用于低浓度有机废气处理的模组式UV-纳米TiO2光催化装置的制作方法

本实用新型属于废气处理的技术领域，具体涉及用于低浓度有机废气处理的模组式UV-纳米TiO2光催化装置。

背景技术：

当前，我国环境空气污染状况日益突出，大范围出现雾霾等重污染现象的频次日益增多。臭氧和PM2.5已成为城市空气污染的“元凶”、“主犯”，而VOCs(挥发性有机污染物)则是臭氧和PM2.5等细粒子生成的共同前体物。VOCs具有低浓度、高毒性的特征，被称为“影子杀手”。因此，含挥发性有机物（VOCs）的有机废气治理研究，也逐渐得到了越来越大的关注。

目前有机废气治理中常用的工艺主要有：吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法、生物法，以及一些新出现的工艺如低温等离子体技术、光催化氧化法。因处理深度要求较高，在一种工艺不能满足排放控制要求时，也常见两种或两种以上的技术联用，如吸附法+燃烧法、低温等离子体技术+活性炭吸附等等。选择具体的处理工艺和技术方法时，要视废气中有机污染物性质、排放要求、废气温度、湿度，以及气体流量等因素而定。不同的工艺针对相同的有机废气污染物，处理效率和成本等都不相同，甚至差距很大。

本专利所述的UV-纳米TiO2光催化氧化处理有机废气，主要针对低浓度有机废气进行处理。目前常用的低浓度有机废气处理方式主要有活性炭吸附、喷淋吸收等。但活性炭吸附装置产生的饱和活性炭属于危险废物，喷淋吸收法产生的废吸收液需进行后续处理，处置不当都容易产生二次污染，而且增加了企业运行成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、无后续污染的用于低浓度有机废气处理的模组式UV-纳米TiO2光催化装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

用于低浓度有机废气处理的模组式UV-纳米TiO2光催化装置，其中：包括罐体，罐体左端设置进气管，右端设置出气管，低浓度有机废气能从进气管进入罐体中，再经出气管流出，罐体内设有若干个TiO2纳米催化模块，TiO2纳米催化模块为表面附着TiO2纳米涂层的丝线无序绕制而成，且TiO2纳米催化模块被压制成表面多孔隙的正方体结构，TiO2纳米催化模块设有一竖直的UV灯贯穿孔，UV灯贯穿孔上端开口于TiO2纳米催化模块的上表面中部，下端开口于TiO2纳米催化模块的下表面中部，若干个TiO2纳米催化模块在罐体内在横向和竖向上对齐堆叠，组成TiO2纳米催化模组，竖向堆叠的TiO2纳米催化模块的UV灯贯穿孔共同组成一个UV灯槽，罐体开设有与UV灯槽一一对应的穿孔，每个穿孔均穿入一UV灯管，UV灯管穿入UV灯槽并完全填充UV灯槽。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的TiO2纳米催化模块由丝网骨架和丝网填料组成，丝网骨架由外表面表面负载纳米TiO2的硬质材料组成，丝网骨架包括外网架和内网架，丝网骨架构成TiO2纳米催化模块的外表面，内网架构成UV灯贯穿孔的孔壁面，丝网填料由外表面表面负载纳米TiO2的可弯曲柔性材料组成，丝网填料揉成不规则团状填充在外网架与内网架之间的空间中。

上述的进气管与罐体中部之间、罐体中部与出气管之间均通过接口连接。

上述的罐体前部设置有除尘插口，可插拔的除尘过滤器能从除尘插口插入罐体中，除尘过滤器位于进气管与TiO2纳米催化模组之间，从进气管进入的低浓度有机废气经除尘过滤器后进入TiO2纳米催化模组中，除尘过滤器为两层金属网之间固定一层或多层无纺布或过滤棉的组合板结构。

上述的罐体为不锈钢结构，内表面镀有反光材料。

上述的UV灯管为波长185-254nm的紫外线灯管,管径15-20mm，长度200-1600mm，功率10-320W。

上述的丝网骨架为表面负载纳米TiO2的陶瓷或玻璃材料制作，丝网填料为表面负载纳米TiO2的金属丝，外网架的边长为100mm，UV灯管的直径为20mm至50mm，TiO2纳米催化模块的透光率不低于75%。

上述的罐体的下部安装有若干个支腿。

上述的TiO2纳米催化模块表面附着的纳米涂层为锐钛型和金红石型纳米TiO2混合物，且锐钛型：金红石型比例为3：1。

上述的罐体的穿孔上设置一圈密封圈，密封圈使UV灯管与罐体的穿孔密封配合。

本实用新型的有益效果为：

（1）利用纳米TiO2在紫外线照射下产生高活性光生空穴和光生电子，形成氧化-还原体系，经一系列可能的反应后产生大量的高活性自由基，对有机废气中所含污染成份进行氧化分解。与活性炭吸附、喷淋吸收等方法相比，氧化法对有机物成份进行了结构性的破坏，对有机污染物分解相对更彻底。

（2）与活性炭吸附法相比，不必定期更换吸附饱和的活性炭后做危废处置。不仅运行成本较低，也避免了二次污染。

（3）与喷淋吸收法相比，不设吸收液循环装置，不必考虑废液处理、更换的问题。

（4）与传统的UV-纳米TiO2催化装置相比，罐体内表面增设了光反射材料，提高了光催化效率；将纳米TiO2光催化丝做成丝网结构，进一步的，还可以以硬质丝网为外壳，软质丝网为填充物，组成一个方形的模块，这个模块中间还有一个供UV灯管(即紫外线灯)穿过的孔，大大增加了模块内的纳米TiO2光催化丝的总长度，提高模块净化有机废气的效率。本实用新型还将模块做成100mm边长的正方形，模块与模块间可以相互堆叠，通过挂钩相互固定，组成一个更大的模组，这个模组的长度、宽度可以根据需要通过增减模块数量进行改变，使模组可以应用在不同尺寸的催化罐中，提高了UV-纳米TiO2光催化丝网结构的应用范围；与传统型催化模组相比，负载的纳米TiO2更多，孔隙率高、单位催化剂比表面积较大，催化性能更好。

（5）本实用新型流程布置比较紧凑，整个处理系统装在一个罐体内，运行管理相对简单。

附图说明

图1是第一实施例的纵向剖视图；

图2是第一实施例的TiO2纳米催化模块的结构示意图；

图3是第二实施例的俯视图；

图4是第二实施例的纵向剖视图；

图5是第二实施例的TiO2纳米催化模块的结构示意图；

图6是图5的俯视图。

其中的附图标记为：罐体1、进气管11、出气管12、接口13、除尘插口14、支腿15、密封圈16、TiO2纳米催化模块2、UV灯贯穿孔21、丝网骨架22、外网架22a、内网架22b、丝网填料23、UV灯管3、除尘过滤器4。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

目前研究最多的UV光催化半导体材料为金属氧化物和硫族化物如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2等，其中以TiO2最为常用。研究表明：在锐钛型TiO2和金红石型TiO2混合比例约75:25时，纳米TiO2的光催化氧化能力最强。

通过紫外光激发后，纳米TiO2产生高活性光生空穴和光生电子，形成氧化-还原体系，经一系列可能的反应后产生大量的高活性自由基，在众多自由基中，·OH是主要的自由基；光催化时纳米TiO2表面的羟基化，是光催化反应的必要条件。光催化产生的·OH自由基，是有水存在时氧化剂中反应活性最强的，而且对作用物几乎没有选择性。光催化机理可表示如下：

TiO2+hv → h⁺+e^-

h⁺+H2O→H⁺+·OH

h⁺+ OH^-→·OH

2HO2˙→O2+H2O2

H2O2+O2^-→OH^-+·OH+O2

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

第一实施例：如图1和图2所示，

本实用新型的用于低浓度有机废气处理的模组式UV-纳米TiO2光催化装置，其中：包括罐体1，罐体1左端设置进气管11，右端设置出气管12，低浓度有机废气能从进气管11进入罐体1中，再经出气管12流出，罐体1内设有若干个TiO2纳米催化模块2，TiO2纳米催化模块2为表面附着TiO2纳米涂层的丝线无序绕制而成，且TiO2纳米催化模块2被压制成表面多孔隙的正方体结构，TiO2纳米催化模块2设有一竖直的UV灯贯穿孔21，UV灯贯穿孔21上端开口于TiO2纳米催化模块2的上表面中部，下端开口于TiO2纳米催化模块2的下表面中部，若干个TiO2纳米催化模块2在罐体1内在横向和竖向上对齐堆叠，组成TiO2纳米催化模组，竖向堆叠的TiO2纳米催化模块2的UV灯贯穿孔21共同组成一个UV灯槽，罐体1开设有与UV灯槽一一对应的穿孔，每个穿孔均穿入一UV灯管3，UV灯管3穿入UV灯槽并完全填充UV灯槽。

实施例中，进气管11与罐体1中部之间、罐体1中部与出气管12之间均通过接口13连接。

实施例中，罐体1前部设置有除尘插口14，可插拔的除尘过滤器4能从除尘插口14插入罐体1中，除尘过滤器4位于进气管11与TiO2纳米催化模组之间，从进气管11进入的低浓度有机废气经除尘过滤器4后进入TiO2纳米催化模组中，除尘过滤器4为两层金属网之间固定一层或多层无纺布或过滤棉的组合板结构，无纺布或过滤棉用于有机废气除尘，金属网用于固定无纺布或过滤棉。过滤除尘器4为插板式结构，从罐体外部插入反应罐体中，用于有机废气除尘，可定期更换。

实施例中，罐体1为不锈钢结构，内表面镀有反光材料。

实施例中，UV灯管3为波长185-254nm的紫外线灯管,管径15-20mm，长度200-1600mm，功率10-320W。

实施例中，丝网骨架22为表面负载纳米TiO2的陶瓷或玻璃材料制作，丝网填料23为表面负载纳米TiO2的金属丝，外网架22a的边长为100mm，UV灯管3的直径为20mm至50mm，TiO2纳米催化模块2的透光率不低于75%，确保有足够的表面积负载纳米TiO2参与催化反应，同时便于废气通过。使用时将多个催化模块套在1个UV灯管上并固定好，最终高度与灯管一致；全部套好后前后左右用其它催化模组依次填满。

实施例中，罐体1的下部安装有若干个支腿15。

实施例中，TiO2纳米催化模块2表面附着的纳米涂层为锐钛型和金红石型纳米TiO2混合物，且锐钛型：金红石型比例为3：1。

实施例中，罐体1的穿孔上设置一圈密封圈16，密封圈16使UV灯管3与罐体1的穿孔密封配合。

第二实施例：如图3至图6所示，

实施例中，TiO2纳米催化模块2由丝网骨架22和丝网填料23组成，丝网骨架22由外表面表面负载纳米TiO2的硬质材料组成，丝网骨架22包括外网架22a和内网架22b，丝网骨架22构成TiO2纳米催化模块2的外表面，内网架22b构成UV灯贯穿孔21的孔壁面，丝网填料23由外表面表面负载纳米TiO2的可弯曲柔性材料组成，丝网填料23揉成不规则团状填充在外网架22a与内网架22b之间的空间中。

第一实施例和第二实施例的不同点在于，第二实施例采用了两种不同硬度的材料制作TiO2纳米催化模块2，以硬质材料做骨架，软质材料做填充物，制作出的TiO2纳米催化模块2结构更稳定，在运输、使用、更换过程中不易变形，使用寿命更长。

以下是如图1所示的本实用新型的装置处理含乙醇有机废气和含异辛烷有机废气时的处理数据：

常温下含乙醇有机废气进入处理装置，进气口乙醇浓度300mg/m³，废气湿度约30%。在UV--纳米TiO2光催化氧化处理装置中前进气速500m³/h，停留时间60s。排气口乙醇浓度降低到112mg/m³，去除效率达到62.67%。

含异辛烷有机废气进入处理装置，进气口异辛烷浓度50mg/m³，废气湿度约40%。在UV--纳米TiO2光催化氧化处理装置中前进气速1000m³/h，停留时间45s。排气口异辛烷浓度降低到11.6mg/m³，去除效率达到76.80%。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。