[發明專利]紫外光催化氧化協同生物過濾去除VOCs的方法

有效

• 申請號: 201110320024.1
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102423611A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 焦利敏;黃少斌;周云云;周南;陳靜;周麗嫦;簡子聰;劉杰
• 申請（專利權）人: 廣州獅嶺皮革皮具產業研究中心有限公司;華南理工大學
• 主分類號: B01D53/75
• 分類號: B01D53/75;B01D53/44
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于大氣環境污染治理、生物過濾和環境污染治理技術領域，具體涉及一種以納米Na₂Ti₆O₁₃/TiO₂為催化劑的紫外光催化氧化協同生物過濾除VOCs的方法。

背景技術

揮發性有機物(VOCs)是導致珠三角上空灰蒙蒙的重要污染物，嚴重影響了大氣質量、動植物生長以及人類健康，且具有安全隱患。它主要來源于機械行業、表面防腐、防銹處理、塑膠制品生產、家用電器、絕緣材料、人工革工業、石油化工、制藥工業、印刷工業、食品包裝等行業排放廢氣中的主要污染物。有報道表明：2007年，廣東省的灰霾天達到75.7天，為解放后最多的年份；2007年，深圳灰霾天氣達231天，而2006年是164天；2007年12月，廣州市灰霾天氣多達22天。VOCs按其化學結構分為8類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其它化學物。大多具有毒性并伴有惡臭，有些還有致癌物質，如氯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等。而且，多數VOCs易燃、易爆，這對企業生產帶來諸多的不安全因素。因此，世界各國都頒布了相應的法令，限制該類污染物的排放。美國《凈化大氣法》強調在未來幾年要減少189種有毒化學品90％的排放，其中70％的化學品是揮發性有機化合物；我國于1997年頒布并實施的《大氣污染物綜合排放標準》，限定33種污染物的排放限量，其中包括有苯、甲苯、二甲苯等多種揮發性有機物。

生物凈化技術的實質是附著在濾料介質中的微生物在適宜的環境條件下，利用廢氣中的有機成分作為能源，維持其生命活動，并將有機物分解為二氧化碳、水、無機鹽和生物質等無害或少污染的物質。生物凈化技術有生物滴濾和生物過濾之分，具有設備簡單、運行費用低、較少形成二次污染等優點，尤其在處理低濃度、生物降解性好的氣態污染物時更顯其經濟性。而傳統的吸附法與吸收法只是污染物質從氣相到固相/液相的轉移，存在二次污染問題；吸收法常用的吸收劑是水，對毒性較大的苯類等水溶性差的有機污染物幾乎沒有效果。因此，生物法凈化揮發性有機化合物已經成為當今世界上人們廣泛關注的研究方向和前沿課題之一。自德國在20世紀80年代后期應用生物凈化技術處理VOCs取得成功后，在荷蘭、日本、瑞士、美國、澳大利亞等國家，生物凈化技術均得到了廣泛應用。目前，國外已有公司可提供成套技術和裝置；國內的研究開始應用于工業化。同時，生物法由于微生物對難降解有機物的降解速度慢，如標準的活性污泥法需要28天才能將50％的鄰苯二甲酸酯類污染物PAEs完全礦化，在實際應用中受到限制，成為目前生物法的研究重點。

近年來，光催化降解法由于能耗低、操作簡便、反應條件溫和、可減少二次污染等特點，成為去除VOCs的一種較好方法。納米TiO₂的光催化綜合性能好，對人體無毒，在紫外線輻射條件下，常溫常壓下就能直接用空氣中的O₂作氧化劑，將有害有毒的有機物分解為無害無毒的簡單化合物。在空氣體系中，在太陽光尤其是在紫外光的照射下，納米TiO₂能夠自行分解出自由移動的帶負電荷的電子(e^-)和帶正電的空穴(h⁺)，形成電子-空穴對。吸附在催化劑表面的空氣中的氧氣和微量水分別被光生電子和空穴還原或氧化為O^2-和·OH，二者為有機物的深度氧化提供了高活性的氧化劑。因其具有投資少、運行費用低、處理效果好、無二次污染等優點，主要應用于大氣的凈化、工廠VOCs的處理、宇宙飛船內的氣體凈化、室內環境中異味去除和殺菌等。20世紀90年代，國際上開始嘗試用納米TiO₂作為光催化劑，在常溫常壓下對有機廢氣進行光催化氧化處理。結果表明，納米TiO₂能將有機廢氣分解為小分子物質、CO₂和H₂O，反應快速、高效且無二次污染，因而具有非常大的潛在應用價值，到目前已成為廢氣治理技術中一個活躍的研究方向。也有研究表明，納米TiO₂的光催化氧化對醛類、酮類、醇類等含氧有機物，烴、炔等不飽和烴及鹵代烴具有較好的降解性，而短鏈的烷烴、環烷烴、多環烷烴可以進一步通過生物過濾降解。近年來的研究還發現，不少鈦酸鹽也具有很好的光催化效果，比如鈦酸銫、鈦酸鈉等，其中堿金屬類鈦酸鹽擁有獨特的晶體結構，比TiO₂納米粉和納米膜具有更大的比表面積和更高的表面能，因而更有利于投入應用。因此，多種技術協同凈化，可以提高難降解揮發性有機物的去除效率，使得生物過濾技術真正可以實現實用化。

發明內容