[發(fā)明專利]一種研究光催化處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410645115.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104437077A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳求穩(wěn);羅明漢;徐強(qiáng);馬金峰;李若男;李國(guó)良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號(hào): B01D53/86
• 分類號(hào): B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種研究光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)物(volatile?organic?compounds，VOCs)是空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)污染物。世界衛(wèi)生組織對(duì)其定義為熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。其污染主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是由于揮發(fā)性有機(jī)物多以氣、液態(tài)存在，這些有毒物質(zhì)會(huì)通過(guò)暴露人群的呼吸系統(tǒng)和皮膚進(jìn)入人體危害人體健康；另一方面是一些VOCs物種具有較強(qiáng)的光化學(xué)反應(yīng)活性，能在環(huán)境中進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，對(duì)城市和區(qū)域臭氧的生成至關(guān)重要，也是導(dǎo)致灰霾天氣的重要前體物之一，對(duì)復(fù)合型大氣污染的形成具有十分重要的促進(jìn)作用。

揮發(fā)性有機(jī)物是造成我國(guó)城市大氣污染的主要因素之一。傳統(tǒng)的VOCs控制技術(shù)主要包括物理方法和化學(xué)方法。物理方法是通過(guò)運(yùn)用凈化設(shè)備，采用吸收、分離等物理手段除去VOCs有機(jī)污染物，常用的物理方法有：吸附法，冷凝法，膜分離技術(shù)等。這些方法需要消耗大量能源，設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴，收集回來(lái)的油脂及烴類物質(zhì)易成為二次污染物。化學(xué)方法是通過(guò)化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無(wú)毒害無(wú)機(jī)小分子化合物的方法。其中，光催化氧化法技術(shù)在常溫常壓下就能將廢氣中的有機(jī)物降解為二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物，具有去除效率高，安全可控，反應(yīng)條件溫和，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前最經(jīng)濟(jì)有效，最具有開(kāi)發(fā)前景的污染治理技術(shù)。

光催化氧化方法主要是利用光催化劑(如TiO₂)的光催化活性，氧化吸附在催化劑表面的揮發(fā)性有機(jī)物。利用特定波長(zhǎng)的光(通常為紫外光)照射光催化劑，激發(fā)出一種高能粒子的“電子-空穴”對(duì)并與水、氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力的自由基活性基團(tuán)，將吸附在催化劑表面上的有機(jī)物氧化為二氧化碳和水等無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。然而，目前常用于光催化劑的納米TiO₂顆粒細(xì)小，在光催化反應(yīng)過(guò)程中存在催化劑的回收，控制及反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)受到制約等的缺點(diǎn)，從而無(wú)法對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行有效的降解實(shí)驗(yàn)。這樣不但對(duì)深入研究光催化降解揮發(fā)性有機(jī)物不利，更不利于光催化方法降解揮發(fā)性有機(jī)物向?qū)嵺`中的推廣及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種研究光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置，以改進(jìn)公知技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的裝置包括：

盛裝揮發(fā)性有機(jī)液體的貯液罐置于恒溫器之上，貯液罐中設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口以及溫度計(jì)，進(jìn)氣口與空氣罐連接，揮發(fā)氣體由出氣口連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口，氣體流量控制器的出氣口連接光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和第一采樣口，氣體流量控制器設(shè)置有多個(gè)流量控制開(kāi)關(guān)；

光催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有可更換的光源，光源周圍盤旋環(huán)繞石英管，石英管內(nèi)填充有光催化劑，石英管的兩端分別為光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口和出氣口，光催化反應(yīng)器的進(jìn)氣口與氣體流量控制器的出氣口相連接，光催化反應(yīng)器的出氣口連接冷凝液化器入口和第二采樣口；

冷凝液化器內(nèi)的通氣道周圍設(shè)有用于冷卻的冷凝管，冷凝管的兩端分別連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口，冷凝液化器內(nèi)的通氣道下方為滴液容器。

所述的裝置中，貯液罐的進(jìn)氣口與空氣罐之間設(shè)有空氣流量控制閥。

所述的裝置中，貯液罐的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接氣體流量控制器的進(jìn)氣口

所述的裝置中，氣體流量控制器的一端設(shè)有多余氣體排出口。

所述的裝置中，光催化反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制作，填充光催化劑的石英管為純度99.999％的石英材質(zhì)制作而成，透光率為90％。

所述的裝置中，光催化劑為活性炭與天然沸石以重量比2:1的比例摻雜水玻璃成型直徑4cm的小球狀，并負(fù)載納米二氧化鈦制作而成。

所述的裝置中，光催化反應(yīng)器的出氣口通過(guò)揮發(fā)氣體管連接冷凝液化器入口和第二采樣口。

所述的裝置中，冷凝管的兩端分別通過(guò)冷凝循環(huán)管連接恒溫冷凝箱的出水口和進(jìn)水口。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有的納米TiO₂顆粒細(xì)小，在光催化反應(yīng)過(guò)程中回收、控制及反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)受到制約等因素的困難，有效提高了光催化劑與光源之間的協(xié)同效應(yīng)，從而使光催化反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行了有效的降解實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的裝置操作簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明用于研究光催化方法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的裝置示意圖。附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明：