有機廢氣凈化裝置和方法
【專利摘要】本申請公開了一種有機廢氣凈化裝置和方法，包括步驟：將廢氣中的塵粒捕集分離；由流光放電產生的高能電子與污染氣體分子發生碰撞，使其分子內部化學鍵斷裂活化；由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產生多種自由基和電子空穴，將有機廢氣氧化分解。本發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，可產生更多活性更強的高能電子，對有機廢氣分子進行活化降解。通過貴金屬和二氧化錳催化劑的協同作用，改變反應途徑，降低反應活化能，促使有機廢氣被徹底氧化成二氧化碳和水，減少中間產物。納米二氧化鈦在紫外光照射下產生光子和電子空穴，進而形成羥基和氧自由基等氧化性極強的粒子，和污染物發生光化學氧化反應。
【專利說明】
有機廢氣凈化裝置和方法
技術領域
[0001]本申請屬于廢氣處理技術領域，特別是涉及一種有機廢氣凈化裝置和方法。
【背景技術】
[0002]目前國內外主要的揮發性有機物處理方法包括: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較低，僅作為預處理手段。吸附法凈化效率高，可處理多組分氣體，其缺點是設備龐大，吸附劑價格昂貴，飽和后需要再生或更換，產生的固廢還需進一步處理。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是近年來備受關注的新型的氣態污染物的治理技術，是一個集物理學、化學和環境科學于一體的交叉綜合性電子化學技術。該技術具有高效率、低能耗、使用范圍廣、處理量大、操作簡單等特點，其應用和推廣對工業領域有機廢氣及惡臭氣體的治理意義重大。
[0003]目前工業應用的低溫等離子體技術主要是采用氣體放電方式發生，其具體放電模式又分為介質阻擋放電和電暈放電。
[0004]介質阻擋放電可以產生高密度的等離子體，能使大多數有機廢氣在高能電子和自由基作用下氧化分解。但工業大風量廢氣凈化中，所有待處理廢氣都經過放電區間則裝置成本和能耗過高，且電極易被污染而失效。所以有采用新鮮空氣通過介質阻擋放電產生等離子體后再與污染氣體混合反應。
[0005]電暈放電從電極結構分主要有線筒式、線板式、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，電源和反應器匹配困難，高壓元件受脈沖沖擊壽命短等原因，應用較少。市場上常見的電暈等離子體是由多個線筒組合而成的蜂窩狀直流電暈放電，線電極為高壓極，筒為接地電極。這種電暈放電模式對工業電除塵和需要產生少量負離子的應用需求，能夠很好的滿足。但要去除揮發性有機物，打開有機分子的化學鍵，使其發生化學反應而被徹底氧化，這種放電模式則難以勝任。這時就需要能夠產生電子能級在5-1OeV高能電子的流光放電。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種能長期穩定高效運行、處理成本低、能耗低、無二次污染，適用于大風量、中低濃度、成分復雜的有機廢氣凈化裝置和方法。
[0007]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0008]本申請實施例公開了一種有機廢氣凈化裝置，包括殼體，該殼體的兩側分別形成有進風口和出風口，所述殼體內于進風口和出風口之間依次設置有過濾除塵裝置、等離子體催化協同裝置和光催化氧化裝置，所述等離子體催化協同裝置包括沿氣流方向依次設置的針陣列對板電暈放電裝置和催化協同裝置。
[0009]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述過濾除塵裝置包括并列設置的多個濾筒，所述濾筒水平設置，所述濾筒的入口端與所述進風口連通，每個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同裝置連通。
[0010]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述文氏管的出口端還設置有脈沖噴吹裝置，所述濾筒設置有壓力傳感器。
[0011]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述針陣列電暈放電裝置包括交替設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]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述催化協同裝置包括載體以及負載于載體上的催化劑。
[0013]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述載體為蜂窩狀活性炭，所述催化劑選自Ag、Pt、Pd、Mn02。
[0014]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述光催化氧化裝置包括依次設置的第一紫外光源、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]優選的，在上述的有機廢氣凈化裝置中，所述二氧化鈦催化劑以蜂窩狀鋁網為載體。
[0016]相應的，本申請還公開了一種有機廢氣凈化方法，依次包括步驟:
[0017]將廢氣中的塵粒捕集分離；
[0018]由流光放電產生的高能電子與污染氣體分子發生碰撞，使其分子內部化學鍵斷裂活化；
[0019]由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產生多種自由基和電子空穴，將有機廢氣氧化分解。
[0020]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0021]本發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，可產生更多活性更強的高能電子，對有機廢氣分子進行活化降解。
[0022]通過貴金屬和二氧化錳催化劑的協同作用，改變反應途徑，降低反應活化能，促使有機廢氣被徹底氧化成二氧化碳和水，減少中間產物。
[0023]納米二氧化鈦在紫外光照射下產生光子和電子空穴，進而形成羥基和氧自由基等氧化性極強的粒子，和污染物發生光化學氧化反應。
[0024]本發明對工業有機廢氣去除效率高、無二次污染、能耗低、一次性投入少、運行成本低適用范圍廣，可根據需要加工各種不同風量大小的凈化系統。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1所示為本發明具體實施例中有機廢氣凈化裝置的結構示意圖；
[0027]圖2所示為本發明具體實施例中針陣列對板電暈放電裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]結合圖1所示，有機廢氣凈化裝置，包括殼體I，該殼體的兩側分別形成有進風口101和出風口 102，殼體I內于進風口 101和出風口 102之間依次設置有過濾除塵裝置2、等離子體催化協同裝置3和光催化氧化裝置4，等離子體催化協同裝置3包括沿氣流方向依次設置的針陣列對板電暈放電裝置301和催化協同裝置302。
[0030]過濾除塵裝置2包括并列設置的多個濾筒201，濾筒201水平設置，濾筒的入口端與進風口連通，每個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同裝置3連通。
[0031]在該技術方案中，濾筒采用納米級復合高效濾材，該復合高效濾材優選為納米纖維，用以保障清潔的氣體排出，以減輕塵粒對等離子體能量消耗和防止各種催化劑中毒失活。
[0032]進一步地，文氏管202的出口端還設置有脈沖噴吹裝置(圖未示)，濾筒201還設置有壓力傳感器。
[0033]在該技術方案中，通過壓力傳感器實現在線壓力檢測，當濾筒集塵較多，風阻過大時自動進行脈沖噴吹清灰，確保整個系統能高效穩定運行。
[0034]結合圖2所示，針陣列對板電暈放電裝置301采用針陣列對板正直流流光放電方式，包括交替設置的高壓電極板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]在優選實施例中，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]在優選的實施例中，針陣列對板電暈放電裝置301包括兩個獨立的箱體，沿氣流方向依次設置，每個箱體長度為Im，每個箱體內安裝7個單元模塊，每個單元模塊安裝二層放電齒條，共安裝14層放電齒條，每個單元模塊厚度為12.5cm，齒條與齒條間的距離為3cm，每個單元模塊需要有3個電源供電。電源采用外置式固定。
[0037]在該技術方案中，針陣列對板電暈放電裝置分為兩個箱體，便于運輸和安裝，每個箱體的后方分別設置一個催化協同裝置。
[0038]催化協同裝置包括載體以及負載于載體上的催化劑。載體優選為蜂窩狀活性炭，催化劑優選自Ag、Pt、Pd、MnO2。
[0039]光催化氧化裝置4包括依次設置的第一紫外光源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。二氧化鈦催化劑優選以蜂窩狀鋁網為載體，銳鈦型納米二氧化鈦催化劑以液相沉積法負載于鋁網上。
[0040]本案有機廢氣的凈化原理在于:
[0041 ]廢氣從進風口進入凈化裝置，首先經過預處理除塵部分，由納米級濾材將廢氣中塵粒捕集分離;然后經過等離子體部分，由流光放電產生的高能電子與污染氣體分子發生碰撞，使其分子內部化學鍵斷裂活化;最后經過紫外光催化部分，由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產生多種自由基和電子空穴，將有機廢氣氧化分解;最終凈化后的氣體由出風口達標排放。
[0042]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“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程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0043]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種有機廢氣凈化裝置，其特征在于，包括殼體，該殼體的兩側分別形成有進風口和出風口，所述殼體內于進風口和出風口之間依次設置有過濾除塵裝置、等離子體催化協同裝置和光催化氧化裝置，所述等離子體催化協同裝置包括沿氣流方向依次設置的針陣列對板電暈放電裝置和催化協同裝置。2.根據權利要求1所述的有機廢氣凈化裝置，其特征在于:所述過濾除塵裝置包括并列設置的多個濾筒，所述濾筒水平設置，所述濾筒的入口端與所述進風口連通，每個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同裝置連通。3.根據權利要求2所述的有機廢氣凈化裝置，其特征在于:所述文氏管的出口端還設置有脈沖噴吹裝置，所述濾筒設置有壓力傳感器。4.根據權利要求1所述的有機廢氣凈化裝置，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.根據權利要求1所述的有機廢氣凈化裝置，其特征在于:所述催化協同裝置包括載體以及負載于載體上的催化劑。6.根據權利要求5所述的有機廢氣凈化裝置，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.根據權利要求1所述的有機廢氣凈化裝置，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.根據權利要求7所述的有機廢氣凈化裝置，其特征在于:所述二氧化鈦催化劑以蜂窩狀鋁網為載體。9.一種有機廢氣凈化方法，其特征在于，依次包括步驟: 將廢氣中的塵粒捕集分離； 由流光放電產生的高能電子與污染氣體分子發生碰撞，使其分子內部化學鍵斷裂活化； 由紫外光照射納米二氧化鈦催化劑產生多種自由基和電子孔穴，將有機廢氣氧化分解。
【文檔編號】B01D53/74GK105921007SQ201610296662
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】張顯磊, 劉麗艷, 李志恒, 錢官平, 晁文靜
【申請人】張家港市艾爾環保設備有限公司