CN212142125U - 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 - Google Patents
一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212142125U CN212142125U CN201922283282.1U CN201922283282U CN212142125U CN 212142125 U CN212142125 U CN 212142125U CN 201922283282 U CN201922283282 U CN 201922283282U CN 212142125 U CN212142125 U CN 212142125U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vocs
- gas
- mixer
- ultraviolet
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置。包括依次连接的配气***、紫外光解‑单原子催化***和检测***。所述的配气***由空气发生器、氮气钢瓶、质量流量计、VOCs吹扫瓶、水汽鼓泡瓶以及混合器组成；所述的紫外光解‑单原子催化***由两支紫外灯管、反应器以及外层的遮光罩组成；所述的检测***由气相色谱仪和甲烷转化炉组成。利用本实用新型的装置进行紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置；通过氮气吹扫的方式将VOCs引入反应***，VOCs、空气和水汽在混合瓶内混合后进入反应装置，反应后的气体分别进入气相色谱检测器、臭氧检测装置以及甲烷转化炉，最终计算出VOCs的转化率和矿化率。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业废气净化领域，具体涉及一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs 的装置。
背景技术
VOCs作为空气污染物中的一大类别，不仅对人体产生严重的危害，具有严重的致癌、致畸和致突变作用；而且也会对环境造成较大伤害，VOCs会发生大气光化学反应导致光化学烟雾的产生，同时VOCs也是雾霾的前体物质。VOCs对人体以及环境的巨大危害引起了国家相关部门的注意，纷纷制定相关的法律法规限制VOCs的排放。我国“十三五”挥发性有机物污染防治政策要求，到2020年，实现重点地区、重点行业VOCs减排量达10％以上。
目前，VOCs的治理方法中比较普遍的是催化燃烧法。该方法利用催化剂的催化作用，在较高温度下(>100℃)实现甲苯的催化氧化降解。因此，高活性催化剂的制备是该方法的关键。 VOCs催化氧化催化剂主要分为两大类，一类是负载型贵金属催化剂(如Pt系、Pd系催化剂)，另一类是过渡金属(如Mn、Ce、Cu、Co等的氧化物)催化剂。虽然这两类催化剂都对VOCs 的降解具有一定的效果，但是贵金属的高负载量(甚至高达30wt％)造成了该催化剂具有较高的成本，不利于负载型贵金属纳米催化剂的大规模应用；过渡金属氧化物催化剂则需要较高的反应温度(>200℃)才能获得比较高的反应活性，能耗较大。而单原子贵金属催化剂，不仅可以极大地降低贵金属的负载量，提高贵金属原子的利用效率，同时采用同样具有催化活性的过渡金属氧化物为载体，利用贵金属单原子和过渡金属氧化物之间的协同作用，共同催化氧化 VOCs降解。但是，目前常温催化降解VOCs常常采用臭氧作为氧化剂，臭氧在反应过程中不完全反应极有可能会造成二次污染，因此使用氧气作为氧化剂来催化降解VOCs十分必要。
随着节能环保概念的提出，传统的催化燃烧法以及催化臭氧化法所暴露出的不可持续发展性的弊端已经越来越不被人们所接受。
发明内容
光化学，作为一门新兴的科学，已经得到了高速的发展。与传统的催化燃烧相比，光化学更为清洁节能。因此，一种新型的紫外光强化的芳香类VOCs催化降解的装置亟待解决。
本实用新型的目的在于提供一种含VOCs废气净化的装置，已解决上述背景技术中提出的问题。
本实用新型是采用同样具有氧化性的氧气替代具有污染性的臭氧，利用紫外光活化氧气产生具有较高氧化活性的氧化性物种(如羟基自由基、超氧离子等)，在常温下高效催化氧化 VOCs分解的装置。本实用新型的原理在于：在2台紫外灯管的照射下，单原子催化剂的界面活性位点极大地促进氧气(O2)向活性态(如超氧离子O2-，过氧离子O2 2-等)的活化，大量的活性氧物种与吸附在活性位上的反应底物发生碰撞将能量传递给反应底物分子，使底物分子达到高能量的激发态，从而催化底物分子VOCs使其氧化为CO2和H2O。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种紫外光协同单原子催化VOCs降解的装置，包括依次连接的配气***、紫外光解-单原子催化***和检测***。
所述的配气***由空气发生器1、氮气钢瓶2、质量流量计3、VOCs吹扫瓶4、水汽鼓泡瓶5以及混合器6组成；所述的空气发生器1通过管线依次连接质量流量计3以及混合器6；所述的氮气钢瓶2的出口分为两路，第一路氮气管路依次连接装有VOCs的VOCs吹扫瓶4 以及混合器6；第二路氮气管路依次连接生成水蒸气的水汽鼓泡瓶5以及混合器6；所述的混合器6的出口通过混合器管线连接反应器8的反应管的上部进口。
所述的紫外光解-单原子催化***由两支紫外灯管7、反应器8以及外层的遮光罩组成；反应管8的底部出口设置为三条管路；第一出口气体支路管线与甲烷转化炉9相连以使一部分气体通过甲烷转化炉检测VOCs的矿化率；第二出口气体支路管线与气相色谱仪10相连以使一部分气体通过气相色谱仪进行在线检测VOCs的转化率；第三出口气体管线与处理装置相连以使一部分气体经处理达标后放空。
所述的检测***由气相色谱仪10和甲烷转化炉9组成。
利用本实用新型的装置进行紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置；通过氮气吹扫的方式将VOCs引入反应***，VOCs、空气和水汽在混合瓶内混合后进入反应装置，反应后的气体分别进入气相色谱检测器、臭氧检测装置以及甲烷转化炉，最终计算出VOCs的转化率和矿化率。
利用本实用新型的装置进行紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的方法；其包括操作步骤如下：
(1)配气：具体包括以下步骤：流量为100-2500mL/min的空气与流量为100-1000mL/min 的氮气缓冲气混合后与流量为1-30mL/min的含VOCs氮气和流量为1-50mL/min的含有水蒸气的氮气一起进入混合器内进行混合，混合器内VOCs的浓度为100ppm-1000ppm；
(2)催化氧化反应：在紫外灯光照射下，混合器中的气体混合完全后从反应器上部进入反应器内装有催化剂的反应管内，然后从反应管下部排出；反应器温度控制为20～40℃，压力控制为0.1～0.15MPa，湿度控制为10～50％；
(3)将反应器下部排出的反应完全的气体分为三路，一部分直接通到气相色谱仪内进行在线检测VOCs转化率，一部分通到甲烷转化炉检测VOCs的矿化率，最后一部分经过处理达标后排空。
所述的光催化剂优选0.2wt％～1wt％Pt/CeO2单原子催化剂或0.2wt％～1wt％Au/CeO2单原子催化剂或0.2wt％～1wt％Pd/TiO2等单原子催化剂，此处分别为以CeO2和TiO2的质量为基准计算贵金属的百分含量。
所述的本装置中的氧气源来自于空气发生器。
所述的紫外光源为2支有效波长为254nm、紫外光有效辐射强度为78μW/cm2的紫外灯管。
所述的单原子光催化剂的用量为使催化剂床层的高度与反应器直径之比为8～10，所述的单原子光催化剂的粒径为使反应器直径与催化剂颗粒直径之比为6～12。
本实用新型所提供的紫外光协同单原子催化剂催化降解VOCs装置，与现有技术相比有着显著的优点：
第一，采用具有活性的金属氧化物负载的贵金属单原子催化剂而非金属氧化物催化剂或负载型贵金属纳米催化剂，有效降低了贵金属的负载量(<1wt％)，提高了原子的利用率，同时紫外光照射促进了O2在单原子催化剂的界面位点活化，产生高活性的氧物种，高效催化氧化 VOCs降解成CO2和H2O，进一步提高了反应活性。
第二，较高的反应活性促使VOCs催化降解反应在室温下进行，与传统的催化燃烧工艺 (100～300℃)相比，能耗大为降低。
第三，本实用新型采用氧气作为氧化剂而不是臭氧，清洁环保，利用紫外灯光照射弥补了因采用氧气而造成的活性下降，可以在实现常温下、高效地、环保地降解VOCs。
附图说明
图1为紫外光协同单原子催化剂降解VOCs的流程图。其中1-空气发生器；2-氮气钢瓶； 3-质量流量计；4-VOCs吹扫瓶；5-水汽鼓泡瓶；6-混合器；7-紫外灯管；8-反应器；9-甲烷转化炉；10-气相色谱仪。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细的说明。
请参阅附图1，一种紫外光协同单原子催化VOCs降解的装置，包括配气***、紫外光解 -单原子催化***以及检测***。所述的配气***由空气发生器1、氮气钢瓶2、质量流量计3、 VOCs吹扫瓶4、水汽鼓泡瓶5以及混合器6组成；所述的空气发生器1通过管线依次连接质量流量计3以及混合器6；所述的氮气钢瓶2的出口分为两路，第一路氮气管路依次连接装有 VOCs的VOCs吹扫瓶4以及混合器6；第二路氮气管路依次连接生成水蒸气的水汽鼓泡瓶5 以及混合器6；所述的混合器6的出口通过混合器管线连接反应器8的反应管的上部进口。所述的紫外光解-单原子催化***由两支紫外灯管7、反应器8以及外层的遮光罩组成；反应管8 的底部出口设置为三条管路；第一出口气体支路管线与甲烷转化炉9相连以使一部分气体通过甲烷转化炉检测VOCs的矿化率；第二出口气体支路管线与气相色谱仪10相连以使一部分气体通过气相色谱仪进行在线检测VOCs的转化率；第三出口气体管线与处理装置相连以使一部分气体经处理达标后放空。所述的检测***由气相色谱仪10和甲烷转化炉9组成。
所述的空气发生器1通过管线依次连接质量流量计3以及混合器6，所述的氮气钢瓶2的出口分为两路，第一路氮气管路依次连接装有VOCs的VOCs吹扫瓶4以及混合器6，第二路氮气管路依次连接生成水蒸气的水汽鼓泡瓶5以及混合器6，所述的混合器6的出口通过混合器管线连接反应器8的反应管的上部进口，所述的反应管的底部出口通过总管分为三路，所述的第一出口气体支路管线与甲烷转化炉9相连以使一部分气体通过甲烷转化炉检测VOCs的矿化率，所述的第二出口气体支路管线与气相色谱仪10相连以使一部分气体通过气相色谱仪进行在线检测VOCs的转化率，所述的第三出口气体管线与处理装置相连以使一部分气体经处理达标后放空。
作为本实用新型的一种优选方案，在装填有单原子催化剂的反应管内，且在催化剂的上下两端垫有石英棉，防止催化剂吹出。
实施例1
采用空气发生器产生的氧气，采用2支有效波长为254nm、紫外光有效辐射强度为78 μW/cm2的紫外灯管作为紫外光源。
选择0.2wt％Pt/CeO2单原子催化剂，0.2wt％Pt/CeO2单原子催化剂床层的高度与反应器直径之比为8，0.2wt％Pt/CeO2单原子光催化剂的粒径与催化剂颗粒直径之比为6。
本实用新型的一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法，操作步骤如下：
(1)配气，具体包括以下步骤：流量为100mL/min的空气与流量为100mL/min的氮气缓冲气混合后与流量为1mL/min的含VOCs氮气和流量为1mL/min的含有水蒸气的氮气一起进入混合器内进行混合，混合器内VOCs的浓度为100ppm；
(2)催化氧化反应，具体包括以下步骤：在紫外灯光照射下，混合器中的气体混合完全后从反应器上部进入反应器内装有催化剂的反应管内，然后从反应管下部排出；反应器温度控制为 20℃，压力控制为0.1MPa，湿度控制为10％；
(3)将反应器下部排出的反应完全的气体分为三路，一部分直接通到气相色谱仪内进行在线检测VOCs转化率，一部分通到甲烷转化炉检测VOCs的矿化率，最后一部分经过处理达标后排空。
实施例2：
采用空气发生器产生的氧气，采用2支有效波长为254nm、紫外光有效辐射强度为78μW/cm2的紫外灯管作为紫外光源。
选择0.6wt％Au/CeO2单原子催化剂，0.6wt％Au/CeO2单原子催化剂床层的高度与反应器直径之比为9，0.6wt％Au/CeO2单原子光催化剂的粒径与催化剂颗粒直径之比为9。
本实用新型的一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法，操作步骤如下：
(1)配气，具体包括以下步骤：流量为1300mL/min的空气与流量为550mL/min的氮气缓冲气混合后与流量为15.5mL/min的含VOCs氮气和流量为25.5mL/min的含有水蒸气的氮气一起进入混合器内进行混合，混合器内VOCs的浓度为550ppm；
(2)催化氧化反应，具体包括以下步骤：在紫外灯光照射下，混合器中的气体混合完全后从反应器上部进入反应器内装有催化剂的反应管内，然后从反应管下部排出；反应器温度控制为 30℃，压力控制为0.125MPa，湿度控制为30％；
(3)将反应器下部排出的反应完全的气体分为三路，一部分直接通到气相色谱仪内进行在线检测VOC。
实施例3：
采用空气发生器产生的氧气，采用2支有效波长为254nm、紫外光有效辐射强度为78μW/cm2的紫外灯管作为紫外光源。
选择1wt％Pd/TiO2单原子催化剂，1wt％Pd/TiO2单原子催化剂床层的高度与反应器直径之比为10，1wt％Pd/TiO2单原子光催化剂的粒径与催化剂颗粒直径之比为12。
本实用新型的一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法，操作步骤如下：
(1)配气，具体包括以下步骤：流量为2500mL/min的空气与流量为1000mL/min的氮气缓冲气混合后与流量为30mL/min的含VOCs氮气和流量为50mL/min的含有水蒸气的氮气一起进入混合器内进行混合，混合器内VOCs的浓度为1000ppm；
(2)催化氧化反应，具体包括以下步骤：在紫外灯光照射下，混合器中的气体混合完全后从反应器上部进入反应器内装有催化剂的反应管内，然后从反应管下部排出；反应器温度控制为 40℃，压力控制为0.15MPa，湿度控制为50％；
(3)将反应器下部排出的反应完全的气体分为三路，一部分直接通到气相色谱仪内进行在线检测VOC。
本实用新型公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本实用新型的装置和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围内对本文所述的装置和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置，其特征是包括依次连接的配气***、紫外光解-单原子催化***和检测***；所述的配气***由空气发生器(1)、氮气钢瓶(2)、质量流量计(3)、VOCs吹扫瓶(4)、水汽鼓泡瓶(5)以及混合器(6)组成；所述的空气发生器(1)通过管线依次连接质量流量计(3)以及混合器(6)；所述的氮气钢瓶(2)的出口分为两路，第一路氮气管路依次连接装有VOCs的VOCs吹扫瓶(4)以及混合器(6)；第二路氮气管路依次连接生成水蒸气的水汽鼓泡瓶(5)以及混合器(6)；所述的混合器(6)的出口通过混合器管线连接反应器(8)的反应管的上部进口。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述的紫外光解-单原子催化***由两支紫外灯管(7)、反应器(8)以及外层的遮光罩组成；反应器(8)的底部出口设置为三条管路；第一出口气体支路管线与甲烷转化炉(9)相连以使一部分气体通过甲烷转化炉检测VOCs的矿化率；第二出口气体支路管线与气相色谱仪(10)相连以使一部分气体通过气相色谱仪(10)进行在线检测VOCs的转化率；第三出口气体管线与处理装置相连以使一部分气体经处理达标后放空。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是所述的检测***由气相色谱仪(10)和甲烷转化炉(9)组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922283282.1U CN212142125U (zh) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922283282.1U CN212142125U (zh) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212142125U true CN212142125U (zh) | 2020-12-15 |
Family
ID=73704060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201922283282.1U Active CN212142125U (zh) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212142125U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111001295A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-14 | 天津大学 | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法 |
| CN115845928A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-28 | 辽宁大学 | 一种MOFs衍生核壳结构铈基催化剂及其制备方法与应用 |
-
2019
- 2019-12-18 CN CN201922283282.1U patent/CN212142125U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111001295A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-14 | 天津大学 | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法 |
| CN115845928A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-28 | 辽宁大学 | 一种MOFs衍生核壳结构铈基催化剂及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2045517C (en) | Gas-solid photocatalytic oxidation of environmental pollutants | |
| Zhan et al. | A facile VUV/H2O system without auxiliary substances for efficient degradation of gaseous toluene | |
| CN111001295A (zh) | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置及方法 | |
| CN102641644B (zh) | 一种废气处理空气净化装置 | |
| US6391272B1 (en) | Method for exhaust gas decontamination | |
| CN212142125U (zh) | 一种紫外光照协同单原子催化剂降解VOCs的装置 | |
| CN105964136A (zh) | 一种有机废气的降解方法及装置 | |
| CN102895871A (zh) | 一种废气净化装置 | |
| Huang et al. | Recent development of VUV-based processes for air pollutant degradation | |
| CN107569987A (zh) | 一种中低浓度VOCs气体的处理方法及装置 | |
| CN204293566U (zh) | 一种采用紫外光催化技术的废气处理设备 | |
| CN113509825A (zh) | 一种低温催化臭氧处理高湿度有机废气的方法 | |
| CN110975560A (zh) | VOCs废气净化处理方法和装置 | |
| CN205392180U (zh) | 有机废气的光解自由基设备 | |
| CN108246097A (zh) | 一种基于低温等离子、微波光催化氧化处理有机废气的方法及装置 | |
| CN206082107U (zh) | 一种工业有机废气净化装置 | |
| CN206950990U (zh) | 一种光催化反应器和工业废气处理装置 | |
| CN110559827B (zh) | 一种造纸废气的处理工艺 | |
| CN105498482A (zh) | 一种废气处理装置 | |
| JP2009513315A (ja) | 有害物質を含む廃気を浄化するための装置 | |
| CN212731703U (zh) | 一种低温等离子体协同吸附催化VOCs装置 | |
| CN108722175A (zh) | 挥发性有机废气处理***及方法 | |
| CN109806743A (zh) | 一种含甲苯废气的处理方法及其*** | |
| CN208372827U (zh) | 挥发性有机废气处理*** | |
| CN208302521U (zh) | 一种处理气体中挥发性有机物的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |