专利名称：一种甲烷降解装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种甲烷降解装置，尤其涉及一种超声雾化甲烷降解装置。
背景技术：
煤炭行业安全生产形势在我国工业生产中较为严峻，瓦斯事故危害性最高，被冠以煤矿“第一杀手”。瓦斯的治理是一个世界性的难题，目前还没有从根本上解决瓦斯灾害的办法。我国是一个发展中国家，能源短缺，能耗量大，煤炭又占我国能源总消耗量的70%以上，各地都在积极开采煤矿。因此，瓦斯治理是一件即严峻又必须进行的工作。煤矿瓦斯中的主要成分为甲烷(CH4),它也是主要的温室气体之一，它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍，甲烷浓度的增加还会带来地球环境的破坏，也就是“温室效应”，导致全球气候的变暖。因此，对甲烷进行治理，对于安全生产，环境保护等领域都有着重要的意义。由于甲烷分子化学性质稳定，正常情况下很难与其它物质发生反应。目前降解甲烷的方法主要有微生物降解法和化学催化降解法，微生物降解存在降解速度慢的问题。化学催化氧化法则是利用羟自由基(.0Η)。羟基自由基具有极强的氧化能力。是自然界中仅次于氟的强氧化剂。产生羟基自由基的方法较多，主要有Fenton法和光催化法。但也存在如下问题:如《武汉理工大学学报》第32卷第5期116页于2010年发表的文章《Fenton试剂液相催化氧化法净化甲苯气体》和《中国环境科学》第26卷第6期653页于2006年发表的文章《真空紫外光催化降解甲烷》中分别介绍了利用Fenton法和光催化法去除甲苯或甲烷。但因为甲苯和甲烷是气体，不溶于水溶液，而Fenton试剂为液体，TiO2为固体，所以当它们与Fenton试剂或固体TiO2反应时，化学反应只能发生在气体与液态Fenton试剂的气/液接触面上或是气体与TiO2的气/固界面上，属于两相反应体系，且由于甲烷气泡会迅速上升而离开液体，所以甲烷与氧化剂接触面积小，反应效率低。在公知的超声 领域，超声雾化器利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾。广泛的用于加湿器和医疗领域。如2012年《昆明医科大学学报》第33卷第12期107页发表的文章《微量间歇性超声雾化吸入治疗小儿支气管肺炎》和《汕头大学医学院学报》第25卷第4期212页发表的文章《不同温度对茶液超声雾化法治疗春季结膜炎疗效的影响》中对超声雾化在医学中的应用进行了介绍。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种超声雾化甲烷降解装置，能够极大地增加甲烷与氧化物质的接触面积，高效率地去除空气中的甲烷气体。本发明采用下述技术方案:
一种超声雾化甲烷降解装置，包括进气管路、排气管路和连接进气管路与排气管路的反应装置，所述反应装置由反应室、超声雾化器、搅拌子、反应液、磁力搅拌器、长形弯管以及回流装置构成。磁力搅拌器位于搅拌子的正下方。反应室的斜上方设置有紫外光发射装置。排气管路与排气泵相连。所述的紫外光发射装置为紫外LED光源。所述的反应室侧面和下表面设置有金属反射壁。所述的金属反射壁银或铝制成。所述的反应室由石英玻璃制作。 所述的超声雾化器表面经过耐氧化处理，具有耐氧化能力。所述的回流装置由长形弯管、储液罐和下流管组成。所述的下流管上带有一控制阀门。所述的反应液可以是Fenton试剂或纳米TiO2与水形成的悬浮液。本发明利用磁力搅拌器带动搅子转动，将反应液不断的混合均匀；再利用超声雾化器的雾化功能，将反应室中的反应液包括液体中的氧化性化学物质以近雾化的形式喷至空中与甲烷气体充分混合，在紫外光的照射下高效降解。与传统方法相比，这种方法利用了超声雾化器，使反应液中的Fenton试剂或纳米TiO2粉末在空中形成近似的雾气，有效地增加了甲烷气体与反应液的接触面积，使甲烷气体与反应液中的氧化剂形成近似的气/气混合，解决了甲烷不溶于水而与氧化剂接触面积小，反应效率低的问题。
图1为本发明的结构示意具体实施例方式如图1所示，本发明包括进气管路1、长形弯管9和连接进气管路I与长形弯管9的反应室2，以及回流装置和排气管路14及排气泵15。反应室2上部设置有紫外光发射装置3，紫外光发射装置3可采用大功率紫外LED光源。反应室2内部放有一磁力搅拌子5，在磁力搅拌子5的正下方，反应室2外部放有磁力搅拌器7。在反应室2内部还设置有一超声雾化器6，此超声雾化器外表面经过耐氧化处理。反应室2内部还充有一定量的反应液
4。反应室2的侧面和下表面设置有银或铝制成的金属反光壁。回流装置包括储液罐11和回流管12，储液罐11位于反应室2的斜上方。储液罐11中加有水10。排气管路14 一端连接储液罐11，另一端连接排气泵15用来排出反应后的气体。回流管12上带有一控制阀门13用来控制开关和流量。长形弯管9的上方端口位于水10的液面下。本发明在工作过程中，将环境中含有甲烷分子的空气在排气泵15的作用下从进气通道I吸入反应室2，在反应室2中，充有一定量的反应液4。打开磁力搅拌器7，带动磁力搅拌子5，使反应液4 一直混合。在超声雾化器6的作用下，反应液中的水及化学物质即氧化剂被喷至空中形成近雾化的反应物8，反应物8以近雾化的形式与甲烷气体充分混合。打开紫外光发射装置3，在紫外光下与甲烷分子进行催化反应。反应后的气体再通过长形弯管9进入储液罐11，一定量的雾化物质在长形弯管中组成大液滴后回落到反应室2中，另有一部分雾化液体如Fenton试剂等将被带入储液罐11。因长形弯管9的出气端面位于水面下，因此反应物质将液化后留在水中，而反应后的尾气因为不溶于水或微溶于水而基本上从排气管路14排 出。当储液罐11中液体增加到一定程度，水面高度达到回流管12的管口高度时，将顺着回流管12返回反应室2。可通过阀门13控制开关和流量。
现有技术中，如果利用纳米TiO2作为化学反应物对有机气体进行催化降解，可将气体通过含纳米TiO2与水的混合进行循环，气体与TiO2接触面积小，催化效率较低。如果利用Fenton试剂作为化学反应物4对气体进行催化降解，也是将气体通过Fenton试剂的水溶液进行反应，因为气体与Fenton试剂属于两相，只在气泡与液体界面形成反应，所以接触面积十分有限，反应效率低。在公知的超声领域，超声雾化器广泛的用于加湿器和医疗领域，而本发明首次将超声雾化应用于气体降解领域。本发明的实质性特点和显著的进步是利用超声雾化器6的雾化功能，将水中的Fenton试剂或TiO2粉沫以雾化或近雾化的形式喷至空中，与空中的甲烷气体形成近似的气/气混合后进行光降解，此方法极大地增加了反应物的接触面积，从而提高了反应的速度。实施例1，配制Fenton试剂，其中H2O2浓度为100mmol/L，FeSO4.7H20的浓度为2mmol/L，硫酸调节pH至2.5。将Fenton试剂加入到反应室2中。液面高度超过超声雾化器上表面约5cm。打开超声雾化器6和磁力搅拌器7，打开紫外光发射装置3并打开排气泵15，开始通入待降解气体。待降解气体与漂在空中的雾化Fenton试剂以近气体的形式混后闻效反应，反应后的气体由长形弯管9进入储液iip 11中，储液iil 11中加入一定量的水，不溶于水或难溶于水的气体从排气管路14排出。少量雾化反应液在储液罐11中变为液体，当液体蓄积到一定高度时，打开阀门13，使液体回流到反应室2。实施例2，配制Fenton试剂，其中H2O2浓度为50mmol/L，FeSO4.7H20的浓度为2mmol/L,高氯酸调节pH至3.5。将Fenton试剂加入到反应室2中。液面高度超过超声雾化器上表面约5cm。打开超声雾化器6和磁力搅拌器7,打开紫外光发射装置3并打开排气泵15，开始通入待降解气体。待降解气体与漂在空中的雾化Fenton试剂以近气体的形式混后闻效反应，反应后的气体由长形弯管9进入储液iip 11中，储液iil 11中加入一定量的水，不溶于水或难溶于水的气体从排气管路14排出。少量雾化反应液在储液罐11中变为液体，当液体蓄积到一定高度时，打开阀门13，使液体回流到反应室2。实施例3，将纳米TiO2粉沫中加入去离子水，TiO2占0.05%。混合均匀后加入到反应室2中，液面高度超过超声 雾化器上表面约5cm。打开超声雾化器6和磁力搅拌器7，使纳米TiO2粉沫在反应室中混合均匀，5分钟后打开紫外光发射装置3并打开排气泵15，开始通入待降解气体。待降解气体与漂在空中的雾化水和纳米TiO2充分混后反应，反应后的气体由长形弯管9进入储液罐11中，储液罐11中加入一定量的水，不溶于水或难溶于水的气体从排气管路14排出。少量雾化物质在储液罐11中变为液体，当液体蓄积到一定高度时，打开阀门13，使液体回流到反应室2。实施例4，将纳米TiO2粉沫中加入去离子水，TiO2占0.2%。混合均匀后加入的反应室2中，液面高度超过超声雾化器上表面约4cm。打开超声雾化器6和磁力搅拌器7，使纳米TiO2粉沫在反应室中混合均匀，5分钟后打开紫外光发射装置3并打开排气泵15，开始通入待降解气体。待降解气体与漂在空中的雾化水和纳米TiO2充分混后反应，反应后的气体由长形弯管9进入储液罐11中，储液罐11中加入一定量的水，不溶于水或难溶于水的气体从排气管路14排出。少量雾化物质在储液罐11中变为液体，当液体蓄积到一定高度时，打开阀门13，使液体回流到反应室2。
权利要求
1.一种甲烷降解装置，其特征在于包括进气管路、排气管路和连接进气管路与排气管路的反应装置，所述反应装置由反应室、超声雾化器、搅拌子、反应液、磁力搅拌器、长形弯管以及回流装置构成。磁力搅拌器位于搅拌子的正下方。反应室的斜上方设置有紫外光发射装置。
2.根据权利要求I所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的反应室内设置有超声雾化器。
3.根据权利要求I所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的反应液为Fenton试剂或纳米TiO2粉沫。
4.根据权利要求I所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的反应化学物质由超声雾化器进行雾化。
5.根据权利要求I所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的反应室上端与长型弯管相连。
6.根据权利要求5所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的反应长型弯管出气端位于回流装置中的液面下。
7.根据权利要求I所述的甲烷降解装置，其特征在于所述的回流装置与长形弯管和下流管相连。
8.一种甲烷降解装置，其特征在于反应室中设置有超声雾化器。
全文摘要
本发明公开了一种甲烷降解装置，包括进气管路、排气管路和连接进气管路与排气管路的反应装置，所述反应装置由反应室、超声雾化器、搅拌子、反应液、磁力搅拌器、长形弯管以及回流装置构成。反应室的斜上方设置有紫外光发射装置。本发明利用超声雾化器的雾化功能，将反应室中的反应液以近雾化的形式喷至空中与甲烷气体充分混合，在紫外光的照射下高效降解甲烷气体。这种方法利用了超声雾化器，使氧化剂在空中形成近似的雾气，有效地增加了甲烷气体与氧化剂的接触面积，解决了甲烷不溶于水而与氧化剂接触面积小，反应效率低的问题。
文档编号B01D53/72GK103252160SQ20131017262
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者汪舰, 张利伟, 魏建平, 杨波, 沈玲, 姚培峰 申请人:河南理工大学