本發(fā)明屬于廢氣處理，具體涉及一種vocs尾氣處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、揮發(fā)性有機化學物，簡稱vocs，是指在常壓下沸點低于260攝氏度或室溫飽和蒸汽壓大于71pa的有機化合物，其主要成分為含氟芳香烴、醇、醚和酯類物質(zhì)，此外，還含有部分氯化氫、硫化氫和氮化物等無機物，具有濃度大，成分復雜、毒性較強的特征。

2、vocs的來源主要有固定源和移動源兩種。移動源主要有汽車、輪船和飛機等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣；固定源的種類很多，主要為石油化工工藝過程和儲存設備等的排出物及各種使用有機溶劑的場合，如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、制藥、塑料和橡膠加工等。除了這些大污染源外,還有日常生活中隨處可見的小污染源，如油漆涂料、地板臘等。就目前的技術(shù)水平而言,無法避免這些氣相污染物的排放，因此迫切需要有效治理vocs的技術(shù)。

3、目前對于vocs的處理主要包括燃燒法、催化法和吸附法，其中燃燒法是將vocs直接通入焚燒爐進行燃燒，將其轉(zhuǎn)化為co2和h2o，該方法運行簡單，處理效率高，但設備投資高，且當vocs中存在諸如硫化物、氮氧化物等其它無機污染物時，燃燒后會產(chǎn)生so2、nox等揮發(fā)性污染物，導致空氣的二次污染。催化法是將vocs通過催化劑同時配合紫外燈，將污染物降解為co2和h2o，相比燃燒和吸附，其不僅處理效率高，而且能針對濃度高、成分復雜的vocs，包括其中的各種無機污染物，進行高效降解，確保尾氣能達到排放標準，然而該方法設備投資大，且催化劑需要頻繁更換，使得其運行成本更高。吸附法是將vocs通過活性炭、分子篩、樹脂等吸附材料，將其中的污染物吸附在吸附材料的孔隙中，從而達到凈化空氣的目的，該方法投資小，運行簡單，同時還可以去除無機污染物，但分子篩和活性炭的吸附量和吸附效率有限，因此不適合處理高濃度的vocs。

4、綜上所述，目前利用催化法和吸附法處理高濃度vocs尾氣還具有吸附量和吸附效率有限以及光催化劑需要頻繁更換的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種vocs尾氣處理系統(tǒng)，以解決上述采用催化法處理vocs尾氣光催化劑需要頻繁更換以及采用吸附法處理高濃度vocs尾氣吸附量和吸附效率有限的問題。本發(fā)明的vocs尾氣處理系統(tǒng)依次設置有冷凝預處理步驟、過濾步驟、分子篩吸附步驟、光催化步驟以及活性炭再吸附步驟，將吸附法和催化法結(jié)合起來，兩種方法協(xié)同作用，能夠提高vocs廢氣處理的效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種vocs尾氣處理系統(tǒng)，包括以下步驟：

3、(1)預處理：將收集的vocs尾氣進行冷凝處理；

4、(2)過濾：冷凝處理后的vocs尾氣經(jīng)過過濾器進行初級過濾；

5、(3)吸附：初級過濾處理后的vocs尾氣采用改性分子篩吸附劑進行吸附；

6、(4)催化：吸附處理后的vocs尾氣通過光催化系統(tǒng)進行降解處理；

7、(5)再吸附：降解處理后的vocs尾氣采用改性活性炭進行吸附，檢測合格后，進行排放；

8、改性分子篩吸附劑的制備方法為：

9、(31)將介孔氧化鋁分子篩與氨水和碳酸鈉的混合水溶液一進行混合，水熱處理、過濾、洗滌和干燥，得到前驅(qū)體；

10、(32)在氮氣氣氛中，將前驅(qū)體與三氯化鋁蒸汽、氯化銅蒸汽和四氯化鈦蒸汽進行混合加熱處理，得到改性分子篩吸附劑；

11、改性活性炭的制備方法為：

12、(51)將活性炭加入到三聚氰胺和磷酸三乙酯的混合水溶液二中進行浸泡5～8h后，過濾、干燥和燒結(jié)，得到氮磷摻雜的活性炭；

13、(52)按照重量份數(shù)將聚乙烯醇20～25份、表面活性劑2～4份、交聯(lián)劑0.5～3份和水90～100份混合攪拌均勻，得到膠黏劑；

14、(53)按照重量份數(shù)將氮磷摻雜的活性炭100份和膠黏劑120～140份加入反應釜中，攪拌6～8h后，得到混料；

15、(54)將混料送入造粒設備中，擠壓成顆粒炭，將顆粒碳烘烤至水分含量小于5％；

16、(55)將烘烤好的顆粒碳進行破碎，破碎后過篩，得到改性活性炭。

17、優(yōu)選的，步驟(51)中燒結(jié)的溫度為500～800℃，時間為1～5h。

18、優(yōu)選的，冷凝處理包括如下步驟：將收集的vocs尾氣依次進行一次冷凝和二次冷凝，一次冷凝的溫度為40～50℃，二次冷凝的溫度為10～15℃。

19、目前，對于vocs尾氣的處理方法主要基于燃燒法、催化法和吸附法，使用單一的方法對于低濃度的vocs尾氣進行處理能夠達到較好的效果，但是當vocs尾氣為較高濃度時，單一的處理方法已經(jīng)不能完全將其進行吸附或者降解。針對上述問題，本發(fā)明特定性地將催化法和吸附法進行結(jié)合，依次設置吸附-光催化-再吸附的步驟，對高濃度vocs尾氣進行處理，進而使尾氣排放達到國家標準。本發(fā)明繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，由于vocs尾氣的濃度上升，在吸附步驟和再吸附步驟中使用的分子篩或者活性炭很容易發(fā)生吸附飽和，吸附效率下降，針對此問題，對分子篩和活性炭進行了改性。

20、針對分子篩的改性，本發(fā)明首先將分子篩與氨水和碳酸鈉的混合溶液進行混合，在混合過程中，氨水是一種堿性物質(zhì)，在分子篩上引入堿性位點可以增強分子篩對某些酸性的vocs的吸附能力，這通常會增加分子篩的表面極性，使得分子篩能夠更好地吸引并保持vocs分子；碳酸鈉的使用可能會幫助調(diào)整分子篩的孔隙結(jié)構(gòu)，使其更適合吸附特定大小或形狀的vocs分子，這種孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有助于提高吸附的選擇性和容量。本發(fā)明將氨水和碳酸鈉處理后的分子篩作為前驅(qū)體與三氯化鋁蒸汽、氯化銅蒸汽和四氯化鈦蒸汽進行混合加熱處理，在加熱處理過程中，三氯化鋁、氯化銅和四氯化鈦蒸汽的使用可以在分子篩結(jié)構(gòu)中引入金屬離子的過程，這些金屬離子可以提供額外的吸附位點，增強分子篩對特定vocs的吸附性能，此外這些金屬離子還可以作為活性中心參與到后續(xù)的催化過程中，提高vocs的分解效率。

21、針對活性炭的改性，本發(fā)明首先以三聚氰胺和磷酸三乙酯為原料，向活性炭中引入氮元素和磷元素，在摻雜過程中，氮和磷元素可以改變活性炭的電子結(jié)構(gòu)，形成更多的π-電子軌道，從而增強活性炭對極性氣體分子(如一些vocs)的吸附能力，氮和磷摻雜還能引入新的活性位點，這些位點可以增強活性炭表面的化學吸附能力。氮和磷的摻雜還可以引入堿性或酸性位點，這有助于增強活性炭表面與某些vocs之間的相互作用，尤其是那些具有特定官能團的有機物，從而提高吸附選擇性和吸附量。因此氮磷摻雜可以調(diào)節(jié)活性炭表面的疏水性或親水性，使之更適合吸附目標污染物，例如，如果目標污染物是疏水性的，則可以通過提高活性炭的疏水性來增加吸附效果。本發(fā)明將氮磷摻雜的活性炭與膠黏劑進行混合，膠黏劑的添加會影響活性炭的孔隙率和孔徑分布，從而優(yōu)化氣體在活性炭內(nèi)部的擴散路徑，提高吸附速率。

22、優(yōu)選的，光催化系統(tǒng)中設置有板式光催化劑，板式光催化劑的主要成分是tio2、氧化鋅和氧化石墨烯，tio2、氧化鋅和氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8～12)：(3～5)：1。

23、本發(fā)明為了提高光催化效率，還對板式光催化劑的主要成分進行了限定，以二氧化鈦為主料，輔助添加氧化鋅和氧化石墨烯，其中tio2是一種常見的光催化劑，但它主要在紫外光下有效，zno同樣是一種有效的光催化劑，并且它在可見光范圍也有一定的響應，氧化石墨烯則具有較大的比表面積和良好的導電性，可以促進光生載流子的分離，減少電子-空穴復合，三者的結(jié)合可以拓寬光響應范圍，從而提高光催化效率。zno和go的引入還可以增強tio2的物理和化學穩(wěn)定性，防止tio2在長時間使用過程中發(fā)生聚集或降解，從而保證其長期的光催化活性。由于go的存在，它可以提高復合材料的穩(wěn)定性和機械強度，從而延長光催化劑的使用壽命，減少更換頻率，go的存在也可能有助于提高復合材料的抗污染性，使得光催化劑不易被污染物堵塞或覆蓋，從而保持較高的活性。

24、本發(fā)明繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，雖然在二氧化鈦中加入氧化鋅和氧化石墨烯可以提高光催化性能，但是在長期使用過程中，光催化劑還是會發(fā)生降解和結(jié)構(gòu)的變化，導致光催化性能發(fā)生下降。針對此，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過改變二氧化鈦、氧化鋅和氧化石墨烯的比例可以提高光催化劑的物理穩(wěn)定性，本發(fā)明中tio2、氧化鋅和氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8～12)：(3～5)：1。如果zno或go的比例不合適，可能導致復合材料的物理穩(wěn)定性不足，遇到酸堿環(huán)境容易發(fā)生降解或結(jié)構(gòu)變化，從而影響其長期性能。本發(fā)明還對二氧化鈦、氧化鋅和氧化石墨烯的粒徑和形貌進行了限定，這同樣可以增強材料的機械強度，使其在實際應用中更加耐用，減少更換頻率。適當?shù)牧竭€可以提高材料的物理穩(wěn)定性和耐環(huán)境性能，減少在使用過程中發(fā)生的聚集或沉淀，從而延長催化劑的使用壽命。

25、優(yōu)選的，二氧化鈦的粒徑為200nm，銳鈦礦，二氧化鈦的微觀形貌為不規(guī)則形狀，購自上海巷田納米材料有限公司，型號為xt-tio2-03。

26、優(yōu)選的，氧化鋅的粒徑為400nm，微觀形貌為不規(guī)則形狀，購自上海巷田納米材料有限公司，型號為xt-zno-04。

27、優(yōu)選的，氧化石墨烯<10μm，購自上海巷田納米材料有限公司，型號為xt-go-01。

28、優(yōu)選的，混合水溶液一中氨水的質(zhì)量濃度為3～5％，碳酸鈉的質(zhì)量濃度為10～20％，介孔氧化鋁分子篩和混合水溶液一的固液質(zhì)量比為1：(30～50)；水熱處理的溫度為100～120℃，時間為8～10h。

29、優(yōu)選的，介孔氧化鋁分子篩為mcm-41、kit-1、sba-1、sba-2、sba-6、sba-11、fdu-2、fdu-5、ams-8和tud-1中的至少一種。

30、優(yōu)選的，三氯化鋁蒸汽的流速為5～10ml/min，氯化銅蒸汽的流速為3～5ml/min，四氯化鈦蒸汽的流速為1～3ml/min；加熱處理的溫度為500～800℃，時間為3～6h。

31、優(yōu)選的，混合水溶液二中三聚氰胺的質(zhì)量濃度為40～45％，磷酸三乙酯的質(zhì)量濃度為20～25％，活性炭和混合水溶液二的固液質(zhì)量比為1：(25～35)。

32、優(yōu)選的，烘烤的溫度為80～120℃，時間為2～8h。

33、優(yōu)選的，活性炭的碘吸附值為1000mg/g，比表面積為1000～1100m2/g；

34、表面活性劑為十二烷基磺酸鈉，交聯(lián)劑為淀粉。

35、優(yōu)選的，改性活性炭的粒徑為1-3mm。

36、因此，本發(fā)明采用上述的一種vocs尾氣處理系統(tǒng)，具有以下有益效果：

37、1、本發(fā)明的vocs尾氣處理系統(tǒng)依次設置有冷凝預處理步驟、過濾步驟、分子篩吸附步驟、光催化劑步驟以及活性炭再吸附步驟，將吸附法和催化法結(jié)合起來，兩種方法協(xié)同作用，不僅能夠提高vocs廢氣處理的效率，還能提高廢氣處理的效果。

38、2、本發(fā)明通過在介孔氧化鋁分子篩表面引入特定的化學基團或元素，如alcl3、cucl2和ticl4，這些成分可以增強分子篩表面的極性和親油性，進而改善其對vocs的選擇性吸附能力，此外改性過程可能會在分子篩內(nèi)部形成更多的吸附位點，從而增加吸附量。

39、3、本發(fā)明中的氮和磷摻雜可以改變活性炭的電子結(jié)構(gòu)，提高其表面的化學活性，使得活性炭對于某些vocs具有更高的親和力，這種摻雜還可以增強活性炭的穩(wěn)定性，防止在吸附過程中發(fā)生化學反應導致的失活。

40、4、本發(fā)明的板式催化劑中以tio2作為主要的光催化成分，其與氧化鋅和氧化石墨烯的協(xié)同作用可以提高光催化效率，tio2的光生電子空穴對容易復合，而氧化鋅和氧化石墨烯可以起到分離電子空穴的作用，減少復合損失，從而提高光催化活性。此外，氧化石墨烯的存在還能夠提高催化劑的導電性，降低電阻，使光生電子更容易傳輸，提高光催化效率并延長催化劑的使用壽命。

41、下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。