CN2728602Y - 一种处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器，所述的流过式光催化反应器具有一个有冷却夹层的反应器容器，该容器的上部具有进气口，下部具有出气口，在反应器容器的中部设置安装在玻璃保护套管中的紫外灯，反应器容器的气体流通道中设置有流过式光催化固定床，所说的流过式光催化固定床采用泡沫镍负载纳米ZnO－SnO₂复合氧化物光催化剂，该催化剂用固定在反应器中的金属网支撑。本流过式光催化反应器，结构简单，能连续进行反应，其光催化床上的光催化剂，催化活性高，并具有较强的抗失活能力。

Description

一种处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器

技术领域

本实用新型涉及一种用于处理空气中的挥发性有机物的光催化反应装置。

背景技术

由于在工农业生产中以及人们日常生活中大量生产和广泛使用着挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)，这些化合物已经给水、土壤和空气，特别是室内空气带来了严重的污染。众所周知，挥发性有机化合物大多数是有毒的，有些甚至可以诱发疾病、具有三致作用(致癌、致畸或致突变)，其中氯代挥发性有机物，如三氯乙烯，四氯乙烯，二氯甲烷等等，就是常见的毒性较强化合物。因此VOCs对人类的生活环境和健康产生越来越大的威胁，加强环境污染的控制和积极修复已污染的环境来改进环境质量是当前人类紧迫的任务之一，尤其是室内空气的质量对人体健康有着最为重要的影响，室内空气质量的下降已经引起了所谓″致病建筑物综合症(Sick Building Syndrome，简称SBS)″现象。据了解人的一生平均有80-90的时间是在室内渡过的，因此，室内空气质量就与人体健康更为密切相关，更为人们所关注。

目前从空气中除去VOCs一般方法是利用吸收、吸附、汽提、高温焚烧和催化焚烧等方法，但这些方法都有一定的局限性，均可带来二次污染。而光催化氧化技术却具有可在常温常压下进行、能量消耗低、对污染物的降解效率高、同时可降解多种污染物等特点，因此光催化技术将是一种很有应用前景的环境治理手段，特别是室内空气净化的好方法。但目前用于对空气中有机物进行降解脱毒处理的光催化反应器，如CN2378113所公开的光催化空气处理器，所采用的光催化床催化活性不高，处理效能较低。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种能有效对空气中的挥发性有机物进行降解脱毒，光催化处理效能高的流过式光催化反应器。

本实用新型的技术结构方案是，所述的流过式光催化反应器具有一个有冷却夹层的反应器容器，该容器的上部具有进气口，下部具有出气口，在反应器容器的中部设置安装在玻璃保护套管中的紫外灯，其特征在于反应器容器的气体流通道中设置有流过式光催化固定床，所说的流过式光催化固定床采用泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂，该催化剂用固定在反应器中的金属网支撑。

在所说的反应器容器的气体流通道中，可以设置有1～4层流过式光催化固定床。这样的巧妙设计使得空气中的挥发性有机污染物在循环反应的过程中可以不断地穿过多孔的负载化光催化剂床层，有效地增加了挥发性有机物与光催化剂床层的实际接触，增加了挥发性有机污染物在催化剂表面的吸附量，从而能够有效地提高光催化降解挥发性有机物的效率。

制备本实用新型的泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂的方法很多，常用方法是先用共沉淀法制备ZnO-SnO₂纳米粉体，以ZnSO₄·7H₂O和SnCL₄·5HO为原料，以NH₃·H₂O作沉淀剂，按物质的量比2∶1分别称取ZnSO₄·7H₂O和SnCl₄·5HO，各自溶解在去离子水中后，再使其充分混合，在剧烈搅拌下滴加1∶1(v/v)的NH₃·H₂O溶液，直到pH值约为7左右，得到的白色沉淀，并继续搅拌12小时制得凝胶。随后在没有进一步洗涤的情况下，对凝胶进行减压过滤，得到的滤饼在100℃-110℃温度下烘干得到干凝胶，充分研磨后，再在高温箱式电阻炉中缓慢升温至不同温度煅烧一定时间，即得到ZnO-SnO₂纳米粉体；然后进行复合氧化物粉体的负载固定，将ZnO-SnO₂纳米粉体加入去离子水，经超声分散和搅拌，得到分散均匀的白色浆状物，再将含有ZnO-SnO₂纳米粉体的白色浆状物均匀地涂布在泡沫镍圆片的表面，烘干后即制得泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂。

本实用新型所采用的泡沫镍负载的纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂，光催化活性较高，抗失活能力较强。常用的TiO₂光催化剂在无水气氛或有水蒸汽存在情况下，其光催化活性不能持久稳定，容易失活；而试验证明，本实用新型的泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂在无水气氛状态下仍然能够几乎100％地降解转化三氯乙烯，而且其光催化活性能长时间保持，不容易失活。

本实用新型的流过式光催化反应器，由于在反应器中设置流过式光催化固定床，结构简单，能连续进行反应，特别是采用泡沫镍负载的多孔可流过式纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂，该催化剂在各种湿度范围内都具有较高的催化活性，在各种湿度范围内都能有效地将三氯乙烯光催化降解消除，并具有较强的抗失活能力。因此，本实用新型是一种处理空气中挥发性有机物的高效连续流过式光催化反应器。

附图说明

图1为本实用新型的流过式光催化反应器的结构示意图。

图2表示本实用新型的流过式光催化反应器进行三氯乙烯光催化降的试验结果。

图3为表示催化剂的活性与光照时间的关系图。

具体实施方式

如图1所示的本实用新型用于处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器结构中，有一个不锈钢的带有夹层的反应器容器1，反应器容器1由上下两部分组成，并通过法兰2连接，上部有反应气进气口，下部有反应气出气口，反应器容器1的夹层通冷却水冷却容器壁。在反应器中设置有安装在玻璃保护套管4内的紫外灯3，在反应器的下部设置有流过式光催化剂固定床5，该固定床5具有一个固定在反应器中的金属网，用以支撑承载于网上的泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂，所说的泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂由将含有ZnO-SnO₂纳米粉体的白色浆状物均匀地涂布在泡沫镍圆片的表面再烘干而制成。

用该流过式光催化反应器处理含有挥发性有机物的空气时，打开紫外灯，向反应器夹层通冷却水将反应器的温度保持在40℃左右，含有挥发性有机物的空气从反应器顶端的反应气进气口流入，从底部的反应气出气口流出，流过反应器的空气中的挥发性有机物在反应器中穿过催化剂床层的时候与催化剂接触并发生吸附从而发生光催化降解而消除。试验表明，向本连续流过式光催化反应器连续通入含有典型的挥发性有机污染物三氯乙烯的反应气体时，三氯乙烯几乎可以100％降解。

图2中的光催化降解曲线为向本流过式光催化反应器通入三氯乙烯气体进行降解试验的测试结果，图中，直接光解曲线为反应器中没有放置光催化剂的试验结果。从图2可以明显地看出，光催化降解的效率很高，在该实验条件下，几乎可以100％降解三氯乙烯。

图3是表示向本流过式光催化反应器连续通入三氯乙烯气体，在紫外光照射下测试反应器的三氯乙烯出口浓度的结果，实验是在无水气氛以及气体流速300mL/min、三氯乙烯入口浓度400ppmv条件下进行的。可以看到，随着光源的打开，三氯乙烯出口浓度会急剧下降，但随着光照时间的延长，到220min时，三氯乙烯出口浓度基本稳定，并且随后一直保持稳定，可见，在本反应器中，泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂在无水气氛状态下仍然能够几乎100％地降解转化三氯乙烯，并还发现经过多次长时间的实验后，泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂的光催化活性仍然保持。在图2、图3中，C/C₀表示三氯乙烯出口浓度与三氯乙烯入口浓度的比值。

Claims (2)

1、一种处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器，具有一个有冷却夹层的反应器容器(1)，该容器的上部具有进气口，下部具有出气口，在反应器容器(1)的中部设置安装在玻璃保护套管(4)中的紫外灯(3)，其特征在于反应器容器(1)的气体流通道中设置有流过式光催化固定床(5)，所说的流过式光催化固定床(5)采用泡沫镍负载纳米ZnO-SnO₂复合氧化物光催化剂，该光催化剂用固定在反应器中的金属网支撑。

2、根据权利要求1所述的处理空气中挥发性有机物的高效流过式光催化反应器，其特征在于所说的反应器容器(1)的气体流通道中设置有1～4层流过式光催化固定床(5)。

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