專利名稱：一種處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效流過式光催化反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于處理空氣中的揮發(fā)性有機物的光催化反應裝置。
背景技術：
由于在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中以及人們?nèi)粘Ｉ钪写罅可a(chǎn)和廣泛使用著揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds，VOCs)，這些化合物已經(jīng)給水、土壤和空氣，特別是室內(nèi)空氣帶來了嚴重的污染。眾所周知，揮發(fā)性有機化合物大多數(shù)是有毒的，有些甚至可以誘發(fā)疾病、具有三致作用(致癌、致畸或致突變)，其中氯代揮發(fā)性有機物，如三氯乙烯，四氯乙烯，二氯甲烷等等，就是常見的毒性較強化合物。因此VOCs對人類的生活環(huán)境和健康產(chǎn)生越來越大的威脅，加強環(huán)境污染的控制和積極修復已污染的環(huán)境來改進環(huán)境質(zhì)量是當前人類緊迫的任務之一，尤其是室內(nèi)空氣的質(zhì)量對人體健康有著最為重要的影響，室內(nèi)空氣質(zhì)量的下降已經(jīng)引起了所謂″致病建筑物綜合癥(Sick Building Syndrome，簡稱SBS)″現(xiàn)象。據(jù)了解人的一生平均有80-90的時間是在室內(nèi)渡過的，因此，室內(nèi)空氣質(zhì)量就與人體健康更為密切相關，更為人們所關注。
目前從空氣中除去VOCs一般方法是利用吸收、吸附、汽提、高溫焚燒和催化焚燒等方法，但這些方法都有一定的局限性，均可帶來二次污染。而光催化氧化技術卻具有可在常溫常壓下進行、能量消耗低、對污染物的降解效率高、同時可降解多種污染物等特點，因此光催化技術將是一種很有應用前景的環(huán)境治理手段，特別是室內(nèi)空氣凈化的好方法。但目前用于對空氣中有機物進行降解脫毒處理的光催化反應器，如CN2378113所公開的光催化空氣處理器，所采用的光催化床催化活性不高，處理效能較低。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提出一種能有效對空氣中的揮發(fā)性有機物進行降解脫毒，光催化處理效能高的流過式光催化反應器。
本實用新型的技術結構方案是，所述的流過式光催化反應器具有一個有冷卻夾層的反應器容器，該容器的上部具有進氣口，下部具有出氣口，在反應器容器的中部設置安裝在玻璃保護套管中的紫外燈，其特征在于反應器容器的氣體流通道中設置有流過式光催化固定床，所說的流過式光催化固定床采用泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑，該催化劑用固定在反應器中的金屬網(wǎng)支撐。
在所說的反應器容器的氣體流通道中，可以設置有1～4層流過式光催化固定床。這樣的巧妙設計使得空氣中的揮發(fā)性有機污染物在循環(huán)反應的過程中可以不斷地穿過多孔的負載化光催化劑床層，有效地增加了揮發(fā)性有機物與光催化劑床層的實際接觸，增加了揮發(fā)性有機污染物在催化劑表面的吸附量，從而能夠有效地提高光催化降解揮發(fā)性有機物的效率。
制備本實用新型的泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑的方法很多，常用方法是先用共沉淀法制備ZnO-SnO2納米粉體，以ZnSO4·7H2O和SnCL4·5HO為原料，以NH3·H2O作沉淀劑，按物質(zhì)的量比2∶1分別稱取ZnSO4·7H2O和SnCl4·5HO，各自溶解在去離子水中后，再使其充分混合，在劇烈攪拌下滴加1∶1(v/v)的NH3·H2O溶液，直到pH值約為7左右，得到的白色沉淀，并繼續(xù)攪拌12小時制得凝膠。隨后在沒有進一步洗滌的情況下，對凝膠進行減壓過濾，得到的濾餅在100℃-110℃溫度下烘干得到干凝膠，充分研磨后，再在高溫箱式電阻爐中緩慢升溫至不同溫度煅燒一定時間，即得到ZnO-SnO2納米粉體；然后進行復合氧化物粉體的負載固定，將ZnO-SnO2納米粉體加入去離子水，經(jīng)超聲分散和攪拌，得到分散均勻的白色漿狀物，再將含有ZnO-SnO2納米粉體的白色漿狀物均勻地涂布在泡沫鎳圓片的表面，烘干后即制得泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑。
本實用新型所采用的泡沫鎳負載的納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑，光催化活性較高，抗失活能力較強。常用的TiO2光催化劑在無水氣氛或有水蒸汽存在情況下，其光催化活性不能持久穩(wěn)定，容易失活；而試驗證明，本實用新型的泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑在無水氣氛狀態(tài)下仍然能夠幾乎100％地降解轉(zhuǎn)化三氯乙烯，而且其光催化活性能長時間保持，不容易失活。
本實用新型的流過式光催化反應器，由于在反應器中設置流過式光催化固定床，結構簡單，能連續(xù)進行反應，特別是采用泡沫鎳負載的多孔可流過式納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑，該催化劑在各種濕度范圍內(nèi)都具有較高的催化活性，在各種濕度范圍內(nèi)都能有效地將三氯乙烯光催化降解消除，并具有較強的抗失活能力。因此，本實用新型是一種處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效連續(xù)流過式光催化反應器。


圖1為本實用新型的流過式光催化反應器的結構示意圖。
圖2表示本實用新型的流過式光催化反應器進行三氯乙烯光催化降的試驗結果。
圖3為表示催化劑的活性與光照時間的關系圖。
具體實施方式
如圖1所示的本實用新型用于處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效流過式光催化反應器結構中，有一個不銹鋼的帶有夾層的反應器容器1，反應器容器1由上下兩部分組成，并通過法蘭2連接，上部有反應氣進氣口，下部有反應氣出氣口，反應器容器1的夾層通冷卻水冷卻容器壁。在反應器中設置有安裝在玻璃保護套管4內(nèi)的紫外燈3，在反應器的下部設置有流過式光催化劑固定床5，該固定床5具有一個固定在反應器中的金屬網(wǎng)，用以支撐承載于網(wǎng)上的泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑，所說的泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑由將含有ZnO-SnO2納米粉體的白色漿狀物均勻地涂布在泡沫鎳圓片的表面再烘干而制成。
用該流過式光催化反應器處理含有揮發(fā)性有機物的空氣時，打開紫外燈，向反應器夾層通冷卻水將反應器的溫度保持在40℃左右，含有揮發(fā)性有機物的空氣從反應器頂端的反應氣進氣口流入，從底部的反應氣出氣口流出，流過反應器的空氣中的揮發(fā)性有機物在反應器中穿過催化劑床層的時候與催化劑接觸并發(fā)生吸附從而發(fā)生光催化降解而消除。試驗表明，向本連續(xù)流過式光催化反應器連續(xù)通入含有典型的揮發(fā)性有機污染物三氯乙烯的反應氣體時，三氯乙烯幾乎可以100％降解。
圖2中的光催化降解曲線為向本流過式光催化反應器通入三氯乙烯氣體進行降解試驗的測試結果，圖中，直接光解曲線為反應器中沒有放置光催化劑的試驗結果。從圖2可以明顯地看出，光催化降解的效率很高，在該實驗條件下，幾乎可以100％降解三氯乙烯。
圖3是表示向本流過式光催化反應器連續(xù)通入三氯乙烯氣體，在紫外光照射下測試反應器的三氯乙烯出口濃度的結果，實驗是在無水氣氛以及氣體流速300mL/min、三氯乙烯入口濃度400ppmv條件下進行的?？梢钥吹?，隨著光源的打開，三氯乙烯出口濃度會急劇下降，但隨著光照時間的延長，到220min時，三氯乙烯出口濃度基本穩(wěn)定，并且隨后一直保持穩(wěn)定，可見，在本反應器中，泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑在無水氣氛狀態(tài)下仍然能夠幾乎100％地降解轉(zhuǎn)化三氯乙烯，并還發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多次長時間的實驗后，泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑的光催化活性仍然保持。在圖2、圖3中，C/C0表示三氯乙烯出口濃度與三氯乙烯入口濃度的比值。
權利要求1.一種處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效流過式光催化反應器，具有一個有冷卻夾層的反應器容器(1)，該容器的上部具有進氣口，下部具有出氣口，在反應器容器(1)的中部設置安裝在玻璃保護套管(4)中的紫外燈(3)，其特征在于反應器容器(1)的氣體流通道中設置有流過式光催化固定床(5)，所說的流過式光催化固定床(5)采用泡沫鎳負載納米ZnO-SnO2復合氧化物光催化劑，該光催化劑用固定在反應器中的金屬網(wǎng)支撐。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效流過式光催化反應器，其特征在于所說的反應器容器(1)的氣體流通道中設置有1～4層流過式光催化固定床(5)。
專利摘要本實用新型提供一種用于處理空氣中揮發(fā)性有機物的高效流過式光催化反應器，所述的流過式光催化反應器具有一個有冷卻夾層的反應器容器，該容器的上部具有進氣口，下部具有出氣口，在反應器容器的中部設置安裝在玻璃保護套管中的紫外燈，反應器容器的氣體流通道中設置有流過式光催化固定床，所說的流過式光催化固定床采用泡沫鎳負載納米ZnO－SnO
文檔編號B01D53/86GK2728602SQ20042008871
公開日2005年9月28日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權日2004年9月28日
發(fā)明者安太成, 傅家謨, 張茂林, 盛國英 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所