到所需浓度、湿度和温度的有机废气。

有机气体发生装置24包括：第一载气瓶101、连续注液泵10、汽化室14 和第一温控系统，第一温控系统用于控制汽化室14的温度，连续注液泵10、第一载气瓶101与汽化室14通过第一三通601连通。

本实用新型中，连续注液泵10用于注入有机液体，连续注液泵10可以极少量的连续注液，因而可以提供较低浓度的稳定连续有机气体，第一载气瓶101和连续注液泵10的气体均可以通过第一三通601进入汽化室14，有机液体进入汽化室14后汽化成有机气体，第一载气瓶101的氮气可以用来稀释有机气体。

本实用新型中，第一温控系统包括：第一加热炉701和第一温度控制器 801；第一加热炉701套接在汽化室14外侧，第一温度控制器801用来控制加热炉的温度。

水蒸气发生装置25包括：第四载气瓶104、鼓泡装置11和第二温控系统，第四载气瓶104与鼓泡装置11连通，第二温控系统用于控制鼓泡装置11 的温度。

本实用新型中，第二温控系统包括：第一加热带901和第二温度控制器 802；第一加热带901包裹在鼓泡装置11外侧，第二温度控制器802用来控制加热带的温度。

本实用新型中，第四载气瓶104的氮气进入鼓泡装置11，第二温度系统对鼓泡装置11进行加热，使得液态水在一定温度下形成水蒸气随氮气流出，从而为有机气体提供湿度。

气体混合装置包括：第二载气瓶102、第三载气瓶103、混合罐12和第三温控系统，第二载气瓶102、第三载气瓶103与混合罐12连通；

汽化室14、鼓泡装置11与混合罐12连通，混合罐12与光热反应装置 22连通，光热反应装置22与在线检测装置23连通。

本实用新型中，第二载气瓶102、第三载气瓶103、汽化室14和鼓泡装置11均与混合罐12连通，从而调节混合罐12中有机气体浓度、氧含量和湿度，进而模拟出真实的有机废气。

本实用新型中，第三温控系统包括：第二加热带902和第三温度控制器 803；第二加热带902包裹在混合罐12的外侧；第三温度控制器803用于控制混合罐12内的温度和显示湿度，混合罐12内设置有温度探头和湿度探头，第三温度控制器803与湿度探头、温度探头通信连接。第三温控系统对混合罐12内配气得到的有机废气进行温度调控，有助于模拟出最真实的有机废气的实际温度。

本实用新型中，气体连续产生装置21中有机气体发生装置24、水蒸气发生装置25和有机气体发生装置24相互配合，可以实现有机废气组分、浓度、温度和湿度同时可控，使得有机气体连续产生装置能够模拟出复杂的真实的有机废气，精度高，稳定性高，减少了人为操作的误差，节省了时间成本，且操作简单。

进一步地，气体连续产生装置21与光热反应装置22之间依次设置有第六质量流量计406、第一开关阀1501和第一三通阀1601。

本实用新型中，混合罐12与第一开关阀1501之间还设置有第三三通 603，第三三通603的三个出口分别连通混合罐12、第一开关阀1501和第六质量流量计406；将混合罐12混合好的有机废气通入光热反应装置22中，进行光热催化反应，来评价有机废气催化剂的催化活性。第六质量流量计406 用于平衡混合罐12的内部压力。混合罐12还设置有第九压力表209，用于显示混合罐12内部的压力。

光热反应装置22包括：并联设置的第一气固反应器1701和第二气固反应器1702；

第一气固反应器1701和第二气固反应器1702的并联端的输入端通过第二三通阀1602与第一三通阀1601连通，输出端与检测装置连通。

本实用新型中，有机废气可以进入第一气固反应器1701进行催化反应，也可以进入第二气固反应器1702中进行催化反应，反应完成后的气体通过检测装置进行检测，从而评价催化剂的催化性能。

进一步地，第一气固反应器1701包括：第一反应器和第四温控系统，第四温控系统用于控制反应器的温度；

第二气固反应器1702包括：第二反应器和设置在第二反应器两侧的光源 19和冷却控温装置20。

本实用新型中，第一气固反应器1701用于热和/或光催化反应，第二气固反应器1702用于光和/或常(低)温催化反应。光源19设置在第一气固反应器1701与第二气固反应器1702之间，可以照射第一反应器，也可以照射第二反应器。光源19为可调节全波段光源19，在第二气固反应器1702中，因光源19照射时会产热，冷却控制装置将光源19产生的热控制在正常室温，去除热对催化剂催化活性的影响。

本实用新型中，第四温控系统包括：第二加热炉702和第四温度控制器 804；第二加热炉702套接在第一反应器的外侧，用于加热第一反应器，第四温度控制器804用于控制加热炉的温度。

请参阅图2，本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统中的冷却控制装置应用在光催化实验中的结构示意图。

请参阅图3，本实用新型实施例提供的一种实验室有机废气降解系统中的冷却控制装置爆炸图。

本实用新型中，冷却控温装置20包括：半导体制冷片组、水冷交换器、冷却水循环机、温控系统、鳍式聚冷风筒S4和聚风罩S1；

聚风罩S1设置在鳍式聚冷风筒S4的一端；

温控系统用于控制第二反应器的温度；

所述冷却水循环机与水冷交换器连通；

半导体制冷片组包括第一半导体制冷片组S301和第二半导体制冷片组 S302，第一半导体制冷片组S301和第二半导体制冷片组S302对称设置在鳍式聚冷风筒S4的两侧。半导体制冷片组通过导热硅脂与鳍式聚冷风筒S4进行贴合。

本实用新型中，两个半导体制冷片组完全相同，且每个半导体制冷片组包括四个半导体制冷片，每个半导体制冷片引出两根制冷片电源线S302A分别为正极和负极，通直流电后一面为低温面，会产生低温；另一面会为高温面，产生高温。

水冷交换器包括第一水冷交换器S201和第二水冷交换器S202，第一水冷交换器S201和第二水冷交换器S202对称设置在鳍式聚冷风筒S4的两侧，且与分别与第一半导体制冷片组S301和第二半导体制冷片组S302同侧。水冷交换器通过导热硅脂与半导体制冷片组进行贴合。

本实用新型中，第一水冷交换器S201和第二水冷交换器S202完全相同，且第一水冷交换器S201和第二水冷交换器S202的同一侧均设有进水口和出水口，分别为：第一水冷交换器进水口S201A、第一水冷交换器进水口S201B 和第二水冷交换器出水口S202A、第二水冷交换器出水口S202B。

本实用新型中，第五温控系统包括风扇S5、第五温度控制器S6、风速控制器S7和电源S9；电源S9为第五温度控制器S6和风速控制器S7电性连接，第五温度控制器S6、风速控制器S7与风扇S5通信连接；风扇S5设置在鳍式聚冷风筒S4的另一端且与水冷交换器的进水口和出水口同侧，风扇S5优为直流电风扇；第五温度控制器S6包括控制器主体和温度探头S601，温度探头S601来测定第二反应器的反应腔的实时温度，设定温度后，可以根据对比设定温度与实时温度的大小来开启或者关闭风扇S5；风速控制器S7可以通过旋钮调整风扇S5的风速。

本实用新型中，鳍式聚冷风筒S4呈长方体，两端设置有开口，一端为鳍式聚冷风筒进风口S4A，另一端为鳍式聚冷风筒出风口S4B，进风口与出风口之间设置有鳍式铝合金散热片。鳍式聚冷风筒S4优选使用铝合金材质。鳍式聚冷风筒的进风口S4A与风扇S5连接，鳍式聚冷风筒出风口S4B与聚风罩S1底座连接

所述聚风罩S1其一端有方底座圆孔进气口，另一端有细小圆柱型出气口，中间部分为近似圆锥体，内部为中空设计。

进一步地，光热反应装置22还包括：第五载气瓶105和第三气固反应器 1703；

第五载气瓶105与第一三通阀1601连通，第三气固反应器1703与第二气固反应器1702并联设置，第三气固反应与第二气固反应器1702的并联的输入端通过第三三通阀1603与第二三通阀1602连通，输出端与在线检测装置23连接。

本实用新型中，第五载气瓶105用于盛装标准有机气体；第三气固反应器1703不填充催化剂，不进行催化反应，仅用于有机废气的通入，利用检测装置检测定有机废气的浓度。本实用新型中第五载气瓶105的标准有机气体仅用于绘制标准曲线，不作为配制有机废气的原料气体，因而本实用新型标准有机气体用量少。

本实用新型中，第五载气瓶105与第一三通阀1601之间依次设置有第十压力表210、第五减压阀305和第十一压力表211。

进一步地，第一载气瓶101与汽化室14依次设置有第一压力表201、第一减压阀301、第五压力表205、第一质量流量计401、第一单向阀501和第一三通601。

本实用新型中，第一压力表201用于检测第一载气瓶101的压力，第一减压阀301调节第一载气瓶101输出的第一气路气体的输入压力，第五压力表205用于检测第一气路气体的输入压力，第一质量流量计401用于调节第一载气瓶101气体进入汽化室14的流量。

第二载气瓶102与混合罐12之间依次设置有第二压力表202、第二减压阀302、第六压力表206、第二质量流量计402和第二单向阀502。

本实用新型中，第二压力表202用于检测第二载气瓶102的压力，第二减压阀302用于调节第二载气瓶102输出的第二气路气体的输入压力，第六压力表206用于检测第二气路气体的输入压力，第二质量流量计402用于调节第二载气瓶102气体进入混合罐12的流量。

第三载气瓶103与混合罐12之间依次设置有第三压力表203、第三减压阀303、第七压力表207、第三质量流量计403和第三单向阀503。

本实用新型中，第三压力表203用于检测第三载气瓶103的压力，第三减压阀303用于调节第三载气瓶103输出的第三气路气体的输入压力，第七压力表207用于检测第三气路气体的输入压力，第三质量流量计403用于调节第三载气瓶103气体进入混合罐12的流量。

第四载气瓶104与鼓泡装置11之间依次设置有第四压力表204、第四减压阀304和第四质量流量计404。

本实用新型中，第四压力表204用于检测第四载气瓶104的压力，第四减压阀304用于调节第四载气瓶104输出的第四气路气体的输入压力，第四质量流量计404用于调节第三载气瓶103气体进入鼓泡装置11的流量。

进一步地，汽化室14与混合罐12之间依次设置有第二三通602、第五质量流量计405和第五单向阀505。

本实用新型中，第二三通602的三个出口分别连通汽化室14、混合罐12 和针型阀13，针形阀13保证第五质量流量计405前端压力恒定，以及保证在第一气路中的汽化室14进气等于出气。第五质量流量计405用于调节汽化室 14进入混合罐12的流量。

鼓泡装置11与混合罐12之间设置有第四单向阀504。

进一步地，光热反应装置22通过四通18与在线检测装置23连通；

第一气固反应器1701、第二气固反应器1702和第三气固反应器1703与四通18之间分别设置有第二开关阀1502、第三开关阀1503和第四开关阀 1504。

本实用新型中，第一气固反应器1701、第二气固反应器1702和第三气固反应器1703反应后的气体均可以通过四通18流入在线检测装置23内。

进一步地，光热反应装置22与在线检测装置23之间设置有第七质量流量计407。

本实用新型中，第七质量流量计407用于调节第一气固反应器1701、第二气固反应器1702或第三气固反应器1703进入检测装置的气体的流量。

进一步地，在线检测装置23包括气相色谱、气相色谱-质谱联用或气体红外光谱仪。

本实用新型中，通过第一质量流量计401、第二质量流量计402、第三质量流量计403、第四质量流量计404和第五质量流量计405用于精准控制各路气体进入混合罐12的流量，第六质量流量计406用于平衡混合罐12的内部压力；第一温控系统、第二温控系统和第三温控系统精确控制各路气体及混合罐内有机废气的温度，以及连续注液泵10对有机气体浓度的控制，从而使得本实用新型实验室有机废气降解系统更大限度的对有机废气催化剂的性能进行表征。

本实用新型还提供了一种上述实验室有机废气降解系统评价有机废气催化剂的方法，包括以下步骤：

步骤1：将有机气体通过气体连续产生装置21的处理，得到预设浓度的有机废气；

步骤2：将预设浓度的有机废气通过光热催化反应装置在有机废气催化剂的作用下进行光热催化反应，得到降解后的有机废气；

步骤3：对降解后的有机废气采用在线检测装置23进行检测，得到有机废气催化剂催化性能。

本实用新型中，将有机气体通入气体连续产生装置21前，还包括：选定有机气体的实验参数：有机气体的种类及其浓度、温度、氧气浓度、反应流速，催化剂的种类和质量；

步骤1具体包括以下步骤：

步骤a：以选定的有机气体的浓度为基准，上下设置至少四个浓度梯度的标准气体的初始浓度，分别在第五载气瓶105处进行供气，利用在线检测装置检测的标准气体的浓度进行标准曲线绘制，其中，标准曲线的横坐标为浓度，纵坐标为在线检测装置23的检测信号(峰面积)；

步骤b：根据选定参数选择第一载气瓶101至第四载气瓶104的载气的种类、压力、流速以及温度，并调节参数，通过在线检测装置23检测出气体连续产生装置21提供的有机废气的浓度与标准曲线的比对，调整参数，得到选定浓度；

步骤2具体包括以下步骤：

步骤c：将固体催化剂装填到第一气固反应器1701或第二气固反应器 1702中，并进行暗吸附以及光、热催化的数据采集；

步骤d：将所测得的数据绘制曲线，其中以时间为横坐标，以测试浓度或者测试浓度与初始浓度的比值为纵坐标；

步骤e：通过以上操作步骤进一步调整反应时的温度、气体流速、气体浓度以及光谱的范围进行降解曲线的绘制并得到催化剂完整的光热催化性能数据。

以下就本实用新型所技术的一种实验室有机废气降解系统及其应用做进一步的说明。

实施例1

本实施例为有机废气选定浓度、湿度和氧气浓度的调节，其中，有机废气为苯乙烯，浓度为40ppm，湿度为20％，氧气含量为21％。

第一载气瓶101、第二载气瓶102、第四载气瓶104为氮气，第三载气瓶 103为氧气，连续注液泵10中加入苯乙烯液体(已知苯乙烯的沸点为145℃，但是苯乙烯在90℃-100℃下会发生聚合反应)，设置第一温度控制器801温度为70℃，打开第一载气瓶101，调整第一减压阀301使第五压力表205示数为合适位置(此位置与有机物的饱和蒸汽压和汽化室的温度有关，即低于该有机物在汽化室14温度下的饱和蒸汽压。)，设置第一质量流量计401流量为200mL/min，设置第五质量流量计405为3mL/min，调整针型阀至合适的位置(保证第一质量流量和第五质量流量计均可正常工作)；

打开第二载气瓶102，调整第二减压阀302使第六压力表206至合适的位置(即第二气路的压力高于混合罐12的压力即可)，设置第二质量流量计402 为100mL/min；

打开第三载气瓶103，调整第三减压阀303使第七压力表207至合适的位置(即第三气路的压力高于混合罐12的压力即可)，设置第三质量流量计403 为53mL/min；

打开第四载气瓶104，调整第四减压阀304使第八压力表208至合适的位置(即第四气路的压力高于混合罐12的压力即可)，设置第四质量流量计404 为100mL/min，设置第二温度控制器802参数为50℃；

关闭第一开关阀1501，观察混合罐12中的压力显示为0.1MPa时，设置第六质量流量计406为256mL/min，此时混合罐12的进气和出气保持平衡，第九压力表209压力示数应保持不变，假如压力示数减少，为漏气现象，此时应该检查气体连续产生装置21中的漏气位置；

调节第一三通阀1601，使得第一开关阀1501与第二三通阀1602连通，调节第二三通阀1602使得第三三通阀1603与第一三通阀1601连通，且与第二气固反应器1702连通，使得有机废气在第二固反应器1702，打开第三开关阀1503，关闭第二开关阀1502、第四开关阀1504；

设置第七质量流量计407流量为50mL/min，打开在线检测器23预热。

打开第一开关阀1501，调整第六质量流量计406流量为206mL/min，此时混合罐12的压力还应保持不变，假如压力示数减少，应为漏气现象，需要检查光热反应装置22中是否有漏气现象。

打开连续注液泵10，设置注液流量为2uL/min，此时在线检测器23可以开始进样检测，并对比标准曲线标定当前配气完成后的有机废气的浓度。

当换算后的浓度高于选定浓度时可以通过调低第五质量流量计405流量，此时为了保持混合罐12的压力不变，应调低第六质量流量计406相应的参数，反之调高，反复调节直至测得的浓度为所需要的浓度。例如测试发现苯乙烯的浓度低于40ppm，则第五质量流量计405流量设置为10mL/min，此时第六质量流量计406需要调整流量为213mL/min，反复调节直至测得的浓度为所需要的浓度；

苯乙烯浓度调节到40ppm后观察第三温度控制器803中湿度的示数，如果示数高于设定参数可以调低第四质量流量计404的流量，为了保持混合罐 12压力以及苯乙烯浓度不变，相应的需要调高第二质量流量计402相应的参数，反之第四质量流量计404调高，第二质量流量计402调低。例如观察湿度高于20％，则此时将第四质量流量计404流量设置为80mL/min，则第二质量流量计402参数设置为120mL/min，此时不影响混合罐12压力和苯乙烯的浓度以及氧气的浓度，反复调节直至测得的湿度为所需要的湿度。

此时有机废气的参数调节完毕，苯乙烯浓度为40ppm，湿度为20％，氧气含量为21％。

实施例2

本实施例为有机废气不同流量下的光催化剂性能测试。

以实施例1选定的有机废气为基准，称量40mg商用P25装填到第二反应器，光源19选择全光谱波段，调整第六质量流量计不同的反应流量，分别为30mL/min、50mL/min、70mL/min和90mL/min，在常温下进行暗吸附和光降解的数据采集。

如图4所示，实施例2有机废气催化剂P25催化不同流量的有机废气的催化效果图，其中横坐标为吸附时间，纵坐标为测定有机废气测定浓度与选定浓度的比值。有机废气在不同流速条件下，流速越快，催化剂吸附饱和所用的时间越短，而对于光催化来说流速越快失活速率越快。

实施例3

本实施例为有机废气不同温度下的光催化剂性能测试。

以实施例1选定的有机废气和实施例2选定的250mL/min的流量为基准，称量40mg商用P25装填到第一反应器和第二反应器，光源19选择全光谱波段，调整第一反应器的反应温度为100℃，调整第二反应器不同的反应温度为20℃、25℃(常温)，进行暗吸附和光降解的数据采集。

如图5所示，有机废气在不同温度条件下吸附饱和所需的时间差别不大，但是在高温和低温下可以吸附的最大量都低于常温下的吸附量，并且高温下的吸附量最少，而对于光催化来说在不同的温度下失活速率(失活时的斜率) 差别不大，但是高温和低温下的最大降解率都低于常温下的最大降解率。

实施例4

本实施例为有机废气不同浓度下的光催化剂性能测试。

以实施例2选定的250mL/min的流量为基准，称量40mg商用P25装填到第二反应器，光源19选择全光谱波段，调整有机废气不同的浓度分别为 40ppm、60ppm和100ppm，在常温下进行暗吸附和光降解的数据采集。

如图6所示，不同浓度的有机废气，浓度越低则吸附达到最大吸附量的时间越快，并且吸附的百分比越多，而对于光催化来说浓度越高失活速率越快。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种实验室有机废气降解系统，其特征在于，包括：气体连续产生装置、光热反应装置和在线检测装置；

所述气体连续产生装置包括：有机气体发生装置、水蒸气发生装置和气体混合装置；

所述有机气体发生装置包括：第一载气瓶、连续注液泵、汽化室和第一温控系统，所述温控系统用于控制所述汽化室的温度，所述连续注液泵、所述第一载气瓶与所述汽化室通过第一三通连通；

所述水蒸气发生装置包括：第四载气瓶、鼓泡装置和第二温控系统，所述第四载气瓶与所述鼓泡装置连通，所述第二温控系统用于控制所述鼓泡装置的温度；

所述气体混合装置包括：第二载气瓶、第三载气瓶、混合罐和第三温控系统，所述第二载气瓶、第三载气瓶与所述混合罐连通；

所述汽化室、所述鼓泡装置与所述混合罐连通，所述混合罐与所述光热反应装置连通，所述光热反应装置与在线检测装置连通；

所述第一载气瓶、第二载气瓶和第四载气瓶用于盛装氮气，所述第三载气瓶用于盛装氧气。

2.根据权利要求1所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述气体连续产生装置与所述光热反应装置之间依次设置有第六质量流量计、第一开关阀和第一三通阀；

所述光热反应装置包括：并联设置的第一气固反应器和第二气固反应器；

所述第一气固反应器和第二气固反应器的并联端的输入端通过第二三通阀与所述第一三通阀连通，输出端与所述在线检测装置连通。

3.根据权利要求2所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述第一气固反应器包括：第一反应器和第四温控系统，所述第四温控系统用于控制所述反应器的温度；

所述第二气固反应器包括：第二反应器和设置在所述第二反应器两侧的光源和冷却控温装置。

4.根据权利要求2所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述光热反应装置还包括：第五载气瓶和第三气固反应器；

第五载气瓶用于盛装标准有机废气；

所述第五载气瓶与所述第一三通阀连通，所述第三气固反应器与所述第二气固反应器并联设置，所述第三气固反应与所述第二气固反应器的并联的输入端通过第三三通阀与所述第二三通阀连通，输出端与所述在线检测装置连接。

5.根据权利要求1所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述第一载气瓶与所述汽化室依次设置有第一压力表、第一减压阀、第五压力表、第一质量流量计、第一单向阀和所述第一三通；

所述第二载气瓶与所述混合罐之间依次设置有第二压力表、第二减压阀、第六压力表、第二质量流量计和第二单向阀；

所述第三载气瓶与所述混合罐之间依次设置有第三压力表、第三减压阀、第七压力表、第三质量流量计和第三单向阀；

所述第四载气瓶与所述鼓泡装置之间依次设置有第四压力表、第四减压阀和第四质量流量计。

6.根据权利要求1所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述汽化室与所述混合罐之间依次设置有第二三通、第五质量流量计和第五单向阀；

所述鼓泡装置与所述混合罐之间设置有第四单向阀。

7.根据权利要求3所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述光热反应装置通过四通与所述在线检测装置连通；

所述第一气固反应器、第二气固反应器和第三气固反应器与所述四通之间分别设置有第二开关阀、第三开关阀和第四开关阀。

8.根据权利要求1所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述光热反应装置与所述在线检测装置之间设置有第七质量流量计。

9.根据权利要求1所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述在线检测装置包括气相色谱、气相色谱-质谱联用或气体红外光谱仪。

10.根据权利要求3所述的实验室有机废气降解系统，其特征在于，所述冷却控温装置包括：半导体制冷片组、水冷交换器、冷却水循环机、第五温控系统、鳍式聚冷风筒和聚风罩；

所述聚风罩设置在所述鳍式聚冷风筒的一端；

所述第五温控系统用于控制所述第二反应器的温度；

所述冷却水循环机与所述水冷交换器连通；

所述半导体制冷片组包括第一半导体制冷片组和第二半导体制冷片组，所述第一半导体制冷片组和所述第二半导体制冷片组对称设置在所述鳍式聚冷风筒的两侧，且通过导热硅脂与所述鳍式聚冷风筒进行贴合。

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