一種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置的制造方法
【專利說明】一種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于去除廢氣中可揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和人民生活水平的提高，在全球范圍內(nèi)都不同程度地出現(xiàn)了環(huán)境污染問題，特別是在發(fā)展中國家。目前，我國年排放VOCs約1800萬噸，《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》更是提出，“十二五”期間將針對石化、有機(jī)化工、合成材料、化學(xué)藥品原藥制造、塑料產(chǎn)品制造、裝備制造涂裝等重點(diǎn)行業(yè)，完善VOCs的污染防治體系，以期達(dá)到改善空氣質(zhì)量和污染減排的目的。由此可見，中國的環(huán)境保護(hù)仍任重而道遠(yuǎn)。
[0003]目前國內(nèi)外采用的有機(jī)廢氣處理方法包括吸收、吸附、冷凝、燃燒和生物技術(shù)，其都存在投資大、周期長、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，且處理效果也難以滿足日益嚴(yán)格的排放要求。為此，需要尋找新的方法和途徑來解決這一難題，而低溫等離子體和光催化技術(shù)相結(jié)合則是近年來興起的去除有機(jī)廢氣的有效治理技術(shù)。其中，低溫等離子體技術(shù)具有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，譬如:處理效率高、反應(yīng)流程短、適用大多數(shù)污染氣體、適于處理低濃度大風(fēng)量的氣體等，但單獨(dú)使用該技術(shù)存在能耗較高、產(chǎn)物降解不完全以及難于控制臭氧的排放量等缺點(diǎn)。光催化技術(shù)由于其能耗較低、操作簡單、催化反應(yīng)完全等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但單獨(dú)使用也存在一些缺陷，如:紫外光源不穩(wěn)定、較難處理高濃度大風(fēng)量的氣體、催化劑易中毒失活等。針對這兩種技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，人們開始考慮將兩者結(jié)合，形成互補(bǔ)。
[0004]等離子體被稱為物質(zhì)的第4種形態(tài)，由大量高能電子、離子、分子、中性原子、激發(fā)態(tài)原子、光子和自由基組成，其總正負(fù)電荷數(shù)相等，宏觀上保持電中性，但表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性。
[0005]Ce作為一種重要的稀土元素，當(dāng)其負(fù)載于催化劑表面時，具有極高的儲存氧和釋放氧的能力，它主要具有Ce3+和Ce 4+兩種化學(xué)價態(tài)，在還原氣氛中，Ce 4+能被還原成Ce 3+并釋放氧；而在氧化氣氛中，Ce3+能被煙氣中的O2氧化成Ce4+，并儲存氧，進(jìn)而增加催化劑的吸附氧量。因此，在光催化VOCs方面可以大大增強(qiáng)光催化劑的氧化能力，進(jìn)而增加VOCs的轉(zhuǎn)化率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置，以能夠在較短的時間內(nèi)去除較難降解的VOCs污染物。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0008]—種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置，包括靜電紡絲裝置和低溫等離子體反應(yīng)器；靜電紡絲裝置包括溶液儲存裝置、噴射裝置、推進(jìn)器和接受裝置，推進(jìn)器由一端置入溶液儲存裝置中，噴射裝置安裝在溶液儲存裝置的另一端而為內(nèi)徑0.5~2nm的毛細(xì)管或注射器針頭，噴射裝置與接受裝置之間接入高壓電源；低溫等離子體反應(yīng)器為線-管式結(jié)構(gòu)，線-管式低溫等離子體反應(yīng)器的外電極接地，線-管式低溫等離子體反應(yīng)器中心電極的一端接高頻高壓電源而另一端與外電極之間接萬用表，線-管式低溫等離子體反應(yīng)器進(jìn)口接氣源，而出口接清潔尾氣排放管，且出口處接有VOCs檢測裝置。
[0009]所述線-管式低溫等離子體反應(yīng)器為石英玻璃管，中心電極材料為Φ=1.0mm的鎢絲，外電極為纏繞在石英玻璃管外壁的不銹鋼鐵絲。
[0010]上述裝置對應(yīng)的方法步驟是:
[0011]首先，采用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維光催化材料:
[0012]第一步，在具塞錐形瓶中，加入一定量的鈦酸丁酯(Ti (OC4H9)4),然后緩慢滴加乙酸，鈦酸丁酯和乙酸的體積比為1.3，磁力攪拌30min，溶液呈黃色透明，作為前驅(qū)體溶液；
[0013]第二步，配置一定濃度(0.5~3.0mol/L)的聚苯乙烯溶液，溶劑采用四氫呋喃(THF)和 N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)混合溶劑(DMF/THF=4/6 (wt))；
[0014]第三步，然后加入上述第一步中的前驅(qū)體溶液和硝酸鈰(Ce (NO3)3.6Η20)，磁力均勻攪拌3h，至溶液光亮淡黃色透明澄清，作為紡絲溶液；
[0015]第四步，將待紡絲溶液吸入到帶有不銹鋼針頭的5ml玻璃注射器中，調(diào)整針尖到接受裝置的距離，針尖接電源正極，接收裝置接電源負(fù)極，調(diào)整噴射電場強(qiáng)度(1.4-2.0KV/cm)和推進(jìn)速度(2.0-5.0ml/h)，得到不同直徑和表面形貌的Ce02_Ti02/PS復(fù)合纖維；
[0016]第五步，然后將得到的纖維退火焙燒得到Ce02/Ti02納米纖維光催化材料；
[0017]再采用低溫等離子體-光催化技術(shù)去除VOCs:
[0018]第六步，將納米纖維光催化材料置入線-管式低溫等離子體反應(yīng)器中，高頻高壓電源經(jīng)線-管式低溫等離子體反應(yīng)器中心電極放電，氣源由進(jìn)口進(jìn)入線-管式低溫等離子體反應(yīng)器，經(jīng)光催化反應(yīng)去除VOCs污染物后，由出口排放清潔尾氣。
[0019]所述的Ce02/Ti02納米纖維催化材料中CeO 2的含量為0.5wt%_5wt%。
[0020]所述的Ce02-Ti02/PS復(fù)合纖維的直徑為500nm-2000nm。
[0021]采用上述方案后，低溫等離子體協(xié)同光催化技術(shù)處理VOCs的原理如下:在等離子產(chǎn)生過程中，待處理的污染物受高能電子轟擊可以直接被分解成單質(zhì)或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。此外，光催化劑可以選擇性地與等離子體產(chǎn)生的中間副產(chǎn)物反應(yīng)，得到理想的降解物質(zhì)(如COjPH2Oh因此，低溫等離子體與光催化劑協(xié)同作用時比單一使用等離子體或光催化劑具有更好的去除效果，可以更加有效地減少中間產(chǎn)物的生成，進(jìn)一步降低反應(yīng)能耗。
[0022]擁有的可移動的晶格氧和可變價的陽離子等特點(diǎn)與許多催化反應(yīng)有著本質(zhì)上的聯(lián)系，另外CeO2具有極強(qiáng)的儲氧能力和氧化性質(zhì)，可以增強(qiáng)等離子體光催化過程中的氧化性，加快VOCs的降解速度。
【附圖說明】
[0023]圖1為實(shí)施例中靜電紡絲裝置示意圖；
[0024]圖2為實(shí)施例中低溫等離子體-光催化裝置示意圖；
[0025]圖3為實(shí)施例1中不同&02含量光催化劑在不同放電電壓條件下對甲苯的去除性能曲線圖；
[0026]圖4為實(shí)施例1中不同Ce02/Ti02納米纖維直徑光催化劑在不同放電電壓條件下對甲苯的去除性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)用新型揭示的一種低溫等離子體協(xié)同靜電紡絲-光催化技術(shù)去除VOCs的裝置，包括靜電紡絲裝置10 (見圖1)和低溫等離子體反應(yīng)器20 (見圖2)。
[0028]靜電紡絲裝置10包括溶液儲存裝置12、噴射裝置13、推進(jìn)器11和接受裝置14。溶液儲存裝置12中裝入聚合物溶液，溶液儲存裝置12可以使用注射器或儲液罐等，若采用儲液罐需插入一根金屬電極，該電極與高壓電源15相連，使液體帶電，若采用注射器，則注射器的針頭可直接和高壓電源15相連，無需另外插入電極。推進(jìn)器11由一端置入溶液儲存裝置12中，推進(jìn)器11可以推進(jìn)供液。噴射裝置13安裝在溶液儲存裝置12的另一端，噴射裝置13為內(nèi)徑0.5~2nm的毛細(xì)管或注射器針頭。接受裝置14 一般為金屬平板。噴射裝置13與接受裝置14之間接入高壓電源15。高壓電源15用以提供噴射裝置13與接受裝置14之間的強(qiáng)電場，一般為直流高壓電源。靜電紡絲裝置10使聚合物溶液在高壓電作用下拉伸成絲。
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