一种用于VOCs和臭氧消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器

摘要

本发明公开了一种用于VOCs和O3消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器。所述复合光催化材料的制备方法包括如下步骤：采用水热法，将纳米YVO4材料与纳米TiO2前驱体进行反应，一步合成YVO4/TiO2复合材料，并负载于聚四氟乙烯网上；YVO4/TiO2复合材料的表面经浓HCl浸渍，即得到负载型YVO4/TiO2‑C复合光催化材料。基于负载型YVO4/TiO2‑C复合光催化材料，本发明还提供了一种多层孔板式反应器，用于解决光催化放大应用过程中的光照接触不足、效率低下等问题。本发明提供的多层孔板式光催化反应器具备较好的气流阻力和散热设计，安全性、可靠性高。模块可替换，易于维修。作为光催化放大应用的实例，本发明可以处理大风量污染气体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于VOCs和臭氧消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器。

背景技术

近年来，随着环境污染日益突出，空气质量问题越来越受到人们的光注。其中，苯是一种常见的芳香族挥发性有机污染物，被国际组织定为强烈致癌物质。以TiO

TiO

发明内容

本发明的目的是提供一种YVO

本发明所提供的YVO

采用水热法，将纳米YVO

上述的制备方法中，所述水热法的步骤如下：

将所述纳米TiO

所述聚四氟乙烯网的目数为40～60目；

所述纳米YVO

上述的制备方法中，所述浸渍步骤如下：

将所述YVO

材料表面酸化后，H有助于VOCs分解，Cl有助于臭氧消除。

上述的制备方法中，制备所述纳米TiO

将TiCl

其中，TiCl

上述的制备方法中，可按照水热法制备所述纳米YVO

将Y(NO

反应结束后所得沉淀经水洗、醇洗，烘干过夜即得；

其中，NaOH与NH

本发明方法制备的负载型YVO

基于所述负载型YVO

首先提供一种多层孔板式光催化反应模块，包括若干交替布置的金属孔板A和金属孔板B，所述金属孔板A上的孔洞与所述金属孔板B上的孔洞交错布置，可以起到扰流的作用，帮助反应气体混合均匀；金属孔板A-负载型YVO

每两个相邻所述金属孔板A与所述金属孔板B之间布置有所述负载型YVO

所述金属孔板A上的孔洞间隔部分布置若干光源；所述光源与所述负载型YVO

上述的多层孔板式光催化反应模块中，所述金属孔板A和所述金属孔板B均为不锈钢孔板，所述不锈钢孔板除了起到结构支撑和气流导向的作用外，还可起到为光源散热的作用，提高安全性可使用寿命；

所述光源为LED灯珠，可采用导热硅胶固定，用于提供反应光源；由于所述YVO

可以按需求串联多个上述多层孔板式光催化反应模块，最后封装在一个密闭箱体内，即构成一套完整的光催化反应器。

所述光催化反应器在大风量条件下可以充分混合反应气体，整体阻力较低。经测试该反应器(三层反应单元)在长时间大风量条件下，对苯的光催化氧化率为65％，对臭氧的消除率为99％，如图8所示。

本发明具有如下有益效果：

本发明负载型YVO

附图说明

图1为本发明负载型YVO

图2为本发明实施例1制备的负载型YVO

图3为本发明制备的不同比例YVO

图4为可见光条件下，不同比例YVO

图5为可见光条件下，本发明实施例1制备的YVO

图6为本发明多层孔板式光催化反应模块的结构示意图；

图中各标记如下：

1金属孔板A，2金属孔板B，3负载型YVO

图7为多层孔板式光催化反应器的CFD模拟结果。

图8为多层孔板式光催化反应器对苯和臭氧的消除效率。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、YVO

首先采用水热法制备YVO

(1)取NaOH和NH

(2)将1mol/L的TiCl

(3)将TiO

(4)在反应釜中放置一片聚四氟乙烯网(40～60目)，200℃条件下反应24h。

(5)取聚四氟乙烯网水洗、醇洗、50℃烘干，即为负载型YVO

(6)得到的样品置于等体积浓HCl中，避光浸泡24h，而后避光通风待浓HCl挥发完全，最后50℃烘干，即为负载型YVO

调控纳米YVO

其中，YT0.5(0.5表示纳米YVO

不同比例的YVO

将不同比例的YVO

将YT0.5的YVO

实施例2、模块化多层孔板式光催化反应器

基于本发明制备的负载型YVO

多层孔板式反应模块的结构示意图如图6所示，为孔板式夹心结构，包括若干平行且交替布置的不锈钢孔板A1(本实施例为2个)和一个不锈钢孔板B2(本实施例为2个)，不锈钢孔板上的孔洞用于气流通过，且金属孔板A1上的孔洞与金属孔板B2上的孔洞交错布置，可以起到扰流的作用，帮助反应气体混合均匀；金属孔板A1-负载型YVO

由于本发明制备的YVO

本发明反应器中的不锈钢孔板除了起到结构支撑和气流导向的作用外，还可以为LED散热，提高安全性可使用寿命。

针对气流走向、阻力、扩散等目标，本发明采用CFD模拟技术进行本发明反应器的结构进行优化，结果如图7所示，其中，图7(a)为反应器外观及两种金属孔板(A和B)，图7(b)为反应器通入污染气体时各部位的压力模拟图，图7(c)为反应器通入污染气体时内部气流模拟图，图7(d)为反应器通入污染气体时内部流速模拟图，由上述结果可以看出，在通入大流量污染气体时，反应器内部设置可以起到紊流混合的作用，流场均匀不存在死体积，同时各部位承受压力适中、流速均匀缓和，整体有利于气体与催化剂的充分接触，保证了反应时长。

本发明反应器在大风量条件下可以充分混合反应气体，整体阻力较低。如图8所示，经测试该反应器(负载YT0.5的YVO