本實用新型涉及一種臭氧分解實驗裝置，用于環(huán)境科學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境材料學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)中的臭氧分解實驗。

背景技術(shù)：

臭氧又名三原子氧，俗稱“福氧、超氧、活氧”，分子式是O₃。臭氧在常溫常壓下呈淡藍色的氣體，穩(wěn)定性極差，在常溫下可自行分解為氧氣，因此臭氧不能貯存，一般現(xiàn)場生產(chǎn)，立即使用。臭氧是目前已知的一種廣譜、高效、快速、安全、無二次污染的殺菌氣體，可殺滅細菌芽胞、病毒、真菌等，并可破壞肉桿菌毒素，因此被廣泛應(yīng)用于各種水質(zhì)處理、醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮以及去除難降解物質(zhì)等。但由于臭氧的利用率較低，實際使用過程中往往會產(chǎn)生大量的殘留臭氧，如果這些殘留臭氧直接排放到大氣中，則勢必會造成環(huán)境污染。

氮氧化物和各種揮發(fā)性有機物在光照下會產(chǎn)生大量的臭氧，近些年大氣環(huán)境中臭氧濃度逐年增加，室內(nèi)環(huán)境中也存在大量臭氧源，如打印機、復(fù)印機、紫外燈和各類家用電器等，在工作時均可能會向周圍環(huán)境中釋放臭氧，兩者疊加會給人體健康造成更大危害。臭氧污染會危害人體的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，破壞人體皮膚中的維生素E和免疫系統(tǒng)，根據(jù)美國國家環(huán)保局和世界衛(wèi)生組織的相關(guān)研究，臭氧濃度每提升40微克/立方，會導(dǎo)致非正常死亡率提升0.6％。因此，近年來臭氧治理得到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

目前對空氣中臭氧的治理方法主要有活性炭吸附法、藥液吸收法、熱分解法、稀釋法、和催化分解法等。前幾種方法存在能耗高、產(chǎn)生二次污染物和處理量小等局限性，而催化劑分解臭氧可以較好的彌補以上方法的不足，是目前所有臭氧去除方法中最具有可行性的一種方法，因此成為廣大研究者的研究熱點?，F(xiàn)有技術(shù)中，研究人員通常采用臭氧分解實驗裝置對催化劑催化分解臭氧的過程進行研究，其研究重點主要集中在不同催化劑對臭氧分解效果的影響，從而在一定程度上能夠為真實實踐中臭氧的催化分解治理提供理論依據(jù)。但采用現(xiàn)有臭氧分解實驗裝置對臭氧催化分解過程進行研究時，臭氧的分解過程與真實實踐中存在較大的偏差，并不能真實、準確地反映出真實實踐中臭氧的分解過程，從而導(dǎo)致其實驗結(jié)果不能很好地用于指導(dǎo)真實實踐。

如，中國專利申請?zhí)枮?01420676291.1，申請日為2014年11月13日的申請案公開了一種用于測定催化劑催化臭氧分解的分解率的裝置，包括高純空氣鋼瓶、轉(zhuǎn)子流量計、臭氧發(fā)生器、裝有水的混合瓶、三通閥，密封的玻璃圓柱槽、催化劑和裝有KI水溶液的混合瓶；高純空氣鋼瓶依次與轉(zhuǎn)子流量計、臭氧發(fā)生器、裝有水的混合瓶連接，裝有水的混合瓶的排氣口與三通閥連接后，一路經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計后與裝有KI水溶液的吸收瓶連接；另一路經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計后再依次與裝有催化劑的密封的玻璃圓柱槽、裝有KI水溶液的吸收瓶連接。使用該申請案的裝置對催化劑催化臭氧分解的分解率進行測定時能夠有效降低臭氧的損耗，從而在一定程度上能夠提高測定結(jié)果的準確率，但該測定實驗與真實實踐中臭氧分解過程之間仍存在較大的差別，從而導(dǎo)致其實驗結(jié)果不能很好地用于指導(dǎo)真實實踐。

因此，如何提高臭氧分解實驗裝置實驗結(jié)果的準確性，對于指導(dǎo)后續(xù)真實實踐中臭氧的分解治理，保證臭氧的治理效果具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.實用新型要解決的技術(shù)問題

本實用新型的目的在于克服采用現(xiàn)有臭氧分解實驗裝置對臭氧分解過程進行研究分析時，臭氧分解過程與真實實踐之間存在較大偏差，從而導(dǎo)致實驗結(jié)果的準確性較低的不足，提供了一種臭氧分解實驗裝置。采用本實用新型的臭氧分解實驗裝置能夠有效提高實驗結(jié)果的準確性，有助于為環(huán)境和材料領(lǐng)域技術(shù)人員研究催化劑分解臭氧的過程和原理提供科學(xué)的指導(dǎo)，從而保證真實實踐中臭氧的分解效果。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為：

本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，包括氣泵、臭氧發(fā)生裝置、催化反應(yīng)塔和臭氧檢測系統(tǒng)，所述氣泵的出氣管連接至臭氧發(fā)生裝置的進氣口，臭氧發(fā)生裝置的出氣口通過管路分別與多孔式氣體洗瓶及氣體干燥塔的進口相連，多孔式氣體洗瓶及氣體干燥塔的出口管路合并后連接至催化反應(yīng)塔的進氣口，所述的臭氧檢測系統(tǒng)用于在線監(jiān)測催化反應(yīng)塔的進氣口及排氣口的臭氧濃度。

更進一步的，所述多孔式氣體洗瓶內(nèi)裝有去離子水，氣體干燥塔內(nèi)裝有硅膠顆粒，且臭氧發(fā)生裝置的出氣口與多孔式氣體洗瓶及氣體干燥塔的進口之間的連接管路上均設(shè)有氣體閥門和氣體流量傳感器，所述的氣體閥門和氣體流量傳感器均與電控系統(tǒng)相連。

更進一步的，所述氣泵的氣體流量可調(diào)，調(diào)整范圍為0～450L/min；所述臭氧發(fā)生裝置內(nèi)設(shè)置有交流電頻率調(diào)節(jié)裝置。

更進一步的，所述的催化反應(yīng)塔設(shè)為雙層側(cè)壁結(jié)構(gòu)，兩層側(cè)壁之間形成溫控層，該溫控層通過水浴進水口和水浴排水口實現(xiàn)與水浴鍋的水循環(huán)，所述水浴鍋設(shè)置有溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)與電控系統(tǒng)相連。

更進一步的，所述溫控層的厚度為2～5cm，其溫控系統(tǒng)包括壓縮機制冷系統(tǒng)和加熱管加熱系統(tǒng)；所述溫控層的水浴進水口位于催化反應(yīng)塔的側(cè)壁下部，其水浴排水口位于催化反應(yīng)塔的側(cè)壁上部，且水浴進水口與水浴鍋之間的管道上設(shè)有蠕動泵。

更進一步的，所述催化反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)有臭氧去除催化劑、濕度傳感器和溫度傳感器。

更進一步的，所述催化反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)有傳感器支架和催化劑支架，其中臭氧去除催化劑放置于催化劑支架上，濕度傳感器和溫度傳感器放置于傳感器支架上并位于催化劑支架下方。

更進一步的，所述催化反應(yīng)塔的頂部設(shè)有頂蓋，其底部設(shè)有底蓋，且頂蓋及底蓋與催化反應(yīng)塔塔身相連部分之間均增設(shè)密封墊，并通過緊固螺栓進行固定。

更進一步的，所述催化反應(yīng)塔上設(shè)有臭氧進氣檢測口和臭氧排氣檢測口，臭氧進氣檢測口和臭氧排氣檢測口均用錐形硅膠堵頭密封，堵頭中設(shè)有氣管與臭氧檢測系統(tǒng)相連，所述濕度傳感器和溫度傳感器的引線也從堵頭中引出。

更進一步的，所述的催化反應(yīng)塔材質(zhì)采用有機玻璃，其排氣口通過管路與臭氧尾氣處理裝置相連，臭氧尾氣處理裝置的內(nèi)部溫度為200～400℃。

3.有益效果

采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，考慮到臭氧濃度、溫度和環(huán)境濕度對臭氧分解過程的影響，能夠?qū)嶒炦^程中進入催化反應(yīng)塔的臭氧濃度、濕度和溫度進行精確控制，從而能夠有效降低實驗過程與真實實踐中臭氧分解過程之間的誤差，為研究臭氧分解催化劑去除臭氧過程提供可靠的實驗環(huán)境，從而有效提高了實驗結(jié)果的準確性，進而有助于為環(huán)境和材料領(lǐng)域技術(shù)人員研究催化劑分解臭氧的過程和原理提供科學(xué)的指導(dǎo)，從而保證真實實踐中臭氧的分解效果。

(2)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，所述多孔式氣體洗瓶內(nèi)裝有去離子水，氣體干燥塔內(nèi)裝有硅膠顆粒，且臭氧發(fā)生裝置的出氣口與多孔式氣體洗瓶及氣體干燥塔的進口之間的連接管路上均設(shè)有氣體閥門和氣體流量傳感器，通過控制兩路管路的氣體流量，可以對進入反應(yīng)塔內(nèi)氣體的濕度進行精確控制和調(diào)節(jié)，避免濕度誤差對實驗結(jié)果的影響。

(3)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，所述氣泵的氣體流量可調(diào)，調(diào)整范圍為0～450L/min；所述臭氧發(fā)生裝置內(nèi)設(shè)置有交流電頻率調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)氣泵的流量和臭氧發(fā)生裝置的電暈放電功率，可以精確控制進入催化反應(yīng)塔中臭氧氣體的流量和濃度，且能夠?qū)Σ煌瑵舛鹊某粞踹M行催化分解試驗。

(4)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，所述的催化反應(yīng)塔設(shè)為雙層側(cè)壁結(jié)構(gòu)，兩層側(cè)壁之間形成溫控層，該溫控層通過水浴進水口和水浴排水口實現(xiàn)與水浴鍋的水循環(huán)，所述水浴鍋設(shè)置有溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)與電控系統(tǒng)相連，通過控制進入溫控層內(nèi)的液體溫度，從而可以對催化反應(yīng)塔內(nèi)的反應(yīng)溫度進行精確控制，避免溫度誤差對實驗結(jié)果的影響。

(5)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，所述催化反應(yīng)塔的頂部設(shè)有頂蓋，其底部設(shè)有底蓋，且頂蓋及底蓋與催化反應(yīng)塔塔身相連部分之間均增設(shè)密封墊，并通過緊固螺栓進行固定，此種連接方式可以保證裝置的氣密性，有助于提高實驗結(jié)果的準確性，并方便拆卸。

(6)本實用新型的一種臭氧分解實驗裝置，臭氧進氣檢測口和臭氧排氣檢測口均用錐形硅膠堵頭密封，堵頭中設(shè)有氣管與臭氧檢測系統(tǒng)相連，所述濕度傳感器和溫度傳感器的引線也從堵頭中引出，從而能夠有效避免氣體泄漏，保證反應(yīng)裝置的氣密性，有助于進一步提高實驗結(jié)果的準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型的臭氧分解實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的催化反應(yīng)塔的主視示意圖；

圖3為本實用新型的催化反應(yīng)塔的俯視示意圖。

圖中：1、氣泵；2、臭氧發(fā)生裝置；3、多孔式氣體洗瓶；4、氣體干燥塔；5、催化反應(yīng)塔；501、頂蓋；502、底蓋；503、溫控層；504、底座；505、密封墊；506、緊固螺栓；507、進氣口；508、排氣口；509、水浴進水口；510、水浴排水口；511、臭氧進氣檢測口；512、臭氧排氣檢測口；513、傳感器支架；514、催化劑支架；515、臭氧去除催化劑；516、濕度傳感器；517、溫度傳感器；6、臭氧尾氣處理裝置；7、臭氧檢測系統(tǒng)；8、蠕動泵；9、水浴鍋。

具體實施方式

為進一步了解本實用新型的內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細描述。

實施例1

如圖1所示，本實施例的一種臭氧分解實驗裝置，包括氣泵1、臭氧發(fā)生裝置2、催化反應(yīng)塔5、臭氧檢測系統(tǒng)7和為實現(xiàn)功能所需的傳感器和電控系統(tǒng)，所述氣泵1的出氣管連接至臭氧發(fā)生裝置2的進氣口，臭氧發(fā)生裝置2的出氣口分為兩路，即通過管路分別與多孔式氣體洗瓶3及氣體干燥塔4的進口相連，多孔式氣體洗瓶3及氣體干燥塔4的出口管路合并后連接至催化反應(yīng)塔5的進氣口507。上述臭氧檢測系統(tǒng)7包含臭氧檢測儀和電腦，可以在線監(jiān)測催化反應(yīng)塔5的進氣口507及排氣口508的臭氧濃度。

上述多孔式氣體洗瓶3內(nèi)裝有去離子水，可以提高進入多孔式氣體洗瓶3中氣體的相對濕度；氣體干燥塔4內(nèi)裝有硅膠顆粒，可以降低進入干燥塔4中氣體的相對濕度，且臭氧發(fā)生裝置2的出氣口與多孔式氣體洗瓶3及氣體干燥塔4的進口之間的連接管路上均設(shè)有氣體閥門和氣體流量傳感器，所述的氣體閥門和氣體流量傳感器均與電控系統(tǒng)相連，從而可以精確調(diào)節(jié)閥門開度大小，通過控制兩路氣體流量實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)進入催化反應(yīng)塔5內(nèi)氣體的濕度，濕度調(diào)節(jié)范圍為5％～95％，從而能夠用于對不同濕度環(huán)境下的臭氧分解過程進行試驗，且能夠真實反映實際實踐中的臭氧分解原理和過程，測量結(jié)果較為準確。具體的，自臭氧發(fā)生裝置2的出氣口出來的含臭氧氣體分為兩路，一路進入多孔式氣體洗瓶3，另一路進入氣體干燥塔4，兩路氣體出來后混合并進入催化反應(yīng)塔5進行催化分解，通過預(yù)先設(shè)定的催化分解環(huán)境濕度控制臭氧發(fā)生裝置2的出氣口與多孔式氣體洗瓶3及氣體干燥塔4的進口之間連接管路上氣體閥門的開度，從而可以精確控制進入催化反應(yīng)塔5內(nèi)的氣體濕度。

本實施例中氣泵1的氣體流量可調(diào)，調(diào)整范圍為0～450L/min；所述臭氧發(fā)生裝置2內(nèi)設(shè)置有交流電頻率調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)頻率實現(xiàn)調(diào)節(jié)電暈放電功率，進而調(diào)節(jié)產(chǎn)生臭氧的濃度。本實施例通過調(diào)節(jié)氣泵1的流量和臭氧發(fā)生裝置2的電暈放電功率，可以控制進入催化反應(yīng)塔4中臭氧氣體的流量和濃度，從而能夠?qū)Σ煌瑵舛鹊某粞踹M行催化分解試驗。

如圖2、圖3所示，本實施例的催化反應(yīng)塔5設(shè)為雙層側(cè)壁結(jié)構(gòu)，兩層側(cè)壁之間形成溫控層503，溫控層503的厚度為3cm，該溫控層503通過水浴進水口509和水浴排水口510實現(xiàn)與水浴鍋9的水循環(huán)，從而能夠精確控制催化反應(yīng)塔5內(nèi)部氣體的溫度。所述水浴鍋9設(shè)置有溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)包括壓縮機制冷系統(tǒng)和加熱管加熱系統(tǒng)，且與電控系統(tǒng)相連。

發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，由于臭氧本身活性較高，極易受溫度和濕度的影響，因此保證臭氧濃度、溫度和濕度的精確控制對于實驗結(jié)果的準確性至關(guān)重要。但由于目前現(xiàn)有的臭氧分解實驗裝置通常沒有考慮到上述因素對臭氧分解過程的影響，也難以實現(xiàn)精確的臭氧濃度、溫度和濕度控制，從而不利于催化劑分解臭氧的實驗研究，其實驗結(jié)果與真實應(yīng)用結(jié)果之間誤差較大，不能有效保證真實應(yīng)用中臭氧的分解效果。因此，研制出一套能夠準確反映出真實實踐中臭氧分解過程的實驗裝置對于催化劑分解臭氧過程和原理的研究至關(guān)重要，也是本發(fā)明的研究重點。本實施例的臭氧分解實驗裝置通過對臭氧進氣濃度、溫度和濕度進行精確控制，能夠準確模擬真實實踐中的臭氧分解過程，避免臭氧進氣濃度、溫度和濕度對臭氧分解的影響，從而能夠有效提高實驗結(jié)果的準確性，減小與真實實踐應(yīng)用之間的誤差，進而有助于為環(huán)境和材料領(lǐng)域技術(shù)人員研究催化劑分解臭氧的過程和原理提供科學(xué)的指導(dǎo)，也為臭氧去除催化劑的規(guī)?；瘧?yīng)用提供理論支撐。

實施例2

本實施例的一種臭氧分解實驗裝置，其結(jié)構(gòu)基本同實施例1，其區(qū)別在于：所述的催化反應(yīng)塔5安裝于底座504上，其溫控層503的水浴進水口509位于催化反應(yīng)塔5的側(cè)壁下部，其水浴排水口510位于催化反應(yīng)塔5的側(cè)壁上部，且水浴進水口509與水浴鍋9之間的管道上設(shè)有蠕動泵8。所述的水浴進水口509在動力裝置蠕動泵8的作用下可以將水浴鍋9中一定溫度的水送入溫控層503，當(dāng)溫控層503中的水位超過水浴排水口510時，會自動流入水浴鍋9，本實施例中溫控層503的厚度為2cm。

本實施例的催化反應(yīng)塔5內(nèi)設(shè)有臭氧去除催化劑515、濕度傳感器516和溫度傳感器517，濕度傳感器516和溫度傳感器517均與電控系統(tǒng)相連。溫度傳感器516和濕度傳感器517可將即時數(shù)據(jù)反饋至電腦端，根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)值，通過單片機控制兩路氣體的氣體流量傳感器開度實現(xiàn)濕度調(diào)節(jié)，控制水浴鍋9的壓縮機制冷系統(tǒng)和加熱管加熱系統(tǒng)實現(xiàn)溫度控制，從而能夠準確模擬真實實踐中臭氧分解的過程，試驗過程與真實臭氧分解過程之間偏差較小，從而能夠保證實驗結(jié)果的準確性，該實驗結(jié)果能夠用于指導(dǎo)真實實踐中不同環(huán)境下的臭氧催化分解。

實施例3

本實施例的一種臭氧分解實驗裝置，其結(jié)構(gòu)基本同實施例2，其區(qū)別在于：所述催化反應(yīng)塔5內(nèi)設(shè)有傳感器支架513和催化劑支架514，其中臭氧去除催化劑515放置于催化劑支架514上，濕度傳感器516和溫度傳感器517放置于傳感器支架513上并位于催化劑支架514下方。本實施例中催化反應(yīng)塔5的頂部設(shè)有頂蓋501，其底部設(shè)有底蓋502，且頂蓋501及底蓋502與催化反應(yīng)塔5塔身相連部分之間均增設(shè)密封墊505，并通過緊固螺栓506進行固定，此種連接方式可以保證裝置的氣密性，有助于提高實驗結(jié)果的準確性，并方便拆卸。本實施例中溫控層503的厚度為5cm。

所述催化反應(yīng)塔5上設(shè)有臭氧進氣檢測口511和臭氧排氣檢測口512，臭氧進氣檢測口511和臭氧排氣檢測口512均用錐形硅膠堵頭密封，堵頭中設(shè)有氣管與臭氧檢測系統(tǒng)7相連，所述濕度傳感器516和溫度傳感器517的引線也從堵頭中引出，從而能夠有效避免氣體泄漏，有助于進一步提高實驗結(jié)果的準確性。本實施例的催化反應(yīng)塔5材質(zhì)采用有機玻璃，整個實驗過程可進行可視化觀測，其排氣口508通過管路與臭氧尾氣處理裝置6相連。臭氧氣體通過進氣口507，進入催化反應(yīng)塔后依次通過傳感器支架513、溫度傳感器516、濕度傳感器517、催化劑支架514和臭氧去除催化劑515，由排氣口508進入臭氧尾氣處理裝置6，通過加熱的方式能夠快速分解催化反應(yīng)塔出口的臭氧，具體可根據(jù)實際情況控制臭氧尾氣處理裝置6的內(nèi)部溫度為200～400℃。

綜上所述，本實用新型的臭氧分解實驗裝置考慮了臭氧濃度、濕度和溫度對催化劑分解臭氧過程的影響，能夠?qū)Υ呋瘎┓纸獬粞踉囼炛羞M入反應(yīng)塔內(nèi)的臭氧濃度、溫度和濕度進行精確控制，從而能夠更加準確地模擬真實實踐中的催化劑分解臭氧過程，其實驗結(jié)果與真實實踐結(jié)果之間偏差較小，準確性比較高，進而能夠有效用于指導(dǎo)真實實踐中的臭氧催化分解治理，保證臭氧分解效果。具體的，本實用新型通過將臭氧發(fā)生裝置的出氣口管路一分為二，一路與多孔式氣體洗瓶相連，另一路與氣體干燥塔相連，并在兩路管路中設(shè)置氣體流量傳感器，氣體流量傳感器可以與電控系統(tǒng)連鎖，從而可以通過控制兩路管路的進氣流量對進入反應(yīng)塔內(nèi)的氣體濕度進行控制和調(diào)節(jié)，且其控制精度比較準確，從而避免實驗中濕度誤差對實驗結(jié)果準確性的影響。本實用新型在反應(yīng)塔的側(cè)壁設(shè)置溫控層，通過溫控層與水浴鍋之間的水循環(huán)實現(xiàn)反應(yīng)塔溫度的可調(diào)性，從而能有效避免實驗溫度誤差對實驗結(jié)果的影響。由于本實用新型中水浴鍋除了加熱管加熱系統(tǒng)外還有壓縮機制冷系統(tǒng)，從而可以實現(xiàn)控制催化反應(yīng)塔內(nèi)的溫度低于室溫(接近0℃時，臭氧比較穩(wěn)定)，溫控系統(tǒng)與電控系統(tǒng)連鎖，從而保證溫度的精確控制。本實用新型通過溫度、濕度傳感器反饋的信號，可以人為設(shè)定進入反應(yīng)塔內(nèi)臭氧氣體的溫度和濕度數(shù)值，通過氣體流量計和水浴鍋的相關(guān)動作將溫度和濕度值調(diào)整至設(shè)定值，這樣就實現(xiàn)了溫度和濕度的準確控制，同樣方式也可以控制濃度。

以上所述實施例是對本實用新型所提供的一種臭氧分解實驗裝置進行的詳細說明，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。該說明沒有限制性，實際實驗裝置的結(jié)構(gòu)并不局限于此。對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上所做的等效變換，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。