用于降解烟气二恶英的光催化反应器及光催化剂活化方法

摘要

本发明涉及焚烧法处置固体废弃物过程中二恶英排放控制的技术，旨在提供一种用于降解烟气中二恶英的光催化反应器及光催化剂活化方法。该反应器是一个透光容器，内置多孔介质，多孔介质上装载光催化剂。光催化剂的活化包括以下步骤：N2气保护气氛下用光照射失活的光催化剂；在含O2气氛下，用光照射剂；用清水清洗完成活性恢复备用。采用本发明中的光催化反应器及光催化剂活化方法比传统工艺更经济，对烟气中二恶英处理更彻底。

说明书

技术领域

本发明涉及焚烧法处置固体废弃物过程中二恶英排放控制的技术，特别是涉及用于降解烟气中二恶英的光催化反应器及光催化剂活化方法。

背景技术

在我国国民经济高速发展和人民物质生活水平不断提高的背景下，工业废弃物和城市生活垃圾的产生量也迅速增加。焚烧法处理废弃物，与其他垃圾处理方法比较，能更好地达到“减量化、资源化和无害化”的目标，在国内外广泛应用。我国许多城市也先后建立了大型的垃圾焚烧厂。焚烧过程中会产生有毒物质，其中以二恶英的毒性最大，排放至环境中后很难降解，而且具有脂溶性和蓄积性的特点，对人体健康存在潜在危害。因此，如何控制二恶英的产生和排放已成为迫在眉睫，急待解决的问题。

焚烧过程中二恶英排放控制技术主要分为两类：一类是抑制二恶英在焚烧过程中的生成；一类是将已生成的二恶英进行脱除以减少进入环境中的量。后者目前广泛采用的是布袋除尘器结合活性炭吸附技术。该方法是通过将粉末状的活性炭喷射入烟道中来吸附气相中的二恶英，然后用除尘器过滤下飞灰和活性炭，从而减少通过烟囱排放的二恶英量。但该方法存在两个主要的缺陷：一是该方法本身不能减少二恶英的总量，只是将气相中的二恶英通过活性炭的吸附转移到固相中然后收集，产生的混有活性炭的飞灰富集了高浓度的二恶英，对环境的危害很大，目前对于废弃物焚烧飞灰的处置也没有很好的办法，国内主要采用填埋的方法处置这类飞灰，对环境的潜在危害很大；二是该方法需要消耗大量的活性炭，运行费用较高。

因此，寻求更经济、对烟气中二恶英处理更彻底的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供用于降解烟气中二恶英的光催化反应器及光催化剂活化方法。

本发明提供了一种用于降解烟气中二恶英的光催化反应器，所述光催化反应器是一个透光容器，光催化反应器中内置多孔介质，多孔介质上装载光催化剂；所述光催化剂是纳米TiO₂、贵金属修饰的纳米TiO₂或通过与半导体催化剂复合的纳米TiO₂中的任意一种。

作为一种改进，所述的多孔介质是活性炭、硅藻土或膨润土其中任意一种。

作为一种改进，光催化反应器采用的光是紫外线或可见光中的任意一种。

本发明还提供了一种前述光催化剂的活化方法，包括以下步骤：

(1)在N₂气的保护气氛下，用光照射失活的光催化剂；

(2)在含O₂气的气氛下，用光照射经过上步处理的光催化剂；

(3)用清水清洗经上步处理的光催化剂，完成活性恢复备用。

作为一种改进，所述光照射处理的两个步骤中采用的光是紫外线或可见光中的任意一种。

作为一种改进，所述在N₂气的保护气氛下用光照射失活的光催化剂的过程是在光催化还原反应器中进行的，光催化还原反应器是设置进口和出口的石英容器。

作为一种改进，所述在含O₂气的气氛下用光照射光催化剂的过程是在光催化氧化降解反应器中进行的，光催化还原反应器是设置进口和出口的石英容器。

本发明中的光催化降解焚烧炉烟气中二恶英的方法，是在焚烧炉尾气处理中设置光催化反应器，光反应器中的光催化剂用多孔介质装载置于透光容器中，并利用光进行照射，光催化剂可以吸附降解烟气中的二恶英。当光催化剂饱和后，将其取出，在光照射条件下经过光催化还原反应器和光催化氧化降解反应器，最后经过清洗室，即可使光催化剂恢复活性，再次加入光催化反应器循环使用。

包括以下步骤：

(1)将光催化剂装载于多孔介质中，放入光催化反应器中，反应器中的光反生源可以直接通过透光容器照射到催化剂。将光反应器安装在除尘器后部，经处理过的烟气直接排放；

(2)光催化反应器运行一段时间后，由于光催化表面吸收的二恶英等物质逐渐积累，使其活性变弱，这时光催化剂取出，换上备用光催化剂；

(3)将取出的光催化剂放入光催化还原反应器，在N₂气的保护气氛下，用光照射反应；

(4)经上步处理的光催化剂放入光催化氧化降解反应器，在含O₂气的气氛下，用光照射反应；

(5)经上步处理的光催化剂放入清洗室，用清水清洗；

(6)处理过的光催化剂再次放入光催化反应器工作。

本发明的有益效果在于：采用本发明中的光催化反应器及光催化剂活化方法比传统工艺更经济，对烟气中二恶英处理更彻底。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图中的实线方向箭头为烟气的工艺路径，中空方向箭头为纳米TiO₂复合催化降解路径。

具体实施方式

在焚烧炉尾气处理中设置光催化反应器，光反应器中的光催化剂用多孔介质装载置于透光容器中，并利用光进行照射，光催化剂可以吸附降解烟气中的二恶英。当光催化剂饱和后，将其取出，在光照射条件下经过光催化还原反应器和光催化氧化降解反应器，最后经过清洗室，即可使光催化剂恢复活性，再次加入光催化反应器循环使用。

光催化剂可以选用纳米TiO₂，通过沉积贵金属修饰的纳米TiO₂、通过与其他半导体催化剂复合的纳米TiO₂中的任意一种，本实施例中为纳米TiO₂。

装载光催化剂的多孔介质可以选择活性炭、硅藻土或膨润土中的任意一种，本实施例中为活性炭。在催化反应器中，将用活性炭装载的纳米TiO₂放置在石英管内，用紫外线光进行照射。活性炭有很好的吸附性，纳米TiO₂同样具有吸附性，烟气中的二恶英被吸附在TiO₂的表面，其中一部分在紫外线的照射下被TiO₂催化降解，这样经过光催化反应器之后，烟气的二恶英得到了很大程度上的去除。

工作一段时间后，纳米TiO₂达到了饱和状态，将其取出。

首先将纳米TiO₂放入光催化还原反应器，光催化还原反应器是有进口和出口的石英容器。将纳米TiO₂放入，均匀分布在容器的底部，通入N₂气流，待将反应器中空气排净后，在容器上部用紫外线灯照射，反应足够长的时间。这时附着在纳米TiO₂表面的高氯代二恶英被催化降解为容易降解的低氯代二恶英，或直接降解为无机物小分子。

第二步将纳米TiO₂放入光催化氧化降解反应器，光催化氧化降解反应器是有进口和出口的石英容器。将上步处理过的纳米TiO₂放入，均匀分布在容器底部，通入含O₂气的气流，待将反应器中的空气排净后，在容器的上部用紫外线灯照射，反应足够长的时间。这时附着在纳米TiO₂表面的低氯代二恶英被分解为无机物小分子。

第三步将上步得到的纳米TiO₂用清水清洗，以去除表面残留的无机物小分子。

经过上述步骤纳米TiO₂的活性得到恢复，装入光催化反应器中可以循环使用。

在本实例中，未通过光催化反应器前的二恶英浓度为2.1ng/m³，经过光催化反应器后二恶英的浓度为0.0294ng/m³，降解效率达到98.6％，降解效果显著。而且饱和的光催化剂经过处理过程，活性恢复正常。

最后，还需要主意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。