一种用于处理有机废气的新型光催化反应器

摘要

一种用于处理有机废气的新型光催化反应器，它涉及一种气体净化装置，特别是一种处理难降解有机废气的净化装置。它包含有壳体(1)、设置在壳体(1)轴心位置的紫外灯管(2)、催化剂薄膜制成的隔片(3)、筒形的催化剂床(4)，至少两个催化剂床(4)设置在壳体(1)内，套装在紫外灯管(2)上的隔片(3)插在两个催化剂床(4)之间，在隔片(3)上开有使气体流通的缺口(3－1)，相邻的两隔片(3)上的缺口(3－1)相互错开。它解决了已有的同类产品存在的光能利用率低、催化活性低、催化器安装和催化剂更换不便的问题。本发明的光催化反应器主要用于封闭和半封闭人类生活空间(如：居室、卫生间、会议室、病房和娱乐场所)和工厂的生产车间、泵房中的有机废气的光催化消除。

说明书

技术领域：本发明涉及一种气体净化装置，特别是一种处理难降解有机废气的净化装置。

背景技术：目前，已报道的用于处理废气的光催化反应器有固定床式和流化床式，其中以固定床光催化反应器居多。固定床光催化反应器中的光催化剂有颗粒状、蜂窝状和固定膜状，为了避免光催化剂粒子被气流带走，往往将粉末状催化剂填充在有一定厚度的床层反应器中，由于紫外光穿透催化剂床层能力有限，而使大部分催化剂不能利用，因此其光催化效果较差，而且由于催化剂床层中粒子往往是纳米级，填充紧密，其气阻较大；有的光催化剂以蜂窝状固定在光催化反应器中，虽然一定程度上减小了气阻，但也同样存在着大部分催化剂无法得到充分的紫外光照的问题；有的将光催化剂薄膜固定在反应器的内壁，既避免了颗粒状光催化剂被气流带走，又克服了大部分催化剂不能利用的缺陷，但设计中未考虑气流通过反应器出现短流的问题，短流问题在处理大流量气体时尤为严重，致使光催化降解效果不够理想。流化床光催化反应器是将颗粒状光催化剂在反应器中流态化，以提高气—固接触，但该种反应器也存在光利用率低的缺点，并且还有对催化剂磨损严重的问题。日本于1985年公布了RD81S型光催化空气净化器专利。该装置的催化床以片状环套在紫外灯管外，并和轴线呈一定的角度，床面与光束近于平行。由于光束不是垂直照射在催化剂膜面上，因此催化剂吸光效率较低，其催化活性相应不高，而且催化床的安装和催化剂更换不方便。1990年Kawashima等设计了光催化空气净化器，它存在气流路径长，处理量小，其结构过于复杂，不便于安装和维护的缺点；而且由于采用球形紫外光源和平板型催化床结构，紫外光能利用率低。1993年，李庆霖等推出了我国自有知识产权的光催化净化器的专利，其反应器内部结构采用了管式结构，并在光催化反应室前设置了活性碳吸附段，该反应器可用于处理低浓度的(＜10ppm)小分子物质(如NH₃、H₂S、CH₃SH)，处理通量也较大(1.5M³/min)，处理效率较高，但对于难降解有机大分子物质(如苯系物)的去除主要依靠活性碳吸附段的吸附作用，光催化反应器对其去除的贡献不大，且长期使用存在着活性碳的再生和更换的问题。

发明内容：本发明提供一种用于处理有机废气的新型光催化反应器，它解决了已有的同类产品存在的光能利用率低、催化活性低、催化器安装和催化剂更换不便的问题。本发明的光催化反应器包含有壳体1、设置在壳体1轴心位置的紫外灯管2、催化剂薄膜制成的隔片3、筒形的催化剂床4，至少两个催化剂床4设置在壳体1内，套装在紫外灯管2上的隔片3插在两个催化剂床4之间，在隔片3上开有使气体流通的缺口3-1，相邻的两隔片3上的缺口3-1相互错开。本发明由于紫外灯管2可以垂直照射在催化剂床4上，因而光能利用率较高。而套在紫外灯管2上的隔片3作为屏障，可以使气流在反应器内呈蛇形流动，使气流在轴向和径向不同位置催化薄膜制约下，充分撞击和接触催化剂薄膜，加强了气流与催化剂薄膜的接触效果，避免了气流短路，有利于催化剂活性的提高。本发明的光催化反应器主要用于封闭和半封闭人类生活空间(如：居室、卫生间、会议室、病房和娱乐场所)和工厂的生产车间、泵房中的有机废气的光催化消除。本发明的反应器内的催化剂床4是在不锈钢丝制成的环形支架4-1上固定有催化剂薄膜4-2而构成的，因此便于整体安装和更换。本发明的催化剂薄膜是以多孔金属网为载体，以掺铁二氧化钛作为催化剂，用溶胶——凝胶法制备而成，多孔金属网的孔隙率为85～95％。该催化剂薄膜可高效连续处理难降解有机废气(如苯系物、汽油等)，载体的多孔结构有效地扩大了催化剂的表面积，反应器内被处理气流与催化剂能更有效接触，因此对有机物废气能有效降解。此外，该光催化反应器具有气流通量大、易于安装和更换的优点。本发明针对目前已有的几种光催化反应器的结构形式的缺陷，进行了更加合理的设计和改进。隔片3和催化剂床4的径向定距插片式布置，使气流在反应器内蛇形流动，既加强了气流与催化剂床层的充分接触，有效地促进光催化反应，又可使反应器具有较大通量，较好的解决了气-固的良好接触(传质)和气阻间的矛盾。与目前所知的光催化反应器的专利相比，具有更合理的结构和更好的处理难降解大分子有机气体的效果。

附图说明：图1是具体实施方式中光催化反应器的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是多个催化床4的结构示意图，图4是图3的B-B剖视图。

具体实施方式：本实施方式由壳体1、紫外灯管2、催化剂薄膜制成的隔片3、筒形的催化剂床4、混合器5和加湿器6组成，壳体1是在筒形壳1-1两端分别连接有封盖1-2而形成的，在两个封盖1-2上分别设有进气口1-3和出气口1-4。在进气口1-3的外端还连接有混合器5，混合器5内的支架5-1上安装有风机5-2，在混合器5的吸气口5-3的内侧还安装有加湿器6。混合器5将有机废气和水汽混合，以控制废气的相对湿度。紫外灯管2设置在壳体1的轴心位置。催化剂床4由环形支架4-1和催化剂薄膜4-2组成，环形支架4-1由左环4-3、右环4-4和使两环相连的直钢丝4-5组成，催化剂薄膜4-2缠固在环形支架4-1的外面。多个催化剂床4并排设置在壳体1内，其外表面紧贴壳体1的内壁，相邻的两个催化剂床4在一侧通过一个弧形丝7相连，使两催化剂床4之间形成一间隙。套装在紫外灯管2上的多个隔片3的边沿分别插在各催化剂床4之间的间隙内，缺口3-1开在隔片3的边部，相邻的两隔片3上的缺口3-1之间形成160°～180°的转角，最佳为180°。催化剂薄膜4-2和制成隔片3的催化剂薄膜均以多孔金属网为载体，以掺铁二氧化钛作为催化剂，用溶胶--凝胶法制备而成。多孔金属网的孔隙率为90％，所述掺铁二氧化钛是在二氧化钛中加入0.06％～0.08％(质量)的铁盐，所述铁盐为硫酸铁或硝酸铁，掺铁二氧化钛可以提高催化剂的活性。在使用时也可以用二氧化钛作为催化剂。本实施方式所用的光源采用主波长为254nm的紫外灯，不仅有利于光催化反应，也可杀灭空气中的病毒和细菌。本发明所设计的光催化反应器的光源与混合器中风机的总功耗为25W。有机废气的处理量为0.5m³/min。用该光催化反应器对于含有苯、甲苯、二甲苯浓度为1000mg/m³的室内空气，在流量为0.5m³/min时，控制湿度为45％，经光催化处理反应器出口三种有机废气浓度均低于25mg/m³，低于国家标准(＜100mg/m³)，降解率大于95％。某泵房空气中的汽油气浓度为2300mg/m³，在流量为0.5m³/min时，控制湿度为60％，经光催化处理后反应器出口汽油气浓度低于50mg/m³，降解率超过97％。