處理工業(yè)廢氣的方法和裝置制造方法
【專利摘要】公開了一種處理工業(yè)廢氣的方法和裝置。所述方法包括用紫外光照射包含揮發(fā)性有機物的物質(zhì)。所述裝置包括污水收集箱體，所述污水收集箱體內(nèi)四壁均安裝有污水凈化紫外線燈，該紫外線燈是能夠發(fā)射紫外線光波波段中的C段，波長184.8-185.2nm，并且輻照強度為45-47 uw/cm2的紫外線發(fā)射燈管。所述方法適合于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，并且比普通TiO2光催化劑的光催化效率高很多。
【專利說明】處理工業(yè)廢氣的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種處理工業(yè)廢氣的方法和裝置，尤其是采用紫外線光波波段中的C 段紫外光(波長184. 8-185. 2nm)在特定的改性TiO2催化劑存在下處理工業(yè)廢氣、工業(yè)污水 的方法和裝置。 技術(shù)背景
[0002] 工業(yè)廢氣、工業(yè)污水，尤其是其中的揮發(fā)性有機物，是導(dǎo)致霧霾的重要污染物，嚴 重影響了大氣質(zhì)量、動植物生長以及人類健康，并且具有非常嚴重的安全隱患。各種化工、 燃料、石油、鋼鐵、造紙等工廠內(nèi)使用的化工原料成分多樣，造成工業(yè)污水成分復(fù)雜，往往多 達幾十種甚至幾百種，而且又分為有機物類和無機物類，現(xiàn)有方式往往是選擇將工廠內(nèi)的 污水集中收集，再統(tǒng)一排出，這種超大量的污水排放，給周圍環(huán)境造成極大破壞，尤其是其 中的異味及有害雜質(zhì)，更是嚴重影響周邊居民的正常生活，而目前沒有專門紫外線裝置對 工業(yè)污水進行處理。它主要來源于石油化工行業(yè)、塑膠制品生產(chǎn)、印刷行業(yè)、絕緣材料、機械 行業(yè)、表面防腐防銹處理、制藥工業(yè)等行業(yè)排放廢氣中的主要污染物。
[0003] 揮發(fā)性有機物大多具有毒性并伴有惡臭，有些還有致癌物質(zhì)，如氯乙烯、苯、甲苯、 二甲苯等。而且，多數(shù)揮發(fā)性有機物易燃易爆，這對企業(yè)生產(chǎn)帶來諸多的不安全因素。目前， 世界各國都頒布了相應(yīng)的法令，限制該類污染物的排放。美國《凈化大氣法》強調(diào)在未來幾 年內(nèi)要減少189種有毒化學(xué)品90%的排放，其中70%的化學(xué)品是揮發(fā)性有機化合物；我國于 1997年頒布并實施的《大氣污染物綜合排放標準》，限定33種污染物的排放限量，其中包括 有苯、二甲苯等多種揮發(fā)性有機物。
[0004] 常規(guī)的吸附法與吸收法只是污染物質(zhì)從氣相到固相/液相的轉(zhuǎn)移，存在二次污染 問題；生物凈化技術(shù)是微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的有機成分作為能源維持 生命活動，并將有機物分解為二氧化碳、水、無機鹽等，由于微生物的生存環(huán)境特殊并且處 理周期過長，利用生物技術(shù)凈化有機廢氣僅僅在實驗室取得了成功，目前幾乎沒有得到實 際應(yīng)用；催化焚燒法是催化效率最高的有機廢氣處理方式，在理論上可達到100%的凈化 率，但以昂貴的金屬催化劑作為耗材來處理廢氣使大部分企業(yè)都無法接受此類處理方式。
[0005] 光催化降解技術(shù)在這方面具有突出的優(yōu)點。光激活半導(dǎo)體價帶上的光生空穴，光 催化氧化法由于光生空穴的強氧化性，如二氧化鈦，其電位為3.2V，比臭氧的2. 07V高 得多，能徹底降解有機污染物，使之完全礦化生成二氧化碳和水，而且作用物幾乎沒有選擇 性，所以能使許多難以降解的污染物礦化（無機化）。降解過程可在常溫常壓下進行，不需 要添加化學(xué)試劑，無二次污染，操作簡便等優(yōu)點而受到關(guān)注。
[0006] CN101279250A公開了一種能夠用于可見光激發(fā)的負載型非金屬氮摻雜一維結(jié)構(gòu) TiO2光催化劑及制備方法。以金屬Ti片和濃堿溶液為主要原料，運用水熱技術(shù)，通過酸化、 離子交換和后續(xù)熱處理得到負載型非金屬氮摻雜一維結(jié)構(gòu)TiO2可見光催化劑。其特征是氮 的摻入使得催化對可見光產(chǎn)生吸收，吸收波長紅移至600nm;催化劑本身就是負載型，解決 了顆粒狀催化劑容易脫落的缺點；催化劑具有一維結(jié)構(gòu)，比表面積大，活性點位豐富，有利 于強化反應(yīng)傳質(zhì)過程。實現(xiàn)了對室內(nèi)空氣典型污染物的降解，其活性比顆粒狀氮摻雜TiO2 高出1. 2-3. 0倍。
[0007] CN2774623A公開了一種新型光催化空氣凈化器，是由風(fēng)機、紫外燈、負載型催化劑 床層和其它附加功能部件組成。光催化劑涂覆于一組帶缺口或通氣孔的相互平行的圓形 或方形隔板上，管狀紫外燈貫穿于隔板組件中心，相鄰隔板的缺口或通氣口相互錯位，隔板 的外沿與內(nèi)沿分別緊靠凈化器內(nèi)壁及紫外燈套管，使凈化器空腔內(nèi)構(gòu)成了伸長的光反應(yīng)區(qū) 間，在氣流出口段還加有負離子發(fā)生器和臭氧分解催化劑。
[0008] CN2809481公開了一種光能利用率高、催化劑總表面積大的雙室型納米光催化空 氣凈化器，它利用納米半導(dǎo)體光催化原理和紫外線特性，由紫外線燈、大管載體與小管載 體、上支撐網(wǎng)座與下支撐網(wǎng)座構(gòu)成兩個環(huán)管狀光催化反應(yīng)室。小管載體為玻璃材質(zhì)，紫外線 可以穿過，大管載體為陶瓷材質(zhì)。上、下支撐網(wǎng)座上的環(huán)狀網(wǎng)孔使雙反應(yīng)室成為串連，具有 室內(nèi)空氣凈化、殺菌和除臭的綜合功能，適用于面積較大、空氣質(zhì)量要求高的居室、酒店、賓 館、辦公室、會議室和病房等非生產(chǎn)性室內(nèi)場所。
[0009] CNl799687A公開了一種負載型Ti02光催化劑及其制備方法，和用其制得的高 吸附性光催化水質(zhì)凈化器。該負載型TiO2光催化劑以活性碳纖維基為基體，在其上負載 100-600mgTi02/g活性碳纖維、厚100-300nmTiO2薄膜，比表面積為150?400m2/g。該催 化劑可通過粘膠劑的粉體涂覆法、液相沉積法和溶膠-凝膠法制得。其保留了活性碳纖維 絲間原有空隙，具有流體可自由進出光催化劑內(nèi)部，且紫外光可輻射到光催化劑的內(nèi)部的 優(yōu)點。使用上述負載型TiO2光催化劑的光催化水質(zhì)凈化器呈長方體狀，多個固定有上述催 化劑的光催化劑組件插入凈化器槽體內(nèi)，底部的曝氣系統(tǒng)可氣攪處理液，減小傳質(zhì)限制。該 凈化器可有效吸附反應(yīng)底物，促進光催化過程，使得其特別適合于微污染水源的深度凈化 處理。
[0010] CN2529646A公開了一種光催化空氣凈化器，由機體、開關(guān)控制裝置、空氣循環(huán)裝 置、空氣過濾裝置和光催化裝置組成。在空氣凈化器中空氣流過的通道里設(shè)有光催化反應(yīng) 裝置，而光催化反應(yīng)裝置是由附著于載體上的光催化反應(yīng)薄膜和紫外光源組成。光催化反 應(yīng)薄膜是利用磁控濺射方法在載體上制備的二氧化鈦薄膜，載體為玻璃、金屬、陶瓷或絲 網(wǎng)。當(dāng)空氣通過光催化空氣凈化裝置時，空氣中的有害物質(zhì)如甲醛、苯等在光催化的作用下 發(fā)生降解，生成無毒無害的物質(zhì)，而空氣中的細菌也被紫外光除掉，空氣因此得到凈化。該 光催化空氣凈化器可以在家庭室內(nèi)使用，也可以在大空間室內(nèi)使用。
[0011] CN2621799A公開了一種納米材料光催化空氣凈化器，包括凈化器殼體，凈化器殼 體內(nèi)設(shè)置有光化室以及風(fēng)循環(huán)機構(gòu)，該光化室殼體內(nèi)設(shè)有催化劑及燈管光源，所述燈管光 源固定連接在所述光化室殼體的正面上。當(dāng)更換光源時，不需要將光化室從凈化器殼體中 取出，只要打開凈化器殼體即可更換。另外，可以根據(jù)催化劑的排列調(diào)節(jié)光源，提高催化效 果。最后，該發(fā)明的燈管呈凸型，照射均勻。
[0012] CN2565456A公開了一種高效光觸媒空氣凈化裝置，該裝置通過采取從機殼兩側(cè)進 風(fēng)，采用兩組貫流式風(fēng)機、頂部帶有導(dǎo)風(fēng)柵板的出風(fēng)斗、三層光觸媒濾網(wǎng)及光觸媒柵條等結(jié) 構(gòu)形式，很好地解決了空氣流速流量問題和空氣與光觸媒體的接觸面問題；通過采用合適 的光觸媒材料，很好地解決了光催化劑在承載體上的固定問題；通過采用無臭氧產(chǎn)生的紫 外線燈，很好地解決了臭氧超標問題。這些問題的解決，改善了空氣凈化效果，提高了空氣 凈化質(zhì)量。
[0013] "金屬卟啉/異煙酸/二氧化鈦復(fù)合光催化劑制備及其光催化性能研究"，羅云等， 無機化學(xué)學(xué)報，第28卷第6期，2012年6月公開了合成了四苯基卟啉及銅卟啉和鋅卟啉，獲 得了配合物ΖηΤΡΡ，制備了金屬卟啉、異煙酸共修飾的二氧化鈦復(fù)合光催化劑-金屬卟啉/ 異煙酸/二氧化鈦，研究了其光催化降解水中污染物的效果。
[0014] W02006074697A1公開了一種作為環(huán)境凈化劑的籠式光催化劑，其中將納米光催化 劑包封在碳酸鈣殼內(nèi)，該催化劑可以通過光催化作用分解并去除包括揮發(fā)性有機污染物在 內(nèi)的有害物質(zhì)。
[0015] KR20030034590A公開了一種捕集和消除空氣中揮發(fā)性有機化合物的方法和裝置， 該裝置包括空氣入口、出口、預(yù)處理室、光催化劑反應(yīng)室、多個導(dǎo)引板、多個紫外燈，所述導(dǎo) 引板的表面涂覆有基于TiO2的光催化劑。
[0016] 然而，目前用于處理有機污染物的光催化方法存在成本較高的嚴重缺陷，不適合 于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，并且普通TiO2光催化劑的光量子效率和光催化效率都比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過深入研究和大量實驗，提出了 如下技術(shù)方案： 在一方面，本發(fā)明提供了一種處理工業(yè)廢氣的方法，該方法包括用紫外光照射該工業(yè) 廢氣。
[0018] 所述紫外光優(yōu)選為紫外線光波波段中的C段，波長184. 8-185. 2nm，并且輻照強度 為 45-47uw/cm2。
[0019] 所述方法可包括在紫外光照射下使工業(yè)廢氣與負載型改性TiO2催化劑接觸。
[0020] 優(yōu)選地，所述工業(yè)廢氣來自工業(yè)污水并且包含揮發(fā)性有機物。
[0021] 在一個優(yōu)選方面，其包括在紫外光照射下使工業(yè)廢氣與負載型改性11〇2催化劑接 觸。
[0022] 在處理揮發(fā)性有機物的過程中，在所述工業(yè)污水中加入有基于污水重量計 0. 1-2. 0%的負載型改性1102催化劑。
[0023] 在一個特別優(yōu)選的方法，本發(fā)明的負載型改性1102催化劑為無機物(最優(yōu)選陶粒） 負載的改性110 2催化劑。
[0024] 所述陶?？梢詾橥ㄟ^如下方法制得的陶粒： (1) 將工業(yè)污水(可以為待進行揮發(fā)性有機物處理的工業(yè)用污水）的污泥在自然環(huán)境中 晾曬至含水率低于IOwt. %，然后對其進行破碎處理，將破碎后產(chǎn)生的污泥顆粒轉(zhuǎn)移到加熱 爐中于460-550°C(優(yōu)選500°C)的溫度下干燥10-25分鐘(優(yōu)選20分鐘)，將干燥后的原 料轉(zhuǎn)移至球磨機中，球磨處理10-40分鐘(優(yōu)選30分鐘)，球磨機轉(zhuǎn)速500-700轉(zhuǎn)/分(優(yōu)選 600轉(zhuǎn)/分）； (2) 向球磨機中加入基于干燥后的污泥重量計20-30重量％ (優(yōu)選20重量％)的石灰 石、5-10重量％ (優(yōu)選5重量％)的造孔劑，繼續(xù)球磨干混5-10分鐘(優(yōu)選10分鐘)，然后 將混合原料轉(zhuǎn)移至配料池中，加水適量水?dāng)嚢?，造粒，粒徑?mm-15mm(優(yōu)選6mm)范圍內(nèi)， 然后自然晾干； (3)將晾干后的粒狀物轉(zhuǎn)移至加熱爐中，在550°C-650°C(優(yōu)選600°C)的溫度下燒結(jié) 20-40分鐘(優(yōu)選30分鐘)，自然冷卻至室溫，即得陶粒成品。
[0025] 所述造孔劑可以選自松香、鋸屑、聚苯乙烯、秸桿、紙漿和稻殼中的一種或多種。優(yōu) 選松香、鋸屑和聚苯乙烯。更優(yōu)選來自廢塑料如建筑物外層保溫板的聚苯乙烯，從而能夠更 有利地實現(xiàn)廢物利用。如果成本不是考慮的主要因素，可以優(yōu)選松香、以及多胺或多酸。最 優(yōu)選地，還可以加入1-5重量％的固泡劑(基于干燥后的污泥重量計)，所述固泡劑優(yōu)選為具 有化學(xué)式RCNHCH2Oh的酰胺類物質(zhì)，出乎意料地發(fā)現(xiàn)這種酰胺類固泡劑能夠與所述造孔劑 (優(yōu)選松香）發(fā)生協(xié)同作用，使得產(chǎn)生的陶粒孔隙穩(wěn)定且陶粒強度更高，例如陶粒強度可以 比不使用酰胺類固泡劑提高20-40%。
[0026] 本發(fā)明的上述污泥可以來自工業(yè)污水經(jīng)除去揮發(fā)性有機物后進一步處理獲得的 污泥。所述處理方法可以為本領(lǐng)域的常規(guī)污水處理方法。通過利用工業(yè)污水的污泥，還可 以使廢棄物得到進一步資源化利用。
[0027] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，制得的陶粒的表面有許多孔隙且比較規(guī)整，與一般無機載體例如 膨潤土相比，可以與110 2結(jié)合得更為牢固，另外所述陶粒的比重為0. 8-1.Og/cm3,與水的比 重較為接近，容易在水中懸浮，可以有效增加對催化劑的光照強度，從而極大地提高催化效 果。
[0028] 所述改性TiO2催化劑可以為摻雜La、Pt和Fe的TiO2催化劑，其中基于催化劑的 總重量計，La的摻雜量為0. 1-0. 5重量％，其以La2O3形式存在；Fe的摻雜量為0. 1-1. 0重 量％，其以Fe2O3形式存在；Pt的摻雜量為0.01-0. 10重量％，其以單質(zhì)或吸附氧形式存在， 沉積在La203/Fe203/Ti02的表面，余量基本上為Ti02。
[0029] 1102采用本領(lǐng)域常規(guī)的溶膠-凝膠法制備，然后浸漬La和Fe的水溶性鹽，干燥后 進行高溫煅燒（300-600°C)，獲得摻雜La2O3和Fe203的TiO2催化劑，即La203/Fe2O3AiO2, 再通過光沉積法在La203/Fe203/Ti0；^面沉積Pt。
[0030] 所述光沉積方法可以為如下：將一定量的H2PtCl6 · 6H20溶解在含有甲醇和蒸餾 水的1:4 (體積比）混合溶液中，將La203/Fe203/Ti02催化劑在攪拌狀態(tài)下加入該溶液中，調(diào) 節(jié)PH=約3,在磁力攪拌下充分混合，然后將懸浮液在紫外光下照射6-10h，反應(yīng)結(jié)束后，過 濾，用去離子水洗滌數(shù)遍，用AgNCV^液檢測Cl-直至無沉淀產(chǎn)生，60-100°C干燥l_6h，即得 摻雜La、Pt和Fe的1102催化劑。
[0031] 可以將制得的Pt/La203/Fe203/Ti(^t化劑置于一定量水中，充分攪拌制得懸浮液， 將一定量由污泥制得的上述陶粒加入該懸浮液中，繼續(xù)攪拌，使得陶粒表面包覆有催化劑 層，再在200-400°C下保持1-5小時，即得陶粒負載的改性TiO2催化劑。改性TiO2催化劑 的負載量為(基于陶粒和改性TiO2催化劑的總重量計)0. 1重量％-10. 0重量％，優(yōu)選0. 5重 量％-5. 0重量％，更優(yōu)選I. 0重量％-5. 0重量％。
[0032] 本發(fā)明人經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，La摻雜可提高催化劑的可見光催化活性，0.3重 量％的La摻雜量可以在100°C、60min內(nèi)基本大部分去除制藥工業(yè)污水中的氣相甲苯和二 甲苯；摻入的La以La2O3的形式分布在TiO2表面，并形成Ti-O-La鍵，抑制二氧化鈦銳鈦礦 相向金紅石相轉(zhuǎn)變、提高相轉(zhuǎn)變溫度、減小晶粒尺寸及增大催化劑比表面積，另外La摻雜 可提高TiO2在可見光區(qū)的吸收，使催化劑吸收邊向長波移動，據(jù)推測，La的f軌道的電子躍 遷可能是催化劑可見光活性提高的重要原因。
[0033]Pt的摻入減小了晶粒尺寸并增大了催化劑比表面積，同時增加了催化劑對紫外線 D波段中的185nm波段紫外光的吸收。
[0034]La、Fe的共摻雜抑制1102的晶型轉(zhuǎn)變和晶粒生長，增強復(fù)合材料的吸光性能，提 高該催化劑的光催化性能。
[0035] 在一個優(yōu)選方面，紫外線D波段中的185nm波段紫外光由紫外線發(fā)射燈管產(chǎn)生。所 述燈管是由含有6wt. %-8wt. %Na2O的鈉鈣硅玻璃制成的透明玻璃發(fā)光管，所述鈉鈣硅玻 璃包含：

【權(quán)利要求】
1. 一種處理工業(yè)廢氣的方法，該方法包括用紫外光照射所述工業(yè)廢氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述紫外光為紫外線光波波段中的C段，波長 184. 8-185. 2nm，并且福照強度為 45-47 uw/cm2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其包括在紫外光照射下使工業(yè)廢氣與負載型改性TiO 2催化劑接觸。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述工業(yè)廢氣來自工業(yè)污水并且包含揮發(fā) 性有機物。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述紫外線D波段中的185nm波段紫外光 由紫外線發(fā)射燈管產(chǎn)生，其中所述燈管是由含有6 wt.%-8 wt.% Na20的鈉鈣硅玻璃制成的 透明玻璃發(fā)光管。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述負載的改性Ti02催化劑的載體為無機 物。
7. -種處理工業(yè)廢氣的裝置，所述包含揮發(fā)性有機物的物質(zhì)是工業(yè)污水，其特征在于， 所述裝置包括污水收集箱體，所述污水收集箱體內(nèi)四壁均安裝有污水凈化紫外線燈；該紫 外線燈是能夠發(fā)射紫外線光波波段中的C段、為波長184. 8-185. 2nm并且輻照強度為45-47 uw/cm2的紫外線發(fā)射燈管，燈管是由含有6 wt.%-8 wt.% Na20的鈉鈣硅玻璃制成的透明玻 璃發(fā)光管； 優(yōu)選地，所述裝置包括箱體、廢氣凈化燈、燈架軌道和控制器，所述的箱體的兩端分別 開有進風(fēng)口和出風(fēng)口，所述的廢氣凈化燈和所述的燈架軌道均安裝在所述的箱體內(nèi)，所述 的廢氣凈化燈安裝在所述的燈架軌道上，所述的控制器安裝在所述的箱體外側(cè)，且與廢氣 凈化燈連接，所述廢氣凈化燈即為上述紫外線燈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述污水收集箱體一端連接有污水池，所述污 水池一端連接有污水源；所述污水收集箱體的進口端和出口端均設(shè)有過濾裝置，所述過濾 裝置的濾網(wǎng)面積為500?1100cm2,濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑為0. 1-5. Omm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于，所述污水池底部設(shè)置有沉淀池，所述污水 池和沉淀池之間安裝有防倒流格柵。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述污水收集箱體另一端安裝有排 水泵；或者，所述的廢氣凈化燈包括燈管、燈架和鎮(zhèn)流器，所述的鎮(zhèn)流器和燈管均安裝在所 述的燈架內(nèi)側(cè)，所述的鎮(zhèn)流器與所述的燈管連接，所述的鎮(zhèn)流器數(shù)量優(yōu)選與所述的燈管數(shù) 量相等；另外： 優(yōu)選地，所述的燈管外側(cè)鍍有保護膜，所述的保護膜為防衰減的阻擋介質(zhì)； 優(yōu)選地，所述的廢氣凈化燈和所述的燈架軌道數(shù)量相等，且最少為一個； 優(yōu)選地，所述的箱體、廢氣凈化燈和燈架軌道均為耐高溫、耐高壓、抗紫外線和臭氧的 材料制成。
【文檔編號】B01D53/74GK104492235SQ201410776736
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】郭萌 申請人:郭萌