有機(jī)廢氣凈化裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種有機(jī)廢氣凈化裝置和方法，包括步驟：將廢氣中的塵粒捕集分離；由流光放電產(chǎn)生的高能電子與污染氣體分子發(fā)生碰撞，使其分子內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂活化；由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產(chǎn)生多種自由基和電子空穴，將有機(jī)廢氣氧化分解。本發(fā)明采用針陣列正直流流光放電，提高了電暈放電的能量密度，可產(chǎn)生更多活性更強(qiáng)的高能電子，對(duì)有機(jī)廢氣分子進(jìn)行活化降解。通過(guò)貴金屬和二氧化錳催化劑的協(xié)同作用，改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能，促使有機(jī)廢氣被徹底氧化成二氧化碳和水，減少中間產(chǎn)物。納米二氧化鈦在紫外光照射下產(chǎn)生光子和電子空穴，進(jìn)而形成羥基和氧自由基等氧化性極強(qiáng)的粒子，和污染物發(fā)生光化學(xué)氧化反應(yīng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
有機(jī)廢氣凈化裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)屬于廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種有機(jī)廢氣凈化裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外主要的揮發(fā)性有機(jī)物處理方法包括:吸附法、吸收法、燃燒法、等離子體和光催化氧化等。由于大部分VOCs不溶于水，吸收法處理效率相對(duì)較低，僅作為預(yù)處理手段。吸附法凈化效率高，可處理多組分氣體，其缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，吸附劑價(jià)格昂貴，飽和后需要再生或更換，產(chǎn)生的固廢還需進(jìn)一步處理。燃燒法適用于處理高濃度、小氣量的可燃性氣體，凈化效率高，有機(jī)廢氣被徹底氧化分解，但其處理成本高，需添加燃料、陶瓷蓄熱體或催化劑，易形成二次污染。低溫等離子體和光催化技術(shù)是近年來(lái)備受關(guān)注的新型的氣態(tài)污染物的治理技術(shù)，是一個(gè)集物理學(xué)、化學(xué)和環(huán)境科學(xué)于一體的交叉綜合性電子化學(xué)技術(shù)。該技術(shù)具有高效率、低能耗、使用范圍廣、處理量大、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，其應(yīng)用和推廣對(duì)工業(yè)領(lǐng)域有機(jī)廢氣及惡臭氣體的治理意義重大。
[0003]目前工業(yè)應(yīng)用的低溫等離子體技術(shù)主要是采用氣體放電方式發(fā)生，其具體放電模式又分為介質(zhì)阻擋放電和電暈放電。
[0004]介質(zhì)阻擋放電可以產(chǎn)生高密度的等離子體，能使大多數(shù)有機(jī)廢氣在高能電子和自由基作用下氧化分解。但工業(yè)大風(fēng)量廢氣凈化中，所有待處理廢氣都經(jīng)過(guò)放電區(qū)間則裝置成本和能耗過(guò)高，且電極易被污染而失效。所以有采用新鮮空氣通過(guò)介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體后再與污染氣體混合反應(yīng)。
[0005]電暈放電從電極結(jié)構(gòu)分主要有線(xiàn)筒式、線(xiàn)板式、針板式等；高壓電源波形分直流、交流和脈沖等。脈沖放電因能耗高，電源和反應(yīng)器匹配困難，高壓元件受脈沖沖擊壽命短等原因，應(yīng)用較少。市場(chǎng)上常見(jiàn)的電暈等離子體是由多個(gè)線(xiàn)筒組合而成的蜂窩狀直流電暈放電，線(xiàn)電極為高壓極，筒為接地電極。這種電暈放電模式對(duì)工業(yè)電除塵和需要產(chǎn)生少量負(fù)離子的應(yīng)用需求，能夠很好的滿(mǎn)足。但要去除揮發(fā)性有機(jī)物，打開(kāi)有機(jī)分子的化學(xué)鍵，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被徹底氧化，這種放電模式則難以勝任。這時(shí)就需要能夠產(chǎn)生電子能級(jí)在5-1OeV高能電子的流光放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行、處理成本低、能耗低、無(wú)二次污染，適用于大風(fēng)量、中低濃度、成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣凈化裝置和方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)了一種有機(jī)廢氣凈化裝置，包括殼體，該殼體的兩側(cè)分別形成有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，所述殼體內(nèi)于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間依次設(shè)置有過(guò)濾除塵裝置、等離子體催化協(xié)同裝置和光催化氧化裝置，所述等離子體催化協(xié)同裝置包括沿氣流方向依次設(shè)置的針陣列對(duì)板電暈放電裝置和催化協(xié)同裝置。
[0009]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述過(guò)濾除塵裝置包括并列設(shè)置的多個(gè)濾筒，所述濾筒水平設(shè)置，所述濾筒的入口端與所述進(jìn)風(fēng)口連通，每個(gè)所述濾筒的出口端分別連接有一文氏管，所述文氏管的出口端與所述等離子體催化協(xié)同裝置連通。
[0010]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述文氏管的出口端還設(shè)置有脈沖噴吹裝置，所述濾筒設(shè)置有壓力傳感器。
[0011]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述針陣列電暈放電裝置包括交替設(shè)置的高壓電極板和地電極板，所述高壓電極板和地電極板表面陣列凸伸有多個(gè)針尖體，針尖體之間的間距20?40mm，針尖體高度5?7mm，高壓電極板和地電極板間距20?40mm，高壓電極板所加高壓在10?20kV。。
[0012]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述催化協(xié)同裝置包括載體以及負(fù)載于載體上的催化劑。
[0013]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述載體為蜂窩狀活性炭，所述催化劑選自Ag、Pt、Pd、Mn02。
[0014]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述光催化氧化裝置包括依次設(shè)置的第一紫外光源、第一光催化裝置、第二紫外光源和第二光催化裝置，所述第一紫外光源和第二紫外光源的波長(zhǎng)分別為185nm和254nm，所述第一光催化裝置和第二催化裝置包括二氧化鈦催化劑。
[0015]優(yōu)選的，在上述的有機(jī)廢氣凈化裝置中，所述二氧化鈦催化劑以蜂窩狀鋁網(wǎng)為載體。
[0016]相應(yīng)的，本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種有機(jī)廢氣凈化方法，依次包括步驟:
[0017]將廢氣中的塵粒捕集分離；
[0018]由流光放電產(chǎn)生的高能電子與污染氣體分子發(fā)生碰撞，使其分子內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂活化；
[0019]由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產(chǎn)生多種自由基和電子空穴，將有機(jī)廢氣氧化分解。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021]本發(fā)明采用針陣列正直流流光放電，提高了電暈放電的能量密度，可產(chǎn)生更多活性更強(qiáng)的高能電子，對(duì)有機(jī)廢氣分子進(jìn)行活化降解。
[0022]通過(guò)貴金屬和二氧化錳催化劑的協(xié)同作用，改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能，促使有機(jī)廢氣被徹底氧化成二氧化碳和水，減少中間產(chǎn)物。
[0023]納米二氧化鈦在紫外光照射下產(chǎn)生光子和電子空穴，進(jìn)而形成羥基和氧自由基等氧化性極強(qiáng)的粒子，和污染物發(fā)生光化學(xué)氧化反應(yīng)。
[0024]本發(fā)明對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣去除效率高、無(wú)二次污染、能耗低、一次性投入少、運(yùn)行成本低適用范圍廣，可根據(jù)需要加工各種不同風(fēng)量大小的凈化系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中有機(jī)廢氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中針陣列對(duì)板電暈放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]結(jié)合圖1所示，有機(jī)廢氣凈化裝置，包括殼體I，該殼體的兩側(cè)分別形成有進(jìn)風(fēng)口101和出風(fēng)口 102，殼體I內(nèi)于進(jìn)風(fēng)口 101和出風(fēng)口 102之間依次設(shè)置有過(guò)濾除塵裝置2、等離子體催化協(xié)同裝置3和光催化氧化裝置4，等離子體催化協(xié)同裝置3包括沿氣流方向依次設(shè)置的針陣列對(duì)板電暈放電裝置301和催化協(xié)同裝置302。
[0030]過(guò)濾除塵裝置2包括并列設(shè)置的多個(gè)濾筒201，濾筒201水平設(shè)置，濾筒的入口端與進(jìn)風(fēng)口連通，每個(gè)濾筒的出口端分別連接有一文氏管202，文氏管的出口端與等離子體催化協(xié)同裝置3連通。
[0031]在該技術(shù)方案中，濾筒采用納米級(jí)復(fù)合高效濾材，該復(fù)合高效濾材優(yōu)選為納米纖維，用以保障清潔的氣體排出，以減輕塵粒對(duì)等離子體能量消耗和防止各種催化劑中毒失活。
[0032]進(jìn)一步地，文氏管202的出口端還設(shè)置有脈沖噴吹裝置(圖未示)，濾筒201還設(shè)置有壓力傳感器。
[0033]在該技術(shù)方案中，通過(guò)壓力傳感器實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)壓力檢測(cè)，當(dāng)濾筒集塵較多，風(fēng)阻過(guò)大時(shí)自動(dòng)進(jìn)行脈沖噴吹清灰，確保整個(gè)系統(tǒng)能高效穩(wěn)定運(yùn)行。
[0034]結(jié)合圖2所示，針陣列對(duì)板電暈放電裝置301采用針陣列對(duì)板正直流流光放電方式，包括交替設(shè)置的高壓電極板3011和地電極板3012，高壓電極板3011和地電極板3012表面陣列凸伸有多個(gè)針尖體3013，針尖體3013之間的間距20?40mm，針尖體高度5?7mm，高壓電極板和地電極板間距20?40mm，高壓電極板所加高壓在1?20kV。
[0035]在優(yōu)選實(shí)施例中，可采用鋼板沖壓出方陣排列的三角形尖端或多根鋸齒條有序排列作為針尖體。
[0036]在優(yōu)選的實(shí)施例中，針陣列對(duì)板電暈放電裝置301包括兩個(gè)獨(dú)立的箱體，沿氣流方向依次設(shè)置，每個(gè)箱體長(zhǎng)度為Im，每個(gè)箱體內(nèi)安裝7個(gè)單元模塊，每個(gè)單元模塊安裝二層放電齒條，共安裝14層放電齒條，每個(gè)單元模塊厚度為12.5cm，齒條與齒條間的距離為3cm，每個(gè)單元模塊需要有3個(gè)電源供電。電源采用外置式固定。
[0037]在該技術(shù)方案中，針陣列對(duì)板電暈放電裝置分為兩個(gè)箱體，便于運(yùn)輸和安裝，每個(gè)箱體的后方分別設(shè)置一個(gè)催化協(xié)同裝置。
[0038]催化協(xié)同裝置包括載體以及負(fù)載于載體上的催化劑。載體優(yōu)選為蜂窩狀活性炭，催化劑優(yōu)選自Ag、Pt、Pd、MnO2。
[0039]光催化氧化裝置4包括依次設(shè)置的第一紫外光源401、第一光催化裝置402、第二紫外光源403和第二光催化裝置404，第一紫外光源401和第二紫外光源403的波長(zhǎng)分別為185nm和254nm，第一光催化裝置402和第二催化裝置404包括二氧化鈦催化劑。二氧化鈦催化劑優(yōu)選以蜂窩狀鋁網(wǎng)為載體，銳鈦型納米二氧化鈦催化劑以液相沉積法負(fù)載于鋁網(wǎng)上。
[0040]本案有機(jī)廢氣的凈化原理在于:
[0041 ]廢氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入凈化裝置，首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理除塵部分，由納米級(jí)濾材將廢氣中塵粒捕集分離;然后經(jīng)過(guò)等離子體部分，由流光放電產(chǎn)生的高能電子與污染氣體分子發(fā)生碰撞，使其分子內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂活化;最后經(jīng)過(guò)紫外光催化部分，由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產(chǎn)生多種自由基和電子空穴，將有機(jī)廢氣氧化分解;最終凈化后的氣體由出風(fēng)口達(dá)標(biāo)排放。
[0042]需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0043]以上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于，包括殼體，該殼體的兩側(cè)分別形成有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，所述殼體內(nèi)于進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間依次設(shè)置有過(guò)濾除塵裝置、等離子體催化協(xié)同裝置和光催化氧化裝置，所述等離子體催化協(xié)同裝置包括沿氣流方向依次設(shè)置的針陣列對(duì)板電暈放電裝置和催化協(xié)同裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述過(guò)濾除塵裝置包括并列設(shè)置的多個(gè)濾筒，所述濾筒水平設(shè)置，所述濾筒的入口端與所述進(jìn)風(fēng)口連通，每個(gè)所述濾筒的出口端分別連接有一文氏管，所述文氏管的出口端與所述等離子體催化協(xié)同裝置連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述文氏管的出口端還設(shè)置有脈沖噴吹裝置，所述濾筒設(shè)置有壓力傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述針陣列電暈放電裝置包括交替設(shè)置的高壓電極板和地電極板，所述高壓電極板和地電極板表面陣列凸伸有多個(gè)針尖體，針尖體之間的間距20?40mm，針尖體高度5?7mm，高壓電極板和地電極板間距20?40mm，高壓電極板所加高壓在10?20kV。。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述催化協(xié)同裝置包括載體以及負(fù)載于載體上的催化劑。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述載體為蜂窩狀活性炭，所述催化劑選自Ag、Pt、Pd、Mn〇2。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述光催化氧化裝置包括依次設(shè)置的第一紫外光源、第一光催化裝置、第二紫外光源和第二光催化裝置，所述第一紫外光源和第二紫外光源的波長(zhǎng)分別為185nm和254nm，所述第一光催化裝置和第二催化裝置包括二氧化鈦催化劑。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)廢氣凈化裝置，其特征在于:所述二氧化鈦催化劑以蜂窩狀鋁網(wǎng)為載體。9.一種有機(jī)廢氣凈化方法，其特征在于，依次包括步驟: 將廢氣中的塵粒捕集分離； 由流光放電產(chǎn)生的高能電子與污染氣體分子發(fā)生碰撞，使其分子內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂活化； 由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產(chǎn)生多種自由基和電子孔穴，將有機(jī)廢氣氧化分解。
【文檔編號(hào)】B01D53/74GK105921007SQ201610296662
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】張顯磊, 劉麗艷, 李志恒, 錢(qián)官平, 晁文靜
【申請(qǐng)人】張家港市艾爾環(huán)保設(shè)備有限公司