專利名稱：一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法及其凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法及其凈化裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類生產(chǎn)活動范圍的日益擴大，導(dǎo)致出現(xiàn)了越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染。特別是揮發(fā)性有機化合物對環(huán)境的污染非常嚴(yán)重，已經(jīng)廣泛地存在于水體、土壤和空氣中。這些揮發(fā)性有機化合物大多數(shù)對人體有毒，通過光化學(xué)反應(yīng)還可以破壞大氣臭氧層，對大氣環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。其中，羰基化合物是一類主要的揮發(fā)性有機污染物，甲醛、乙醛等低分子量羰基化合物是室內(nèi)的主要污染物，對人體毒害非常大，并且被認(rèn)為具有致癌作用。
目前，人們正在研究通過光催化降解凈化空氣中的有機污染物。但是在低濃度揮發(fā)性有機化合物的氣固相光催化降解中，由于氣相中有機化合物濃度通常較低，因而降解反應(yīng)物與光催化劑接觸機會較小，導(dǎo)致光催化降解的效率低下，當(dāng)氣相中有機化合物濃度低到一定程度時甚至不能有效降解，因而使得低濃度有機污染物的完全凈化需要很長的反應(yīng)時間。因此，要真正實現(xiàn)典型室內(nèi)污染濃度水平的有毒揮發(fā)性有機化合物的有效光催化降解，必須保證降解的有機污染物與光催化劑具有充分的接觸。為此，目前已有研究第一步通過吸附劑先吸附濃縮低濃度氣相有機化合物，然后第二步再通過解吸，第三步在高濃度下光催化降解有機污染物，以達到降解消除空氣中低濃度的有毒有機化合物，然而這種技術(shù)操作煩瑣復(fù)雜，組合工藝的成本相對也很大，因此不適合實際應(yīng)用。此外，對于氣-固相光催化反應(yīng)來說，有效的光催化反應(yīng)空間應(yīng)當(dāng)同時存在光、反應(yīng)底物和光催化劑。也就是說光在整個反應(yīng)器中的分布越均勻越好，因為未被光輻照的催化劑是無效的，而當(dāng)局部光催化劑被過度輻照時，也僅是有少部分光能最終引發(fā)光催化反應(yīng)，而大部分光能則以熱輻射等形式損耗掉，從而導(dǎo)致光量子效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法及其凈化裝置。該凈化方法處理效率高，實施簡單便捷；該凈化裝置中光、催化劑、反應(yīng)物能充分接觸，大大提高了光量子效率，使氣相有機物的光催化降解具有較高的效率，并且更容易進行光催化劑的再生裝卸操作。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法包括如下步驟和工藝條件將含有低濃度有機物的空氣按0.15～1.5m3/h的流速循環(huán)通過光催化劑流動床1～4小時，在氣流的作用下，負(fù)載型光催化劑處于“沸騰”狀態(tài)；同時向流動床開啟紫外光照射，空氣中的有機污染物吸附在催化劑表面進行光催化反應(yīng)，隨著空氣不斷循環(huán)，光催化反應(yīng)連續(xù)循環(huán)進行，從而將有機污染物降解消除。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述空氣中的有機物含量為60～600ppb；所述有機物包括羰基化合物，所述羰基化合物包括甲醛、乙醛、丙醛或丙酮中的一種或一種以上混合物；所述空氣濕度范圍為4～13.5mg/m3，氧氣濃度范圍為5～80％；所述負(fù)載型光催化劑包括TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑或TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑；所述光催化劑比表面積大小為300～800m2/g，負(fù)載量為2～15％；所述紫外光照射主波長為365納米。
所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5～20∶30～50的白色漿狀物，繼續(xù)攪拌得到透明溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2～4小時后，得到半透明凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述半透明凝膠溶液中進行2～10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70～90℃下烘干1～2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2的質(zhì)量比為85～98∶2～15；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300～650℃下煅燒2～8小時，即得所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑。
所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5～20∶30～50的白色漿狀物，攪拌2～4小時后，在劇烈攪拌的條件下將事先充分溶漲12～36小時后的0.1～20％的粘土(200目蒙脫石)懸浮溶液加入，繼續(xù)攪拌得到混合溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2～4小時后，得到混合凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述混合凝膠溶液中進行2～10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70～90℃下烘干1～2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2/粘土的質(zhì)量比為85～98∶2～15；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300～650℃下煅燒2～8小時，即得所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
TiO2由于既有較高的光催化活性，又具有抗光腐蝕，而且便宜、易得，在酸堿條件下穩(wěn)定難溶以及無毒等突出的優(yōu)點而被廣泛研究。但目前國內(nèi)廣泛使用的TiO2納米粉光催化劑(如商業(yè)P25 TiO2)存在一些不足，例如，在使用過程中，存在易聚集以及難以分離和回收等，這些問題都限制了TiO2的應(yīng)用發(fā)展。此外，由于空氣中有機污染物濃度一般很低，直接使用TiO2納米粉時催化效率也較低。本發(fā)明選擇合適的具有吸附性能的載體硅膠將這些較低濃度的污染物富集，為光催化劑提供一個較高濃度的催化環(huán)境，因而有利于提高空氣中低濃度有機污染物的催化效率。上述制備方法中，采用硅膠作載體是因為紫外光能夠穿透過硅膠而不影響紫外光的穿透性，并且多孔硅膠具有較大的比表面積和較強的吸附性能，選取合適的粒徑固載化后在流動床反應(yīng)器中具有較好的流動性。而且在制備溶膠凝膠時用醋酸來代替常用的HCl或HNO3具有一定的優(yōu)點。在醋酸介質(zhì)中，鈦酸丁酯水解速度慢，條件容易控制，在體系中生成了多聚物，如Ti(OH)x(OAC)y、Ti(OC4H9)x(OAC)y、TinO2n-(x+y)/2(OH)x(OC4H9)y等，可以形成穩(wěn)定均質(zhì)的凝膠。
在氣固相光催降解反應(yīng)中，反應(yīng)氣體的流速對光催化降解反應(yīng)有重要的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，甲醛和乙醛受流速的影響相類似，而丙醛和丙酮受流速的影響相類似，在0.15～1.5m3/h范圍內(nèi)降解去除率較好，但當(dāng)流速超出上述范圍時，四種化合物的降解去除率都顯著降低。
根據(jù)異相光催化原理，水分的存在對光催化反應(yīng)也有重要影響。實驗發(fā)現(xiàn)，在4～13.5mg/m3范圍內(nèi)，反應(yīng)物的降解去除率較為穩(wěn)定；超出這一范圍，則由于水分子代替反應(yīng)物分子占據(jù)催化劑的表面活性點，導(dǎo)致光催化降解效率降低。
根據(jù)異相光催化原理，氧氣作為一種反應(yīng)物和光生電子捕獲劑，在異相光催化反應(yīng)中必不可少，對光催化反應(yīng)具有重要的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，氧氣含量為零時，四種羰基化合物的光催化降解效率很低，當(dāng)氧氣含量達5％時，光催化降解效率大大提高，但當(dāng)氧氣濃度超過80％時，光催化降解效率幾乎不受氧氣濃度影響。
所述一種空氣中有機物的凈化裝置是一種連續(xù)循環(huán)流動床光催化反應(yīng)器，采用三層柱狀反應(yīng)器，最內(nèi)層是石英U型管，所述石英U型管內(nèi)同軸放置光源紫外燈，外層和中層之間設(shè)置有冷卻水夾套，所述石英U型管與中層之間為光催化劑流動床層，所述反應(yīng)器的底部開有氣體入口，頂端開有氣體出口，反應(yīng)器的下部有冷卻水入口，反應(yīng)器的上部有冷卻水出口，在所述光催化劑流動床層的下部固定有多孔砂芯，其上支撐有負(fù)載型光催化劑，在光催化劑流動床層的上部固定有玻璃纖維層。
所述U型管采用石英玻璃管，外層和中層采用普通硬質(zhì)玻璃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果1、在本發(fā)明的凈化裝置中，光、催化劑、反應(yīng)物能夠充分接觸，大大提高了光量子效率，使低濃度氣相有機物的光催化降解具有較高的效率；并且連續(xù)循環(huán)流動床反應(yīng)器更容易進行光催化劑的裝卸操作，使催化劑再生過程更為方便。
2、本發(fā)明的凈化方法和凈化裝置能夠?qū)⒖諝庵械亩喾N低濃度有機污染物同時降解為無毒化合物。
3、本發(fā)明將高活性納米TiO2或者納米TiO2/clay和高吸附性載體硅膠SiO2有機結(jié)合，制備出高活性、高吸附性的光催化劑，在光催化降解過程中使低濃度的有機化合物一邊原位吸附富集一邊原位光催化降解，使得吸附富集有機污染物的光催化劑可以不斷原位再生，因此不但簡化了操作，而且大大提高了光催化使用壽命和光催化降解的效率。


圖1為本發(fā)明一種空氣中有機物的凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為TiO2納米粉體的X-射線衍射分析圖譜；圖3為硅膠和納米TiO2/硅膠催化劑的電鏡照片；圖4為混合羰基化合物的濃度與光照時間的關(guān)系圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1如圖1所示，本發(fā)明所述一種空氣中低濃度有機污染物的凈化裝置是一種連續(xù)循環(huán)流動床光催化反應(yīng)器，采用一個三層柱狀玻璃反應(yīng)器，最內(nèi)層是U型石英玻璃管1，外層和中層是普通硬質(zhì)玻璃，在U型石英玻璃管1內(nèi)同軸放置光源紫外燈7，外層和中層之間的夾層為冷卻水夾套4，U型石英玻璃管1與中層之間的空間為光催化劑流動床層5，反應(yīng)器的底部有反應(yīng)氣入口8，頂端有反應(yīng)氣出口2，反應(yīng)器的下部有冷卻水入口6，反應(yīng)器的上部有冷卻水出口10，在光催化劑流動床層5的下部固定了一個多孔砂芯9，支撐負(fù)載型光催化劑，在光催化劑流動床層5的上部固定了一層玻璃纖維層3，以防止負(fù)載型光催化劑隨氣流流出，反應(yīng)空氣循環(huán)地通過光催化劑流動床多次進行接觸光催化反應(yīng)。負(fù)載型光催化劑可以采用TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑或TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
實施例2TiO2/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5∶30的白色漿狀物，繼續(xù)攪拌得到透明溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2小時后，得到半透明凝膠溶液；第二步 將一定量的硅膠(經(jīng)過稀硝酸處理和雙蒸水洗滌，并在120℃下進行了2小時干燥)加入上述半透明凝膠溶液中進行2次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70℃下烘干2小時，得到光催化劑前驅(qū)體；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于450℃下煅燒4小時，即得所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑(催化劑的負(fù)載量為15％，則相應(yīng)的負(fù)載體硅膠為85％)。
實施例3TiO2/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶10∶40的白色漿狀物，繼續(xù)攪拌得到透明溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌3小時后，得到半透明凝膠溶液；
第二步 將一定量的硅膠(經(jīng)過稀硝酸處理和雙蒸水洗滌，并在120℃下進行了2小時干燥)加入上述半透明凝膠溶液中進行5次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在80℃下烘干1.5小時，得到光催化劑前驅(qū)體；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300℃下煅燒8小時，即得所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑(催化劑的負(fù)載量為10％，則相應(yīng)的負(fù)載體硅膠為90％)。
實施例4TiO2/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶20∶50的白色漿狀物，繼續(xù)攪拌得到透明溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌4小時后，得到半透明凝膠溶液；第二步 將一定量的硅膠(經(jīng)過稀硝酸處理和雙蒸水洗滌，并在120℃下進行了2小時干燥)加入上述半透明凝膠溶液中進行10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在90℃下烘干1小時，得到光催化劑前驅(qū)體；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于650℃下煅燒2小時，即得所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑(催化劑的負(fù)載量為2％，則相應(yīng)的負(fù)載體硅膠為98％)。
如圖2所示，對本發(fā)明制備的TiO2納米粉末進行X-射線衍射分析。本發(fā)明制備的TiO2屬于銳鈦礦型，根據(jù)Scherrer公式計算得到TiO2的平均粒徑為15.1nm。如圖3所示，為了解硅膠的表面形態(tài)和納米TiO2/硅膠的表面負(fù)載狀態(tài)，利用掃描電子顯微鏡對硅膠的表面以及納米TiO2/硅膠催化劑反應(yīng)前后的表面進行了觀察。硅膠的表面是粗糙不平的(圖3a)，但包膜負(fù)載后，TiO2納米粒子均勻地包覆在硅膠的表面，并且硅膠的表面被TiO2納米粒子完全覆蓋，幾乎沒有團聚現(xiàn)象，表面TiO2納米粒子的平均顆粒尺寸為10nm左右(圖3b)。作為對比，對在相同制備條件和煅燒條件下制備的TiO2納米粉末也進行了掃描電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)有部分團聚，并且顆粒尺寸比負(fù)載時稍大，在17nm左右(圖3d)，這與掃描電鏡的結(jié)果基本一致。上述結(jié)果說明以硅膠為載體，通過負(fù)載處理，抑制了晶體生長，減少了納米粒子的團聚，得到均勻分布、小顆粒的納米TiO2膜。反應(yīng)前TiO2/硅膠催化劑和光催化反應(yīng)48小時后TiO2/硅膠催化劑(圖3c)的表面形態(tài)幾乎沒有什么變化。
以N2為吸附氣體采用BET法測定了硅膠、TiO2納米粉末和納米TiO2/硅膠光催化劑(TiO2負(fù)載量為4.7％)的比表面積，測定結(jié)果為硅膠、TiO2納米粉末、反應(yīng)前納米TiO2/硅膠光催化劑以及光催化反應(yīng)48小時后TiO2/硅膠催化劑的比表面積分別為389m2/g、82m2/g、353m2/g和343m2/g。結(jié)果說明，硅膠通過負(fù)載包膜后，比表面積稍稍降低了一點，可能是因為硅膠上的部分納米微孔被納米TiO2阻塞或覆蓋。另外，在本發(fā)明制得的負(fù)載型光催化劑同樣具有較大的比表面積，并且反應(yīng)前后變化不大，負(fù)載型光催化劑的比表面積比TiO2納米粉末大得多，所以負(fù)載型催化劑都具有很好的吸附性能。
實施例5TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶15∶40的白色漿狀物，攪拌3小時后，在劇烈攪拌的條件下將事先充分溶漲24小時后的10％的粘土(200目蒙脫石)懸浮溶液加入，繼續(xù)攪拌得到混合溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2小時后，得到混合凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述混合凝膠溶液中進行6次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在80℃下烘干2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2/粘土的質(zhì)量比為90∶10；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于600℃下煅燒5小時，即得所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
實施例6TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5∶30的白色漿狀物，攪拌4小時后，在劇烈攪拌的條件下將事先充分溶漲36小時后的20％的粘土(200目蒙脫石)懸浮溶液加入，繼續(xù)攪拌得到混合溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌4小時后，得到混合凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述混合凝膠溶液中進行10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在90℃下烘干1小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2/粘土的質(zhì)量比為98∶2；
第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300℃下煅燒8小時，即得所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
實施例7TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶20∶50的白色漿狀物，攪拌2小時后，在劇烈攪拌的條件下將事先充分溶漲12小時后的0.1％的粘土(200目蒙脫石)懸浮溶液加入，繼續(xù)攪拌得到混合溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌3小時后，得到混合凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述混合凝膠溶液中進行2次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70℃下烘干2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2/粘土的質(zhì)量比為85∶15；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于650℃下煅燒2小時，即得所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
實施例8空氣中有機物的凈化方法包括如下步驟和工藝條件第一步 將含有低濃度(60ppb)甲醛的空氣(空氣濕度為4mg/m3，氧氣濃度為5％)按0.15m3/h的流速循環(huán)由反應(yīng)器底部的入口進入反應(yīng)器，并通過光催化劑流動床層(光催化劑床層填充TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑，負(fù)載型光催化劑粒徑大小為20目，光催化劑比表面積大小為300m2/g，TiO2的負(fù)載量為15％)反應(yīng)1小時，在氣流的作用下，負(fù)載型光催化劑處于“沸騰”狀態(tài)；第二步 同時向流動床開啟365nm紫外光照射，甲醛在TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑表面進行光催化反應(yīng)，隨著空氣不斷循環(huán)，光催化反應(yīng)連續(xù)循環(huán)進行，降解率達到100％。
實施例9空氣中有機物的凈化方法包括如下步驟和工藝條件第一步 將含有低濃度(600ppb)甲醛、乙醛、丙醛和丙酮的空氣(空氣濕度為9.5mg/m3，氧氣濃度為80％)按1.5m3/h的流速循環(huán)由反應(yīng)器底部的入口進入反應(yīng)器，并通過光催化劑流動床層(光催化劑床層填充TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑，負(fù)載型光催化劑粒徑大小為60目，光催化劑比表面積大小為600m2/g，TiO2的負(fù)載量為10％)反應(yīng)4小時，在氣流的作用下，負(fù)載型光催化劑處于“沸騰”狀態(tài)；第二步 同時向流動床開啟365nm紫外光照射，甲醛、乙醛、丙醛和丙酮在TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑劑表面進行光催化反應(yīng)，隨著空氣不斷循環(huán)，光催化反應(yīng)連續(xù)循環(huán)進行，降解率達到96％。
實施例10空氣中有機物的凈化方法包括如下步驟和工藝條件第一步 將含有低濃度(300ppb)甲醛和丙酮的空氣(空氣濕度為13.5mg/m3，氧氣濃度為30％)按0.5m3/h的流速循環(huán)由反應(yīng)器底部的入口進入反應(yīng)器，并通過光催化劑流動床層(光催化劑床層填充TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑，負(fù)載型光催化劑粒徑大小為100目，光催化劑比表面積大小為800m2/g，TiO2的負(fù)載量為2％)反應(yīng)3小時，在氣流的作用下，負(fù)載型光催化劑處于“沸騰”狀態(tài)；第二步 同時向流動床開啟365nm紫外光照射，甲醛和丙酮醛在TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑表面進行光催化反應(yīng)，隨著空氣不斷循環(huán)，光催化反應(yīng)連續(xù)循環(huán)進行，降解率達到93％。
比較實施例混合羰基化合物的光催化降解動力學(xué)實驗時，在本發(fā)明所述凈化裝置中裝入5g光催化劑(TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑)，從進樣口注入分別600ppm的反應(yīng)混合物(含甲醛、乙醛、丙醛和丙酮液體反應(yīng)混合物)，光催化降解反應(yīng)是在空氣介質(zhì)和濕度0.4mg/m3條件下進行的。不同光照時間時光催化降解的結(jié)果如圖4所示，四種羰基化合物都容易被光催化降解，并且降解容易程度為丙醛＞丙酮＞乙醛＞甲醛。在2小時光照時間內(nèi)乙醛和甲醛降解去除率都高達80％以上，其中丙酮和丙醛高達99％以上。
權(quán)利要求
1.一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，包括如下步驟和工藝條件將含有低濃度有機物的空氣按0.15～1.5m3/h的流速循環(huán)通過光催化劑流動床1～4小時，在氣流的作用下，負(fù)載型光催化劑處于“沸騰”狀態(tài)；同時向流動床開啟紫外光照射，空氣中的有機污染物吸附在催化劑表面進行光催化反應(yīng)，隨著空氣不斷循環(huán)，光催化反應(yīng)連續(xù)循環(huán)進行，將有機污染物降解消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述空氣中的有機物含量為60～600ppb。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述有機物包括羰基化合物，所述羰基化合物包括甲醛、乙醛、丙醛或丙酮中的一種或一種以上混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述空氣濕度范圍為4～13.5mg/m3，氧氣濃度范圍為5～80％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述負(fù)載型光催化劑包括TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑或TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑，所述負(fù)載型光催化劑比表面積大小為300～800m2/g，負(fù)載量為2～15％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述紫外光照射主波長為365納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5～20∶30～50的白色漿狀物，繼續(xù)攪拌得到透明溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2～4小時后，得到半透明凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述半透明凝膠溶液中進行2～10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70～90℃下烘干1～2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2的質(zhì)量比為85～98∶2～15；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300～650℃下煅燒2～8小時，即得所述TiO2/SiO2負(fù)載型光催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，其特征在于，所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑通過下述方法制備而成第一步 將鈦酸丁酯滴加到劇烈攪拌的醋酸溶液中，得到鈦酸丁酯∶醋酸∶水按摩爾比計為1∶5～20∶30～50的白色漿狀物，攪拌2～4小時后，在劇烈攪拌的條件下將事先充分溶漲12～36小時后的0.1～20％的粘土懸浮溶液加入，繼續(xù)攪拌得到混合溶膠，將此溶膠繼續(xù)攪拌2～4小時后，得到混合凝膠溶液；第二步 將硅膠在上述混合凝膠溶液中進行2～10次浸漬包膜，每次浸漬包膜后，將硅膠在70～90℃下烘干1～2小時，得到光催化劑前驅(qū)體，所述硅膠與TiO2/粘土的質(zhì)量比為85～98∶2～15；第三步 將光催化劑前驅(qū)體于300～650℃下煅燒2～8小時，即得所述TiO2/粘土/SiO2復(fù)合負(fù)載型光催化劑。
9.一種空氣中低濃度有機污染物的凈化裝置，其特征在于是一種連續(xù)循環(huán)流動床光催化反應(yīng)器，采用三層柱狀反應(yīng)器，最內(nèi)層是石英U型管，所述石英U型管內(nèi)同軸放置光源紫外燈，外層和中層之間設(shè)置有冷卻水夾套，所述石英U型管與中層之間為光催化劑流動床層，所述反應(yīng)器的底部開有氣體入口，頂端開有氣體出口，反應(yīng)器的下部有冷卻水入口，反應(yīng)器的上部有冷卻水出口，在所述光催化劑流動床層的下部固定有多孔砂芯，其上支撐有負(fù)載型光催化劑，在光催化劑流動床層的上部固定有玻璃纖維層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種空氣中低濃度有機污染物的凈化裝置，其特征在于，所述U型管采用石英玻璃管，外層和中層采用普通硬質(zhì)玻璃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種空氣中低濃度有機污染物的凈化方法，包括如下步驟和工藝條件將含有低濃度有機物的空氣按0.15～1.5m
文檔編號B01D53/86GK1772348SQ200510100519
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者安太成, 張茂林, 李桂英, 盛國英, 傅家謨 申請人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所