本實(shí)用新型屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種VOC處理裝置，特別涉及一種光催化VOC處理裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)迅速發(fā)展，以及歷史規(guī)劃問題和城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，部分工業(yè)企業(yè)對(duì)周邊居民的生活產(chǎn)生了明顯的負(fù)面影響，尤其是臭氣擾民問題，這些臭氣90％以上都是揮發(fā)性有機(jī)廢氣，嚴(yán)重威脅人類的健康和安全，也影響工業(yè)園區(qū)、城市乃至國(guó)家的形象。因此，VOC的處理在三污中顯得更重要也更緊迫。VOC的有害成分主要包括非甲烷總烴，酯、醇、醚等有機(jī)物非甲烷總烴，酯、醇、醚等有機(jī)物。處理這類廢氣從數(shù)個(gè)方法下手，如噴淋洗滌、吸附、臭氧、光觸媒法等。然而吸附法的問題在于吸附材料的消耗和再生的成本，光觸媒法需要保證催化劑活性并持續(xù)提供光源，臭氧法則需要不斷提供能量產(chǎn)生臭氧或直接消耗臭氧，噴淋洗滌需要對(duì)洗滌廢水二次處理，這些方法都有其局限性。

光催化降解技術(shù)原理是紫外光激活催化劑如TiO₂，當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波(hv)輻射TiO₂時(shí)，TiO₂價(jià)帶(VB)上的電子吸收光能(hv)后被激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)上，使導(dǎo)帶上產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電子(e-)，而在價(jià)帶(VB)上產(chǎn)生帶正電荷的空穴(h+)。e-與吸附在TiO₂顆粒表面上的O₂發(fā)生還原反應(yīng)，生成O₂-，O₂-與H+進(jìn)一步反應(yīng)生成H₂O₂，而h+與H₂O、OH-發(fā)生氧化反應(yīng)生成高活性.OH、H₂O₂、-OH把吸附在TiO₂表面上的有機(jī)污染物(簡(jiǎn)稱為R)降解為CO₂、H₂O等，把有毒有害的污染物氧化或還原為無(wú)害物。

光催化劑由于其狀態(tài)為粉末狀，本身非常容易隨氣流流失，容易造成裝置失效而需要添加催化劑使得運(yùn)行成本大幅上升。用膜材料承載，例如纖維膜，雖然其活化效率和有效作用面積都不錯(cuò)，但其承載過(guò)程工藝復(fù)雜，且容易粘污，清洗成本高。

目前的一些綜合利用的微波和紫外的氣體處理裝置大多處于試驗(yàn)階段，這些設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中均存在著明顯的能耗過(guò)大的問題。如專利CN 1101257C和CN103977678A中，設(shè)備的光源和微波源分別獨(dú)立供電，而大量微波在提供場(chǎng)強(qiáng)后做無(wú)用功，浪費(fèi)了大量的電能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的問題是在保證甚至提高光催化VOC處理效率的前提下，降低裝置內(nèi)微波無(wú)用功的總量，降低光源和微波源的整體功耗，使得裝置整體處理效率高、低能耗、運(yùn)營(yíng)成本低，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下能夠長(zhǎng)時(shí)間且不間斷地處理VCO，減少了環(huán)境污染。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：該光催化VOC處理裝置，包括以下部分：

微波發(fā)生模塊，包含微波發(fā)生器(2.45GHz)、變壓供電模塊；

諧振腔，由涂抹聚四氟乙烯的不銹鋼板、密封門構(gòu)成；

無(wú)極紫外線發(fā)射燈管(主發(fā)射波長(zhǎng)254nm)；

蜂窩陶瓷，其上燒結(jié)TiO₂催化劑；

風(fēng)扇，保持內(nèi)部風(fēng)壓，使內(nèi)部處理氣體單一方向流動(dòng)；

循環(huán)旁管，使用帶有風(fēng)扇的旁管，從諧振腔末端接至前端，利用風(fēng)扇強(qiáng)制循環(huán)。

其中：

風(fēng)扇風(fēng)機(jī)在所述旁管和進(jìn)氣口處各安裝一個(gè)。

諧振腔內(nèi)部設(shè)有蜂窩陶瓷以及無(wú)極紫外線發(fā)射燈管，蜂窩陶瓷以及無(wú)極紫外線發(fā)射燈均通過(guò)固定架固定在諧振腔內(nèi)部；蜂窩陶瓷彼此之間有固定間距，蜂窩陶瓷內(nèi)表面承載光催化劑。無(wú)極紫外線發(fā)射燈管，每?jī)筛ㄟ^(guò)固定架固定在諧振腔內(nèi)部每對(duì)蜂窩陶瓷的中間，上下對(duì)稱。每?jī)筛鰺o(wú)極紫外線發(fā)射燈管通過(guò)固定架固定設(shè)置在每對(duì)所述蜂窩陶瓷的中間。

由于采用了不透明的蜂窩陶瓷作為TiO₂的承載材料，諧振腔內(nèi)被設(shè)計(jì)成一格一格的類似船艙的串聯(lián)處理單元，每個(gè)單元內(nèi)有一根無(wú)極紫外線發(fā)射燈管，單元與單元之間，使用2cm厚度的蜂窩陶瓷作為單元隔離層，由于較薄的厚度，且每個(gè)單元都有紫外線發(fā)射燈管照射，蜂窩陶瓷兩面都得到照射，故燒結(jié)其上的TiO₂能夠充分得到紫外線的激發(fā)，故燒結(jié)其上的TiO₂能夠充分得到紫外線的激發(fā)。同時(shí)蜂窩狀結(jié)構(gòu)保證了足夠的作用面積，有效的平衡了催化劑作用范圍與催化劑激活效率。

諧振腔內(nèi)部設(shè)有微波發(fā)生器，微波發(fā)生器與設(shè)置在設(shè)備外部的控制面板通過(guò)電路連接，控制面板控制所述微波發(fā)生器的開關(guān)；旁管設(shè)置在出氣管道處并連通至所述進(jìn)氣閥門后。

無(wú)極紫外線發(fā)射燈管的紫外發(fā)光能量來(lái)源是所述微波發(fā)生器發(fā)出的微波。無(wú)極紫外線發(fā)射燈管為主波長(zhǎng)為254nm的無(wú)極紫外發(fā)射管；微波發(fā)生器工作頻率為2.45GHz，類型包括且不限定于微波磁控管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

1.單元化的內(nèi)部構(gòu)造，保證了可以根據(jù)處理VOC負(fù)荷差異，通過(guò)增加/減少單元數(shù)量，輕松的改變額定處理負(fù)荷量；

2.因?yàn)槭呛信怨軓?qiáng)制循環(huán)，改小了所需單元數(shù)，在保證處理效果的同時(shí)減少了裝置的設(shè)計(jì)尺寸，有效的降低了裝置的成本和處理成本；

3.因?yàn)槭菃卧瘍?nèi)部構(gòu)造，且諧振腔內(nèi)的物件沒有正反特異性，對(duì)裝置的后期維護(hù)難度降低了，有效避免出現(xiàn)某一部件損壞導(dǎo)致整個(gè)裝置無(wú)效，裝置的使用壽命得到了提高，從而有效降低使用者的運(yùn)營(yíng)成本；

4.2.45GHz的微波極易進(jìn)入諧振腔后極易諧振254nm的紫外線發(fā)射燈管產(chǎn)生紫外光，其維持諧振的能耗低，激活催化劑的冗余的微波和紫外也具有催化VOC分解的能力，同樣達(dá)到了分解VOC的目的，使裝置具有能量利用率高的特點(diǎn)。，減少了無(wú)用的能量消耗；

5.利用蜂窩陶瓷承載催化劑，將催化劑燒結(jié)在陶瓷表面，解決了催化劑損耗過(guò)快的問題。同時(shí)設(shè)計(jì)陶瓷厚度為2cm，由于較薄的厚度，且每個(gè)單元都有紫外線發(fā)射燈管照射，蜂窩陶瓷兩面都得到照射，故燒結(jié)其上的TiO₂能夠充分得到紫外線的激發(fā)，同時(shí)蜂窩狀結(jié)構(gòu)保證了足夠的作用面積，有效的平衡了催化劑作用范圍與催化劑激活效率。

此外，經(jīng)過(guò)蜂窩陶瓷承載處理的的催化劑TiO₀，其清洗難度低，在日常使用乃至清洗過(guò)程中都不易流失。

6.其中，諧振腔采用不銹鋼板并進(jìn)行了涂抹聚四氟乙烯的強(qiáng)化，具有極優(yōu)異的抗腐蝕特性，抗沾污性良好，并且可以較為輕易的清洗，維護(hù)簡(jiǎn)單，耐用性強(qiáng)。此外，單元化和密封門的設(shè)計(jì)，清洗方便，即使裝置在需要后期深度維護(hù)時(shí)，維護(hù)難度也極低。內(nèi)壁涂抹聚四氟乙烯的諧振腔也具有抗腐蝕性，密閉的結(jié)構(gòu)使逃逸的微波和紫外總量符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

綜合以上六點(diǎn)，該裝置以高效、低能耗、綠色處理為目標(biāo)，每個(gè)能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)多余的能量都盡可能的做到了對(duì)降解VOC有積極作用，有效激活催化劑提高了處理效率，并使得能量利用率極高降低了能耗，自身對(duì)催化劑的損耗小節(jié)省了物耗，且該裝置在降解VOC的同時(shí)自生并不對(duì)環(huán)境造成危害。

附圖說(shuō)明：

圖1、本實(shí)用新型的裝置的主視圖；

圖2、本實(shí)用新型裝置的俯視圖；

圖3、本實(shí)用新型裝置的剖圖。

圖1中，1、蜂窩陶瓷；2、燈管；3、風(fēng)扇/通風(fēng)泵。

圖2中，1、微波發(fā)生器；2、風(fēng)扇/通風(fēng)泵。

圖3中，1、蜂窩陶瓷；2、燈管；3、風(fēng)扇/通風(fēng)泵。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本實(shí)用新型的理解，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。本實(shí)用新型提供了一種光催化VOC處理裝置，該組件由諧振腔、微波發(fā)生組件、無(wú)極紫外線發(fā)射燈管、蜂窩陶瓷(含催化劑)、旁管、風(fēng)扇組成，內(nèi)部單元化，單個(gè)單元的體積小。

為了克服現(xiàn)有微波紫外光催化技術(shù)重復(fù)耗能的問題，本實(shí)用新型利用合理利用了諧振腔，將無(wú)極紫外線發(fā)射燈管作為光源直接置于諧振腔中，利用微波頻率2.45GHz和紫外線發(fā)射燈管主波長(zhǎng)254nm的諧振點(diǎn)亮燈管，從而完全有效節(jié)省了燈管產(chǎn)生紫外的運(yùn)營(yíng)成本，做到了節(jié)能的目的。

本實(shí)用新型的內(nèi)部圖及外部圖如圖1、圖2、圖3所示，裝置由微波發(fā)生部件、諧振腔、無(wú)極紫外線發(fā)射燈管、承載催化劑的蜂窩陶瓷、旁管、進(jìn)氣閥、以及風(fēng)扇風(fēng)機(jī)六部分組成，如圖1所示。內(nèi)部使用蜂窩陶瓷作為單元?jiǎng)澐?，每?jī)蓚€(gè)蜂窩陶瓷間距45mm-75mm。每?jī)蓚€(gè)蜂窩陶瓷中間位置設(shè)置兩根無(wú)極紫外線發(fā)射燈管呈上下對(duì)稱分布。從進(jìn)氣處起每第2n-1個(gè)蜂窩陶瓷上架設(shè)微波發(fā)生裝置，保證每個(gè)單元的微波場(chǎng)強(qiáng)可以成功諧振無(wú)極紫外線發(fā)射燈管?？筛鶕?jù)所需處理進(jìn)氣量和處理符合綜合設(shè)計(jì)更改單元尺寸和數(shù)目。

蜂窩陶瓷的應(yīng)采用1-2mm孔徑，其蜂窩狀結(jié)構(gòu)和足夠小的孔徑保證了待處理氣流在通過(guò)處理裝置的過(guò)程中，與催化劑的有效接觸面積。同時(shí)應(yīng)采用15-30mm的厚度，由于蜂窩陶瓷的孔徑則遠(yuǎn)大于紫外燈的主波長(zhǎng)254nm共3個(gè)數(shù)量級(jí)，厚度也較薄，保證了紫外可以有效穿透，也保證了紫外光照射和衍射的強(qiáng)度。

旁管的直徑為20～30mm，其強(qiáng)制回流風(fēng)量通過(guò)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

出氣量通過(guò)進(jìn)氣閥和強(qiáng)制回流風(fēng)量綜合調(diào)節(jié)。

蜂窩陶瓷承載的催化劑為TiO₂類催化劑，可使用純TiO₂或改性TiO₂催化劑，如SO₄^2-/TiO₂超強(qiáng)酸化二氧化鈦光催化劑等。

同時(shí)，由于其單元化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，該裝置可被設(shè)計(jì)為多種長(zhǎng)度的，滿足不同處理需求的單元數(shù)和尺寸，方便按照工廠要求定制，為綠色生產(chǎn)、車間排氣除臭等不同強(qiáng)度需求和使用提供了可能。

實(shí)施例1

實(shí)驗(yàn)裝置的主體長(zhǎng)*高*寬：800*400mm*400mm，其中諧振腔的尺寸為長(zhǎng)*高*寬：800*300mm*400mm。內(nèi)部蜂窩陶瓷采用20mm的厚度，每?jī)蓚€(gè)蜂窩陶瓷間距60mm。蜂窩陶瓷承載的催化劑為SO₄^2-/TiO₂超強(qiáng)酸化二氧化鈦光催化劑。旁管直徑為25mm。

開啟旁管強(qiáng)制循環(huán)(風(fēng)量60CFM)，0.20m³的0.05％乙烯氣體，在10分鐘內(nèi)消解率達(dá)到62％。