本發(fā)明屬于空氣污染物凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能紫外光催化協(xié)同臭氧氧化處理廢氣的裝置及方法，尤其涉及一種利用微波紫外光催化協(xié)同臭氧氧化處理廢氣的裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著人們對(duì)于空氣質(zhì)量的重視，大氣污染問題已經(jīng)成為我國(guó)目前最為突出和民眾最為關(guān)注的環(huán)境問題。特別是揮發(fā)性有機(jī)物常常因?yàn)槠浯碳ば?、毒性和致癌性等成為大氣污染防治的重點(diǎn)。而揮發(fā)性有機(jī)物常常產(chǎn)生于肉食加工廠、制藥廠、電子廠、造紙廠、印染廠、皮革廠、飼料廠、污水廠、垃圾廠、香料廠、香精廠、噴涂廠、汽車噴漆房、橡膠廠、石油化工廠等行業(yè)。針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物，開發(fā)投資低、凈化效率高、安全穩(wěn)定的廢氣處理裝置和廢氣處理方法迫在眉睫。

光催化技術(shù)是一種利用新型的復(fù)合納米高科技功能材料的技術(shù)，也是普遍應(yīng)用于很多空氣凈化的技術(shù)。光催化劑在一定波長(zhǎng)的光線照射下受激生成電子——空穴對(duì)，空穴分解催化劑表面吸附的水產(chǎn)生氫氧自由基，電子使周圍的氧還原成活性離子氧，從而具備極強(qiáng)的氧化——還原作用，將光催化劑表面的各種污染物摧毀，從而達(dá)到空氣凈化效果。光催化氧化可在常溫下將空中的有機(jī)污染物完全氧化成無毒、無害的物質(zhì)。光氧催化(除臭)有機(jī)廢氣凈化設(shè)備適用于日常工作、生活中會(huì)產(chǎn)生惡臭、異味氣體的所有場(chǎng)所。利用光催化氧化法處理有機(jī)污染物具有廣闊的應(yīng)用前景。

無極放電光源是新一代氣體放電光源，在發(fā)光機(jī)理上完全突破了傳統(tǒng)光源的發(fā)光機(jī)理和設(shè)計(jì)概念，而且因?yàn)闆]有電極，不會(huì)產(chǎn)生像其他放電光源那樣由于電極氧化、損耗和封接密封問題引起的發(fā)黑現(xiàn)象。而且很少受工作電壓、工作頻率、工作電流等的限制，在光效、光色、壽命、形狀、填充材料等諸多品質(zhì)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)無極光源還具有形狀易變、啟動(dòng)快、發(fā)光穩(wěn)定和光效高等優(yōu)點(diǎn)，從而日益受到人們的重視。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的現(xiàn)有技術(shù)的問題是：現(xiàn)有的針對(duì)廢氣處理的技術(shù)和裝置，對(duì)于廢氣的處理效率普遍偏低、往往產(chǎn)生二次污染或者運(yùn)營(yíng)費(fèi)用極高。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供了一種利用微波無極紫外光催化氧化協(xié)同臭氧氧化處理廢氣的裝置和方法，同時(shí)借助于特殊的納米級(jí)別的tio2催化劑，使得光催化氧化的效率達(dá)到最高。

具體來說，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種微波無極紫外光催化協(xié)同臭氧氧化的廢氣處理裝置，該裝置包括筒體，該筒體具有進(jìn)氣口和出氣口，沿氣體流動(dòng)方向依次內(nèi)置有光催化劑層和臭氧氧化層，所述光催化劑層和臭氧氧化層沿筒體徑向設(shè)置，所述筒體分別在光催化劑層兩側(cè)設(shè)置有金屬網(wǎng)；所述金屬網(wǎng)上設(shè)置有納米級(jí)別的tio2光催化劑。

優(yōu)選的，根據(jù)以上所述的廢氣處理裝置，所述筒體內(nèi)依次設(shè)置有所述光催化劑層和所述臭氧氧化層2-5個(gè)，所述光催化劑層和所述臭氧氧化層沿氣體流動(dòng)方向依次排列。

優(yōu)選的，根據(jù)以上所述的廢氣處理裝置，所述納米級(jí)別的tio2通過燒結(jié)的形式固定在所述的金屬網(wǎng)上。

優(yōu)選的，根據(jù)以上所述的廢氣處理裝置，所述金屬網(wǎng)沿筒體徑向設(shè)置，所述金屬網(wǎng)設(shè)有2道以上。

同時(shí)本發(fā)明還提供了一種微波無極紫外光催化協(xié)同臭氧氧化的廢氣處理方法，該方法包括如下步驟：

(1)將廢氣利用微波無極紫外光催化和納米級(jí)別的tio2催化劑，得到經(jīng)過光催化氧化處理后的廢氣；

(2)經(jīng)過步驟(1)處理的廢氣利用臭氧氧化得到清潔的空氣。

優(yōu)選的，根據(jù)以上所述的廢氣處理方法，步驟(1)中微波無極紫外光的波長(zhǎng)范圍為149.5nm～270nm，優(yōu)選為184.9nm～170nm和250～270nm的紫外光交替設(shè)置，紫外線光子能量為647kj/mol～800j/mol。

優(yōu)選的，根據(jù)以上所述的廢氣處理方法，所述廢氣包括氨，三甲胺，硫化氫，甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物、voc類，苯和/或甲苯。

本發(fā)明所取得的有益效果是：1)高效除惡臭：能高效去除揮發(fā)性有機(jī)物(voc)、無機(jī)物、硫化氫、氨氣、硫醇類等主要污染物，以及各種惡臭味。

2)無需添加任何物質(zhì)：只需要設(shè)置相應(yīng)的排風(fēng)管道和排風(fēng)動(dòng)力，使惡臭/工業(yè)廢氣通過本設(shè)備進(jìn)行脫臭分解凈化，無需添加任何物質(zhì)參與化學(xué)反應(yīng)。

3)適應(yīng)性強(qiáng)：可適應(yīng)高濃度，大氣量，不同工業(yè)廢氣物質(zhì)的脫臭、凈化處理，可每天24小時(shí)連續(xù)工作，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4)運(yùn)行成本低：設(shè)備能耗低，設(shè)備風(fēng)阻極低＜50pa,可節(jié)約大量排風(fēng)動(dòng)力能耗。

5)設(shè)備占地面積小，自重輕：適合于布置緊湊、場(chǎng)地狹小等特殊條件，設(shè)備占地面積＜1平方米/處理10000m³/h風(fēng)量。

6)可徹底分解工業(yè)廢氣中有毒有害物質(zhì)，并能達(dá)到完美的脫臭、凈化效果，經(jīng)分解后的工業(yè)廢氣，可完全達(dá)到無害化排放，不產(chǎn)生二次污染，同時(shí)達(dá)到高效消毒殺菌的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的廢氣處理裝置的示意圖，其中，1為進(jìn)氣口，2為出氣口，3為第一金屬網(wǎng)，4為第二金屬網(wǎng)，5為光催化劑層，6為臭氧氧化層。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的廢氣處理裝置的示意圖，其中，1為進(jìn)氣口，2為出氣口，3為第一金屬網(wǎng)，4為第二金屬網(wǎng)，5為光催化劑層，6為臭氧氧化層。

具體實(shí)施方式

如上所述，本發(fā)明利用納米級(jí)別的催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，運(yùn)用高能uv紫外線光束，臭氧及催化劑對(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(zhì)講解轉(zhuǎn)化成低分子無害或低害的化合物、水和二氧化碳，徹底達(dá)到除臭及殺滅有害細(xì)菌的目的。

光催化使用納米等級(jí)的tio2，納米級(jí)別的tio2原料可以大幅度增強(qiáng)與氣體接觸的表面積。在反應(yīng)物的濃度和活性中心的密度一定時(shí)，顆粒的粒越小，表面積和體積的比值越大，顆粒吸附的和oh越多，催化活性和效率就越強(qiáng)。當(dāng)粒子的大小在1-100nm級(jí)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)量子效應(yīng)，成為量子化粒子，使得催化活性增加。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，對(duì)于納米級(jí)別的tio2附著處理采用燒結(jié)的形式固定在金屬網(wǎng)上。通過燒結(jié)的形式固定，相對(duì)于噴涂形式，能夠大幅度提升催化劑的使用壽命，基本上可以達(dá)到終身免更換。而且金屬網(wǎng)同時(shí)具有使輸入氣體均勻分布的作用，便于后續(xù)廢氣的處理。燒結(jié)是利用粉末或者粉末壓坯加熱到低于其中基本成分的熔點(diǎn)的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫的過程。燒結(jié)的結(jié)果是粉末顆粒之間發(fā)生燒結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體，從而獲得所需要的物理、機(jī)械性能的制品或材料。

利用本發(fā)明的裝置處理廢氣，可以對(duì)惡臭氣體如：氨，三甲胺，硫化氫，甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物(優(yōu)選為h2s)、voc類，苯、甲苯等的達(dá)到良好的效果，尤其是分子量越大的惡臭氣體有更好的效果?？梢允褂袡C(jī)或無機(jī)高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物，如co2和h2o等。

在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(1)中微波無極紫外光的波長(zhǎng)范圍為149.5nm～270nm，優(yōu)選為184.9nm～170nm和250nm～270nm的紫外光交替設(shè)置。采用不同波長(zhǎng)范圍的紫外線交叉作用，一方面可以使得廢氣中產(chǎn)生臭氧，從而有效去除臭氧；另一方面，250～270nm范圍的紫外線能起到很好的殺菌作用，這是因?yàn)榧?xì)胞對(duì)光波的吸收譜線有一個(gè)規(guī)律，即對(duì)250～270nm的紫外線有最大的吸收，被吸收的紫外線作用于細(xì)胞遺傳物質(zhì)，它起到一種光化作用，紫外光子的能量被dna中的堿基對(duì)吸收，引起遺傳物質(zhì)發(fā)生變異，使得細(xì)菌當(dāng)即死亡或不能防止后代，從而得到殺菌的目的。

本發(fā)明通過補(bǔ)集污染源廢氣，然后通過管道輸送到光解催化氧化設(shè)備中，在光解催化氧化設(shè)備中經(jīng)過處理得到凈化氣體，通過高空排放。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，根據(jù)不同成分的氣體，增加預(yù)處理措施，比如除塵、除油煙、冷卻、洗滌等。組合后的工藝更能高效處理廢氣，同時(shí)，有利于保護(hù)光解催化氧化設(shè)備。

下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施實(shí)例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限制作用。

實(shí)施例一

實(shí)施例一提供了一種微波無極紫外光催化協(xié)同臭氧氧化氧化的廢氣處理裝置，如圖1所示，其中，1為進(jìn)氣口，2為出氣口，3為第一金屬網(wǎng)，4為第二金屬網(wǎng)，5為光催化劑層，6為臭氧氧化層，其中第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)分別設(shè)置在該裝置的進(jìn)氣口和出氣口處。所述光催化劑層和臭氧氧化層在該裝置的筒體內(nèi)設(shè)置有3個(gè)循環(huán)。即沿著氣體流動(dòng)的方向，設(shè)置有光催化劑層、臭氧氧化層、光催化劑層、臭氧氧化層、光催化劑層和臭氧氧化層。所述第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)上分別設(shè)置有納米級(jí)別的tio2光催化劑。所述納米級(jí)別的tio2光催化劑為50nm的tio2，購(gòu)自于南昌創(chuàng)杰科技實(shí)業(yè)有限公司。該納米催化劑通過燒結(jié)固定在光催化劑層兩側(cè)的金屬網(wǎng)上，將tio2粉末加熱到低于熔點(diǎn)的溫度，然后冷卻到室溫，燒結(jié)能夠使得粉末顆粒之間發(fā)生燒結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加，把粉末顆粒的聚集體變成為晶粒的聚結(jié)體，從而獲得特定的物理、機(jī)械性能。

利用該裝置處理廢氣的工藝，具體如下：

(1)將廢氣經(jīng)過除塵去除顆粒物后，由進(jìn)氣口進(jìn)入，然后通過第一金屬網(wǎng)，被微波無極紫外光催化和納米級(jí)別的tio2催化劑，得到經(jīng)過光催化氧化處理后的廢氣；

(2)經(jīng)過步驟(1)處理的廢氣利用臭氧氧化氧化得到清潔的空氣。

利用實(shí)施例一的裝置進(jìn)行廢氣處理時(shí)，進(jìn)氣口中苯濃度150ppm，流量為120m³/h，催化劑為50nm的tio2，微波無極紫外燈直徑φ為15mm，紫外波長(zhǎng)為185nm，253.7nm和185nm交替設(shè)置，利用該裝置凈化后，利用氣相色譜法(hj/t38-1999，sp-3420a氣相色譜儀)檢測(cè)苯濃度，臭氧檢測(cè)儀檢測(cè)殘余臭氧濃度。試驗(yàn)測(cè)得苯的去除率為90％，臭氧去除率為100％。

處理過程中，設(shè)置微波無極紫外光的波長(zhǎng)為185nm，可以產(chǎn)生臭氧，利用臭氧氧化層有效去除臭氧；同時(shí)設(shè)置微波無極紫外光的波長(zhǎng)為253.7nm，紫外線光子能量742j/mol，在該能量下，能夠殺死細(xì)菌以及裂解有機(jī)化合物，產(chǎn)生臭氧等，然后利用光催化層和臭氧氧化層，在紫外光和微波的作用下，將剩余污染物催化氧化完全，生成無毒的二氧化碳和水。

實(shí)施例二

實(shí)施例二提供了一種微波無極紫外光催化協(xié)同臭氧氧化氧化的廢氣處理裝置，如圖2所示。其中1為進(jìn)氣口，2為出氣口，3為第一金屬網(wǎng)，4為第二金屬網(wǎng)，5為光催化劑層，6為臭氧氧化層。實(shí)施例二與實(shí)施例一不同的是，實(shí)施例二在每個(gè)光催化劑層前后均設(shè)置有金屬網(wǎng)，分別為第一金屬網(wǎng)和第二金屬網(wǎng)。即沿氣流方向依次設(shè)置有第一金屬網(wǎng)、光催化劑層、第二金屬網(wǎng)和臭氧氧化層，依次重復(fù)三次。分別設(shè)置微波無極紫外光的波長(zhǎng)為185nm、253.7nm和185nm，然后采用與實(shí)施例一相同的方法進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)測(cè)得苯的去除率高達(dá)93％，臭氧去除率為100％。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。