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Abstract

本发明公开了一种废气处理装置，包括变径进气口、排气口及主体，所述的变径进气口及排气口分别设于主体的前后端，所述的主体内依次设有前段光化学分解部分、中段光催化部分和后段吸附分解部分，所述排气口后端连接风机。本发明的废气处理装置，采用光化学分解、光催化、吸附分解三级净化组合工艺，将三种技术有机结合，可明显降低废气污染物浓度至国家允许的排放标准，具有广泛的应用前景。

Description

一种废气处理装置
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，尤其涉及一种光化学/光催化/吸附分解废气处理装置。
背景技术
随着社会发展和人们生活水平的提高，环境污染也伴随着同时发生，室内外空气污染等日益严重，影响到人们的日常生活与健康。1943年的洛杉矶光化学烟雾、1948年的美国多诺拉事件、1952年的伦敦烟雾事件等重大工业污染的发生，以及最近几年的雾霾现象和PM2.5指数超标等问题，人们开始意识到气体污染问题的严重性，并开始致力于解决气体污染问题。大部分气体污染物对人体都有一定的毒害作用，因此关于对废气的有效治理是当期亟待解决的问题。
常规处理废气方法包括物理、化学、生物等方法。物理法包括吸收法、掩蔽法、吸附法等；化学法包括化学洗涤法、焚烧法、氧化法等；生物法是利用微生物的代谢降解分解污染物。这些常规方法虽然能够进行污染物的处置和有害物质的转化分解，但废气的种类繁多，其中某些有机污染物不能有效去除彻底，有的甚至还会产生二次污染，难以达到排放标准要求。
光化学反应技术以其节能、环保、高效的技术优势，得到了广泛应用，它也推动了紫外光源、光敏材料、UV固化装置的快速发展。用于光化学反应范畴的紫外光源是于上世纪80年代初开始在我国研制和开发的，当时国外对紫外光源的开发和应用已有十几年的时间了。近年来，以短波紫外灯为紫外光源，作为光化学反应光源得到了广泛应用。短波紫外光子具有较高的能量(如波长为172nm的真空紫外线的光子能量为7.21eV，185nm能量为6.7eV)，可以通过激发或打断化学键激发化学反应，因此真空紫外光(VUV)能通过以下多种方式去除气相污染物：短波紫外光直接光解有机污染物；短波紫外光照射空气中水分子产生羟基自由基(·OH)，照射空气中氧气产生臭氧、活性氧类等具有氧化特性的物质氧化降解有机污染物。
光催化法是近些年来备受关注的一种处理废气的技术。光催化法的工作原理是利用半导体光催化剂(如TiO2)在一定波长的光线(紫外光)照射下受激产生高能电荷-电子-空穴，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化——还原作用，将吸附在催化剂表面的污染物氧化或还原成无害物(如CO2、H2O、H2，N2)，从而达到净化废气的目的。纳米光催化剂具有独特的不同于体相光催化剂的物理和化学性质，纳米半导体光催化剂产生量子效应造成其表现出独特的性质，例如具有较大的比表面积、特殊的光学性质、较强的光催化活性等等，其净化效果很强。
二氧化钛是一种性能优越、稳定无毒的半导体纳米光催化剂，在紫外光的照射下，TiO2的表面激发产生电子-空穴对，电子-空穴对以及在电子-空穴对作用下形成的具有高氧化活性的·O2和·OH可以高效氧化表面吸附物质，从而将有机物分子降解为CO2、H2O等无机小分子物质。纳米科学和纳米技术的快速发展极大地支持工业化的TiO2在过去十年中的环境污染控制。如今，废气处理成为纳米二氧化钛最有前途的应用方向之一。
吸附净化技术是一种成熟的工业分离技术，吸附法净化过程是将废气由排气风机送入吸附床，废气在吸附床被吸附剂吸附而使气体得到净化，净化后的气体排向大气即完成净化过程。吸附剂常用活性炭，硅胶、分子筛等，吸附净化技术应用广泛，效果好，可吸附的气体污染物种类很多，吸附容量大。近几年来，由于环保要求的更加严格，吸附技术也得到了迅速的发展，出现了新的吸附工艺和设备，吸附剂的改进，如活性炭纤维和分子筛的使用，也扩大了吸附技术的应用范围，使吸附成为有机废气处理技术的首选方法。
目前国内处理废气的技术和工艺较多，但同时存在许多问题，如污染物降解效率偏低，处理不彻底，形式比较单一等。因此，如何将多种废气处理技术联用一体化，并以设备化的形式投入到工业生产和工程应用，是现有废气处理技术和工艺有待改进和发展的一大问题。
发明内容
针对于上述问题，本发明的目的在于提供一种废气处理装置，以解决现有技术中污染物降解效率偏低，处理不彻底，形式比较单一等问题，本发明的装置采用光化学分解、光催化、吸附分解三级净化组合工艺，将三种技术有机结合起来，形成一体化设备，具有占地面积小，废气处理效果高，有利于工业和工程应用。
为达到上述目的，本发明的一种废气处理装置，包括变径进气口、排气口及主体，所述的变径进气口及排气口分别设于主体的前后端，所述的主体内依次设有前段光化学分解部分、中段光催化部分和后段吸附分解部分，所述排气口后端连接风机。
优选的，所述废气处理装置外形为立方型构造，外壳和内部三个废气净化部分支撑结构为不锈钢材。
优选的，所述的前段光化学分解部分包含若干排短波段紫外灯光源，通过抽插式方式与上述主体连接，所述短波段紫外灯竖直排列，空间排布均匀间隔分布，以充分利用光源，短波段紫外灯光与空气中的O2和H2O作用，产生多种具有氧化特性的物质，降解废气污染物。
优选的，所述的前段光化学分解部分中短波段紫外灯的主要紫外光波长为454nm～170nm。
优选的，所述的中段光催化部分包括紫外灯光源、光催化剂及其载体材料。
优选的，所述的光催化剂为混晶型纳米二氧化钛，所述的紫外灯光源的主要紫外光波长为454nm～170nm。
优选的，所述的载体材料为具有六边形蜂窝材料，所述的光催化剂负载于载体材料表面和孔洞内表面，所述紫外灯光源为若干短波段紫外灯。
优选的，所述后段吸附分解部分包含分子筛吸附剂及其载体材料。
优选的，所述载体材料为具有六边形蜂窝材料，所述分子筛吸附剂负载于载体材料表面和孔洞内表面。
本发明的有益效果：
本发明的废气处理装置，采用光化学、光催化、吸附分解三级净化组合工艺，将三种技术有机结合起来，可有效降低废气污染物浓度，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1绘示本发明装置的结构示意图。
图2绘示本发明前段光化学部分示意图。
图3绘示本发明中段光催化部分示意图。
图4为图3中A部放大图。
图5绘示本发明后段吸附分解部分示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1至图5所示，本发明的一种废气处理装置，包括变径进气口11、排气口12及主体1，所述的变径进气口11及排气口12分别设于主体1的前后端，所述的主体1内依次设有前段光化学分解部分2、中段光催化部分3和后段吸附分解部分4，所述排气口12后端连接风机。所述废气处理装置外形为立方型构造，外壳和内部三个废气净化部分支撑结构为不锈钢材。
其中，前段光化学分解部分2包含若干排短波段紫外灯光源21，如图2所示，所述短波段紫外灯与所述主体1通过抽插式方式连接，使短波段紫外灯可以***或抽离于主体1，前段光化学分解部分光波长为454nm～170nm。
污染气体通过进气口进入废气处理装置，首先进入前段光化学分解部分2，气体流动方向与紫外灯灯管方向垂直，短波段紫外灯光与空气中的O2和H2O作用，产生的多种具有氧化特性的物质(·OH、·O、O3)反应，浓度得到一定降低。
H2O+hν→·H+·OH
O2+hν→2·O
·O+H2O→2·OH
·O+O2→O3
随后污染气体进入中段光催化部分3，气体流动方向与紫外灯灯管方向及催化板方向垂直，污染气体在二氧化钛表面发生光催化反应(与·OH和h+等作用)，使污染气体浓度降低；
光致空穴h+产生·OH反应如下：
TiO2+hυ→h++e-
h++OH-→·OH
h++H2O→·OH+H+
光致电子e-产生·OH反应如下：
e-+O2→·O2 -
·O2+H+→HO2·
2HO2·→O2+H2O2
·O2 -+H2O2→O2+OH-+·OH
·O2 -+e-→·O2 2-
如图3、图4所示，所述中段光催化部分3包括紫外灯光源31、光催化剂33及其载体材料32，所述载体材料32为具有六边形蜂窝材料，所述光催化剂33负载于载体材料32表面和孔洞内表面，所述紫外灯光源31为若干短波段紫外灯。所述光催化剂33为混晶型纳米二氧化钛，所述紫外灯光源31的主要紫外光波长为454nm～170nm。当紫外光照射在光催化剂TiO2上，价带电子跃迁到导带上，产生光生空穴h+和光生电子e-，光生空穴h+与光催化剂表面吸附的H2O反应生成·OH，光生电子e-与O2等作用，经过多步反应生成·OH。在h+和·OH作用下，吸附在光催化剂32表面的污染物发生快速氧化反应，从而使其迅速降解。
最后污染气体经过分子筛吸附分解部分，分子筛由于其丰富的孔洞微孔结构，吸附分解各种有害的气体和液体分子，吸附在分子筛内部的污染气体及活性物质继续发生反应，使其浓度降低，最终通过排气口12排出浓度达标的废气。
如图5所示，所述后段吸附分解部分4，包含分子筛吸附剂41及其载体材料42，所述载体材料42为具有六边形蜂窝材料，所述分子筛吸附剂41负载于载体材料42表面和孔洞内表面。四块六边形蜂窝材料成W型排列，与气体流动方向成一定角度，有利于分子筛吸附剂41对污染物的吸附分解。
本发明所提供的废气处理装置中试处理氨气废气的验证效果如下：
在动态通风***中，含氨气的气流通过本实例所提供的废气处理装置，调整氨气流量，测定装置入口氨气浓度和出口氨气浓度。氨气初始入口浓度2～45mg/m3，去除率达到62％～95％。
本发明所提供的废气处理装置中试处理甲醛废气的验证效果如下：
在动态通风***中，含甲醛的气流通过本实例所提供的废气处理装置，调整甲醛流量，测定装置入口甲醛浓度和出口甲醛浓度。甲醛初始入口浓度0.5～30mg/m3，去除率达到60％～96％。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废气处理装置，其特征在于，包括变径进气口、排气口及主体，所述的变径进气口及排气口分别设于主体的前后端，所述的主体内依次设有前段光化学分解部分、中段光催化部分和后段吸附分解部分，所述排气口后端连接风机。
2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述废气处理装置外形为立方型构造，外壳和内部三个废气净化部分支撑结构为不锈钢材。
3.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的前段光化学分解部分包含若干排短波段紫外灯光源，通过抽插式方式与上述主体连接，所述短波段紫外灯竖直排列，空间排布均匀间隔分布，以充分利用光源，短波段紫外灯光与空气中的O2和H2O作用，产生多种具有氧化特性的物质，降解废气污染物。
4.根据权利要求3所述的废气处理装置，其特征在于，所述的前段光化学分解部分光波长为454nm~170nm。
5.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的中段光催化部分包括紫外灯光源、光催化剂及其载体材料。
6.根据权利要求5所述的废气处理装置，其特征在于，所述的光催化剂为混晶型纳米二氧化钛，所述的光源的波长为454nm~170nm。
7.根据权利要求5所述的废气处理装置，其特征在于，所述的载体材料为具有六边形蜂窝材料，所述的光催化剂负载于载体材料表面和孔洞内表面，所述紫外灯光源的波长为454nm~170nm。
8.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述的后段吸附分解部分包含分子筛吸附剂及其载体材料，所述载体材料为具有六边形蜂窝材料，所述分子筛吸附剂负载于载体材料表面和孔洞内表面。
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