一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體的方法及裝置，特別涉及從氣流中去除烴、醇、醛、醚、酚、酮、酯、胺、四氫呋喃和雜環(huán)化合物等揮發(fā)性有機(jī)物，硫化氫、硫氧化碳、一氧化氮和氨等無機(jī)物，該方法的處理過程是把含有害氣體的氣流導(dǎo)入吸收塔，其中的有害氣體被吸收液和吸收液中的活性炭和光催化劑顆粒吸收和吸附后，吸收液連同活性炭和光催化劑顆粒被進(jìn)一步導(dǎo)入光電反應(yīng)器，在所述的光電反應(yīng)器中，被吸收液和活性炭及光催化劑顆粒吸收和吸附的有害氣體在鐵碳微電解和光催化共同作用下被氧化和降解，最終把氣流中的有害氣體有效去除，從而達(dá)到氣體凈化的目的，吸收液、活性炭和光催化劑循環(huán)利用。
【專利說明】
一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體的方法及裝置，特別涉及從氣流 中去除烴、醇、醛、醚、酚、酮、酯、胺、四氫呋喃和雜環(huán)化合物等揮發(fā)性有機(jī)物，硫化氫、硫氧 化碳、一氧化氮和氨等無機(jī)物的方法和裝置，屬于大氣污染控制和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 含烴、醇、醛、醚、酚、酮、酯、胺、四氫呋喃和雜環(huán)化合物等揮發(fā)性有機(jī)物的有害氣 體，以及硫化氫、硫氧化碳、一氧化氮和氨等無機(jī)物的有害氣體，產(chǎn)生于化學(xué)、制藥、噴漆和 污水處理站等各種生產(chǎn)過程。這些污染物(包括惡臭氣體），不僅對人體有害，有些還是致癌 物質(zhì)，而且大量排放還對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。但是，由于這些氣體或化學(xué)結(jié)構(gòu)較穩(wěn) 定，不易降解，或閾值較低，給凈化處理帶來很大的困難。
[0003] -般地，采用水溶液吸收法是去除這些有害氣體的主要方法之一，但此方法的主 要問題是吸收容量有限，吸收液容易飽和。吸收后的溶液須進(jìn)一步處理，如果直接送回廢水 池，被吸收處理后的產(chǎn)物又會揮發(fā)出來，將會導(dǎo)致二次污染的產(chǎn)生。如何在提高吸收效率的 同時，又能降解這些污染物是該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用過程中急需解決的問題。
[0004] 光催化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境凈化技術(shù)，一般以1102等~型半導(dǎo)體作為催化劑 主體，其基本原理是在紫外光源照射下，Ti0 2價帶中的電子就會越過禁帶被激發(fā)到導(dǎo)帶上， 形成帶負(fù)電的高活性電子，同時在價帶上產(chǎn)生帶正電的空穴，這些空穴可以將吸附在Ti0 2 表面的0?Γ和H20分子氧化成羥基自由基(0H)，而羥基自由基能與污染物反應(yīng)，將其最終降解 為〇) 2和出0等無害物質(zhì)。但是，由于光生電子和空穴在內(nèi)部以及表面的自主復(fù)合，抑制了光 催化降解有害物的能量效率，因此如何提高光催化降解的效率成為該技術(shù)工業(yè)應(yīng)有的關(guān)鍵 課題之一。鐵碳微電解法是處理難降解廢水的一種處理方法，其原理利用鐵肩與活性炭之 間存在的電位差，在液相形成了無數(shù)個微小的原電池，在微電解過程產(chǎn)生的活性自由基能 與污染物反應(yīng)，最終把有害物轉(zhuǎn)化為無害物。
[0005] 本發(fā)明的目的是設(shè)計和提供一種溶液吸收結(jié)合光電反應(yīng)的方法和裝置，用于從氣 流中除去所述的有害氣體，使氣流中含有的這些有害氣體得到有效吸收和降解，從而達(dá)到 氣體凈化的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體的方法，其特征 在于把含有害氣體的氣流導(dǎo)入吸收塔，其中的有害氣體被吸收液和吸收液中的活性炭和光 催化劑顆粒吸收和吸附后，吸收液連同活性炭和光催化劑顆粒被進(jìn)一步導(dǎo)入光電反應(yīng)器， 在所述的光電反應(yīng)器中，被吸收液和活性炭及光催化劑顆粒吸收和吸附的有害氣體在鐵碳 微電解和光催化共同作用下被氧化和降解，最終把氣流中的有害氣體有效去除，從而達(dá)到 氣體凈化的目的，吸收液、活性炭和光催化劑循環(huán)利用。
[0007] 本發(fā)明采用的吸收塔為通用的氣液吸收設(shè)備如噴淋塔、填料塔、鼓泡塔、旋流板塔 或篩板塔等，吸收液為水溶液，氣液接觸時間約1S以上，所述的有害氣體為酸性時，吸收液 一般為堿性，有害氣體為堿性時，吸收液一般為酸性，就光電反應(yīng)器而言，一般在酸性環(huán)境 下更有利于微電解和光催化反應(yīng)，優(yōu)選pH為3-7,可通過添加鹽酸、硫酸或磷酸等調(diào)整吸收 液pH值，也可添加一定量的氯化鈉或硫酸鈉等鹽作為電解質(zhì)增加純水的電導(dǎo)率，一般為 10%以下。
[0008] 本發(fā)明所述裝置的吸收塔下部設(shè)置有氣體進(jìn)口，頂部設(shè)置有氣體出口，底部設(shè)置 有吸收塔循環(huán)水槽，吸收塔循環(huán)水槽通過循環(huán)水栗進(jìn)液管、循環(huán)水栗和循環(huán)水栗出液管與 吸收塔進(jìn)液口連通，吸收塔出液口通過出液管與光電反應(yīng)器連通，所述的光電反應(yīng)器的中 上部通過溢流回液管與吸收塔循環(huán)水槽連通，光電反應(yīng)器底部設(shè)置有曝氣管通入氮氣或空 氣以帶動鐵粉、活性炭顆粒和光催化劑等物料在光電反應(yīng)器內(nèi)流化接觸，形成流化床反應(yīng) 區(qū)，光電反應(yīng)器的上部設(shè)置有回氣管與吸收塔塔體連通，所述的光電反應(yīng)器的上部還設(shè)置 有紫外光源，所述的紫外光源一般設(shè)置在光電反應(yīng)器的液面上方，鐵粉、活性炭和光催化劑 等固體顆粒通過光電反應(yīng)器上部的藥劑加入口加入光電反應(yīng)器，所述的光電反應(yīng)器還設(shè)置 有排液口。
[0009] 本發(fā)明所述的光電反應(yīng)器一般為圓筒或方型結(jié)構(gòu)，其中加入的鐵質(zhì)材料作為微電 解的陽極，活性炭作為有害物的吸附劑和微電解的陰極，所述的鐵質(zhì)材料可采用鐵粉，也可 采用網(wǎng)狀或規(guī)整填料充填，兩種類型材料的處理效果相當(dāng)，但添加鐵粉較方便，下面以添加 鐵粉作為示例說明。選用的鐵粉粒徑以易于流化為宜，優(yōu)選1mm以下，作為有害物的吸附劑 和微電解的陰極的粉狀活性炭顆粒，粒徑小些較好，優(yōu)選3mm以下，活性炭在液相的充填率 (體積)一般為70%以下，優(yōu)選1%-30%，作為微電解的電極對，鐵碳理論摩爾比例一般為1: 1，活性炭顆粒又作為吸附劑，可適當(dāng)過量，無特殊要求。所述的光催化劑一般采用P25型 Ti02晶體，也可采用摻雜或改性處理的Ti02光催化劑和其他如Zn0、Sn02、Zr0 2和W03等光催化 劑或混合物，效果大體相當(dāng)，以Ti02穩(wěn)定性好，具體可參看相關(guān)文獻(xiàn)。以P25型Ti0 2光催劑為 例，主要由銳鈦型礦型和金紅石型組成，以銳鈦型礦型為主，光催化劑平均粒徑小些為好， 一般為500nm以下，優(yōu)選10-50nm，添加量可根據(jù)催化劑顆粒大小、需處理的有害物和處理要 求等參數(shù)選定，一般為〇. lg/L(或液相有害物濃度10倍）以上，優(yōu)選lg_30g/L。光源可采用高 壓汞燈等紫外光光源，光源波長范圍200-500nm，具體可依據(jù)光催化劑特性選用，光源功率 一般為l_5kW/m 3, 一般置于液面上方，吸收液在光電反應(yīng)停留時間為10s以上，優(yōu)選60s-3600s，具體可根據(jù)紫外光源功率、光催化劑量和吸收液中有害物濃度等參數(shù)確定，一般所 述的有害物濃度低，反應(yīng)時間可短，光源功率小，處理時間就相對較長。
[0010] 所述的有害氣體的吸收塔吸收與光電降解反應(yīng)是一連續(xù)過程的兩個操作單元步 驟，其中活性炭和光催化劑顆粒隨吸收液循環(huán)流動，在吸收塔內(nèi)可起到吸附有害物的作用， 同時活性炭和光催化劑在光電反應(yīng)器內(nèi)分別又作為微電解的電極和光催化劑參加反應(yīng)，把 鐵碳微電解和光催化相結(jié)合，使得光生電子和空穴在光催化劑內(nèi)部以及表面的自主復(fù)合大 為減少，從而提高了光催化的降解效率。
[0011] 所述的有害氣體主要為烴、醇、醛、醚、酚、酮、酯、胺、四氫呋喃和雜環(huán)化合物等揮 發(fā)性有機(jī)物，硫化氫、硫氧化氮、一氧化氮和氨等無機(jī)物的一種或幾種。
[0012] 本發(fā)明所述的光電反應(yīng)器的底部還設(shè)置有曝氣管向反應(yīng)器內(nèi)鼓入氮氣或空氣加 強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)器中的鐵粉、活性炭和光催化劑充分流化接觸，最小曝氣量應(yīng)能使所有 顆粒在反應(yīng)器內(nèi)流化，鐵粉可依據(jù)消耗量或連續(xù)或定期加入，鐵離子在吸收液中飽和后，可 在吸收液中加入氫氧化鈉后使鐵沉淀或以離子交換等方式分離后，吸收液可循環(huán)使用。
[0013] 本發(fā)明所述的光電反應(yīng)器中還可加入一定比例的玻璃珠等光反射顆粒材料，工作 時和鐵粉和活性炭等固體顆粒一起處于流化狀態(tài)，在光照下形成反射把光線反射到光催化 劑表面，從而促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)。一般所述的玻璃珠等反光材料的顆粒直徑一般小于5mm，優(yōu) 選0.5_2mm，流化量一般為光電反應(yīng)器內(nèi)吸收液量的20%以下，優(yōu)選1-5%，也可在光電反應(yīng) 器內(nèi)壁表面貼附反光材料，如樹脂反光膜等來促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)，總體可提高降解率約5%。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用氣液吸收和和光電反應(yīng)相結(jié)合，使有害 氣體在吸收塔被吸收液和吸收液中的活性炭和光催化劑顆粒吸收和吸附，再通過鐵炭微電 解和光催化聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)使有害物得到降解，從而提高了吸收效果和光催化反應(yīng)的效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明所述的一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)降解有害氣體方法的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖，其中：1循環(huán)水栗;2循環(huán)水栗進(jìn)液管;3吸收塔循環(huán)水槽;4加液口； 5氣體進(jìn)口； 6循環(huán)水栗 出液管;7吸收塔進(jìn)液口； 8氣體出口； 9吸收塔塔體；10吸收塔出液口； 11出液管；12回氣管； 13紫外光源;14溢流回液管；15藥劑加入口； 16光電反應(yīng)器;17排液口； 18曝氣管。
[0016] 所述的循環(huán)水栗1通過循環(huán)水栗出液管6與吸收塔進(jìn)液口 7連通，吸收塔出液口 10 通過出液管11與光電反應(yīng)器16連通，光電反應(yīng)器16上部設(shè)置有回氣管12與吸收塔塔體9連 通，光電反應(yīng)器16中上部通過溢流回液管14與吸收塔循環(huán)水槽3連通，光電反應(yīng)器16底部設(shè) 置有曝氣管18通入氮氣或空氣帶動鐵粉、光催化劑和活性炭等顆粒物料在光電反應(yīng)器16內(nèi) 流化，中上部還設(shè)置紫外光源13,鐵粉、光催化劑和活性炭等顆粒物料通過藥劑加入口 15加 入光電反應(yīng)器16,吸收塔循環(huán)水槽3通過循環(huán)水栗進(jìn)液管2與循環(huán)水栗1連通，光電反應(yīng)器16 還設(shè)置有排液口 18。
【具體實施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018] 本發(fā)明所述的一種吸收結(jié)合光電反應(yīng)器降解有害氣體方法的裝置如圖1所示。吸 收塔為填料塔，材質(zhì)PP，塔徑為φ 250mm，充填Φ 25階梯環(huán)，填料層高度約為1500mm。光電反 應(yīng)器為圓筒型，外形尺寸為Φ 600mm X 1500mm，立式放置。
[0019]處理工藝流程是待處理含有害氣體的氣流由進(jìn)氣口 5進(jìn)入吸收塔9內(nèi)與噴淋液接 觸，進(jìn)行吸收反應(yīng)，處理后的氣流從塔頂出氣口8排出，吸收液通過吸收塔下部的出液管11 進(jìn)入光電反應(yīng)器17,接通紫外光源13,同時通過光電反應(yīng)器17的下部設(shè)置的曝氣管18向反 應(yīng)器內(nèi)鼓入空氣或氮氣使物料流化，光電反應(yīng)器17的上部有回氣管12把曝氣廢氣接回吸收 塔9吸收，吸收液通過溢流回液管14返回出吸收液循環(huán)水槽3,經(jīng)循環(huán)水栗1打回吸收塔9。
[0020] 實驗條件為：載氣為空氣，流量約120m3/h，。氣液接觸時間約3-5S，氣體相對濕度 約70%，氣體溫度約25°C ;循環(huán)栗流量約lm3/h，氣體濃度分析方法為氣相色譜儀，穩(wěn)定運(yùn)行 一小時后測定。氮氣曝氣量約為15L/min。初始吸收液為清水，加入量約500kg，加稀鹽酸到 pH為5左右。吸收液在光電反應(yīng)器停留時間約為30min。
[0021] 鐵粉為含量98%，平均粒徑約0.1mm，初期活性炭與鐵粉摩爾比例為3:1，活性炭粒 徑約為0.1mm，加入量約20kg。光催化劑采用P25型Ti〇2微晶體，其中銳鈦型礦型和金紅石型 的組成比例約為8:2，粒徑約為2〇-3〇11111，比表面積約為5〇1112/^，加入光催化劑量約0.51^。紫 外光源采用1 · 5kW高壓汞燈，置于反應(yīng)器液面上方約15cm，光源波長范圍200~400nm〇
[0022]實驗結(jié)果如表1所示。
[0023]表1有害物去除效果
[0024]
'[0025]~實施例2:光催彳i劑采用ZnO微晶體，其結(jié)構(gòu)主^為六方纖鋅礦型，粒徑約為20-1 30nm，比表面積約為50m2/g，加入光催化劑量約lkg。吸收液pH約為6左右。在光電反應(yīng)器加 入液體體積比約1%的平均粒徑為1mm的玻璃珠反光材料，工作時在反應(yīng)器內(nèi)和鐵粉及催化 劑一起處于流化狀態(tài)，所述的光電反應(yīng)器內(nèi)壁表面還貼附有樹脂反光膜，反射率約為70%。 其他條件同實施例1。
[0026]實驗結(jié)果:如表2所示。實驗還發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入光催劑量降為0.1kg時，有害物平均去除 率約降低10%左右。再增加催化劑加入量，有害物去處理率變化不大。
[0027]表2有害物去除效果
[0028]

[0029]應(yīng)該說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的保護(hù)范圍不 限于此。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對各實施例所記載的 技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中的部分技術(shù)特征進(jìn)行任何等同替換、修改、變化和改進(jìn)等， 均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種吸收結(jié)合光電降解有害廢氣的方法，其特征在于把待處理含有害氣體的氣流導(dǎo) 入吸收裝置，其中的有害氣體被吸收液和吸收液中的活性炭和光催化劑顆粒吸收和吸附 后，吸收液連同活性炭和光催化劑顆粒被進(jìn)一步導(dǎo)入光電反應(yīng)器，在所述的光電反應(yīng)器中， 被吸收液和活性炭及光催化劑顆粒吸收和吸附的有害氣體在鐵碳微電解和光催化共同作 用下被氧化和降解，最終把氣流中的有害氣體有效去除，從而達(dá)到氣體凈化的目的，吸收 液、活性炭和光催化劑循環(huán)利用。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的有害氣體含烴、醇、醚、醛、酚、酮、酯、 胺和有機(jī)物，硫化氫、硫氧化碳、一氧化氮氮和氨無機(jī)物的一種或幾種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的光催化劑包括Ti02、ZnO、Sn02、Zr0 2和 W〇3,添加量為O.lg/L以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的吸收塔為通用的氣液吸收設(shè)備噴淋 塔、填料塔、鼓泡塔、旋流板塔或篩板塔。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的吸收液為pH為3-7的水溶液，通過添 加鹽酸、硫酸或磷酸調(diào)整吸收液pH值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的光電反應(yīng)器為圓筒或方型結(jié)構(gòu)，其中 裝填有作為微電解陽極的鐵質(zhì)材料和作為有害物吸附劑和微電解陰極的活性炭;所述的鐵 質(zhì)材料為網(wǎng)狀或規(guī)整填料或鐵粉，所述的鐵粉粒徑1mm以下，所述的活性炭粒徑3mm以下，活 性炭在液相的充填率為70%以下。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于所述的光電解反應(yīng)器的下部設(shè)置有曝氣 管向反應(yīng)器內(nèi)鼓入空氣或氮氣，并使反應(yīng)器中的所有固體顆粒處于流化狀態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于所述的光電反應(yīng)器的紫外光源置于反應(yīng) 器內(nèi)液面上方，光源波長范圍為200-500nm，光源功率為l-5kW/m 3,吸收液在光電反應(yīng)停留 時間為l〇s以上。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于所述的光電反應(yīng)器內(nèi)加入溶液體積20% 以下的玻璃珠反光材料，所述的光電反應(yīng)器內(nèi)壁表面還貼附有樹脂反光膜。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收結(jié)合光電降解有害廢氣的方法的裝置，其特征在于 所述的裝置包括吸收塔、吸收液循環(huán)水槽及光電反應(yīng)器;所述的吸收塔下部設(shè)置有氣體進(jìn) 口，頂部設(shè)置有氣體出口，底部設(shè)置有吸收塔循環(huán)水槽，吸收塔循環(huán)水槽通過循環(huán)水栗進(jìn)液 管、循環(huán)水栗和循環(huán)水栗出液管與吸收塔進(jìn)液口連通，吸收塔出液口通過出液管與光電反 應(yīng)器連通，光電反應(yīng)器的上部設(shè)置有回氣管與吸收塔塔體連通，光電反應(yīng)器的中上部通過 溢流回液管與吸收塔循環(huán)水槽連通，光電反應(yīng)器底部設(shè)置有曝氣管通入氮氣或空氣以帶動 鐵粉、活性炭、光催化劑和玻璃珠等顆粒物料在光電反應(yīng)器內(nèi)流化，形成流化床反應(yīng)區(qū)，所 述的光電反應(yīng)器的中上部液面上方還設(shè)置紫外光源，所述的鐵粉、活性炭、光催化劑和玻璃 珠等藥劑可通過光電反應(yīng)器上部的藥劑加入口加入光電反應(yīng)器，所述的光電反應(yīng)器還設(shè)置 有排液口。
【文檔編號】B01D53/32GK105854553SQ201610396686
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】黃立維
【申請人】黃立維