一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃燒煙氣污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于光催化自由基高級氧化的 VOCs脫除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大量研宄表明，VOCs (揮發(fā)性有機(jī)化合物）通過呼吸道和皮膚進(jìn)入人體后，能給人 的呼吸、血液、肝臟等器官造成暫時性和永久性病變。工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生各種有機(jī)物廢氣， 主要包括各種烴類、醇類、醛類、酸類、酮類和胺類等，這些有機(jī)廢氣會造成大氣污染，危害 人體健康。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，尾氣中VOCs脫除問題越來越受到 人們的關(guān)注。同時國家也制定了相應(yīng)的法律法規(guī)對VOCs的排量作了嚴(yán)格的限制。研宄開 發(fā)VOCs的高效脫除技術(shù)已成為世界各國關(guān)注的熱點問題。
[0003] 國內(nèi)外研宄人員對廢氣中VOCs脫除問題作了大量的研宄并開發(fā)了多種VOCs脫除 方法。按照脫除的基本原理，廢氣VOCs脫除方法主要包括冷凝回收法、吸收法、直接燃燒 法、催化燃燒法和吸附法等。
[0004] 冷凝回收法適用于有機(jī)廢氣濃度高、溫度低、風(fēng)量小的工況，需要附屬冷凍設(shè)備， 主要應(yīng)用于制藥、化工行業(yè)，而印刷企業(yè)較少采用，應(yīng)用范圍受到局限。吸收法常用的是物 理吸收，即將廢氣引入吸收液凈化，待吸收液飽和后經(jīng)加熱、解析、冷凝回收。這種方法適用 于大氣量、低溫度、低濃度的廢氣，但需配備加熱解析回收裝置，設(shè)備體積大、投資較高。
[0005] 直接燃燒法是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒，將混合氣體加熱，使有害物質(zhì)在 高溫作用下分解為無害物質(zhì)。該方法工藝簡單、投資小，適用于高濃度、小風(fēng)量的廢氣，但對 安全技術(shù)、操作要求較高。
[0006] 催化燃燒法是把廢氣加熱經(jīng)催化燃燒轉(zhuǎn)化成無害無臭的二氧化碳和水，這種方法 起燃溫度低、節(jié)能、凈化率高、操作方便、占地面積少、適用于高溫或高濃度的有機(jī)廢氣，但 催化劑容易中毒失活，穩(wěn)定性差?；钚蕴课椒摮士蛇_(dá)95%，設(shè)備簡單、投資小，但 活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運(yùn)輸、更換等工作程序，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。因此，到目前為 止，盡管有多種VOCs脫除技術(shù)被開發(fā)和利用，但每一種技術(shù)幾乎都有應(yīng)用范圍的限制和有 諸多缺點。
[0007] 因此，繼續(xù)開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)有效的VOCs脫除技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明涉及一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，所述的方法是采 用紫外光聯(lián)合催化劑分解過氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基在撞擊床中氧化 脫除VOCs。
[0009] 本發(fā)明的VOCs脫除方法所基于的原理如下：
[0010] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振光普儀可測定到紫外光聯(lián)合金屬氧化物催化劑 催化分解過氧化物過程中產(chǎn)生了羥基和硫酸根自由基。因此，紫外光聯(lián)合金屬氧化物催化 劑催化分解過氧化物首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的羥基和硫酸根自由基，具體過程可用如 下的化學(xué)反應(yīng)（1)-(3)表示：
[0011] H202+UV+ 催化劑一 2 · OH (1)
【主權(quán)項】
1. 一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在于：來自排放源的煙 氣經(jīng)風(fēng)機(jī)引入調(diào)溫器，降溫后的煙氣由煙氣入口進(jìn)入混合器，催化劑儲存塔內(nèi)的催化劑經(jīng) 過循環(huán)泵引入混合器，煙氣與催化劑在混合器內(nèi)氣固混合，混合器設(shè)有兩出口分別通過管 道連接撞擊床的同軸對向布置的高速噴嘴c和高速噴嘴d ;兩股氣固混合物通過同軸對向 布置的高速噴嘴在撞擊床內(nèi)發(fā)生撞擊，所述撞擊的平衡點位于撞擊床的垂直中心線上；所 述過氧化物溶液設(shè)于儲液箱內(nèi)，通過噴霧泵噴入撞擊床內(nèi)，三股氣液固混合物在撞擊床內(nèi) 發(fā)生充分的混合；位于撞擊床內(nèi)的紫外燈發(fā)射出紫外光，紫外光有效輻射強(qiáng)度為30 y W/ cm2-400 y W/cm2,紫外線有效波長為180nm-365nm ;紫外光聯(lián)合催化劑分解過氧化物產(chǎn)生強(qiáng) 氧化性的羥基或硫酸根自由基在撞擊床中氧化脫除VOCs，將VOCs降解為0)2和H 2O后排放。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于：所述煙氣在調(diào)溫器內(nèi)降溫，撞擊床的煙氣入口溫度為60-160°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征 在于：煙氣與過氧化物溶液的有效液氣比為〇. 2-6. OL/m3,過氧化物溶液的濃度為0. 2mol/ L-2. Omol/L之間，溶液的pH位于1. 0-7. 5之間，溶液溫度為70-95°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于，撞擊床的煙氣入口溫度為l〇〇°C，液氣比為I. 5L/m3,氧化鐵投加量為0. lkg/m3,雙氧水 濃度為1.0 mol/L，溶液pH為3. 4,溶液溫度為70°C，煙氣中甲苯含量為600 y g/m3,紫外光 有效輻射強(qiáng)度為78 y W/cm2,紫外線有效波長為254nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于，撞擊床的煙氣入口溫度為l〇〇°C，液氣比為0. 5L/m3,氧化鐵投加量為0. lkg/m3,過硫酸 銨濃度為I. 〇m〇l/L，溶液pH為3. 4,溶液溫度為70°C，煙氣中甲苯含量為600 y g/m3,紫外 光有效輻射強(qiáng)度為25 y W/cm2,紫外線有效波長為254nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于：煙氣中VOCs的含量不高于5000 y g/m3,噴霧器噴出的過氧化物溶液的霧化液滴粒徑不 大于10微米；高速噴嘴出口流速為5-25m/s。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于：催化劑顆粒由撞擊床出口 f?重新回到催化劑儲存塔，然后再次進(jìn)入混合器和撞擊床，如 此循環(huán)進(jìn)行；催化劑的投加量按撞擊床反應(yīng)器體積的每立方米投加〇. l_5kg。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于：所述的排放源是燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐、石油化工設(shè)備和醫(yī)療廢棄物焚燒爐中的任一 種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特征在 于：所述的過氧化物是雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀中的一種或兩種以上的混 合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除方法，其特 征在于：所述的催化劑是二氧化鈦、氧化鐵、二氧化錳、氧化銅中的一種或兩種以上混合 物，或者是所述催化劑的負(fù)載型，所用載體是活性炭、三氧化二鋁、分子篩、硅膠和生物 質(zhì)焦中的一種或多種的復(fù)合體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光催化自由基高級氧化的VOCs脫除系統(tǒng)，所述的方法是采用紫外光聯(lián)合催化劑分解過氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基在撞擊床中氧化脫除VOCs。來自排放源的部分煙氣與部分催化劑顆?；旌虾笥筛咚賴娮靽娙胱矒舸?，另一部分煙氣與另一部分催化劑顆?；旌虾笥赏S對向布置的高速噴嘴噴入撞擊床。與此同時，過氧化物溶液通過噴霧器噴入撞擊床內(nèi)，三股氣液固混合物在撞擊床內(nèi)發(fā)生充分的混合。紫外光聯(lián)合催化劑分解過氧化物產(chǎn)生羥基或硫酸根自由基將VOCs降解為無害的CO2和H2O。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)100％脫除率，具有廣闊的開發(fā)前景。
【IPC分類】B01D53-90, B01D53-88, B01D53-44
【公開號】CN104857852
【申請?zhí)枴緾N201510191244
【發(fā)明人】劉楊先, 王燕, 張軍, 張永春
【申請人】南京朗潔環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月21日