一种光电解诱导自由基脱VOCs的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大气污染物控制领域，具体涉及一种光电解诱导自由基脱VOCs的方法 及装置。
【背景技术】
[0002] VOCs是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写。大量研究 表明，VOCs通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸、血液、肝脏等器官造成暂时性和 永久性病变(例如会引发各种血液病和癌症）。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包 括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健 康。随着经济的快速发展和人们环保意识的提高，尾气中VOCs脱除问题越来越受到人们的 关注。同时国家也制定了相应的法律法规对VOCs的排量作了严格的限制。研究开发VOCs的 高效脱除技术已成为世界各国关注的热点问题。
[0003] 在过去的几十年中，国内外研究人员对废气中VOCs脱除问题作了大量的研究并开 发了多种VOCs脱除方法。按照脱除的基本原理，废气VOCs脱除方法主要包括冷凝回收法、吸 收法、直接燃烧法、催化燃烧法和吸附法等。冷凝回收法适用于有机废气浓度高、温度低、风 量小的工况，需要附属冷冻设备，主要应用于制药、化工行业，而印刷企业较少采用，应用范 围受到局限。吸收法常用的是物理吸收，即将废气引入吸收液净化，待吸收液饱和后经加 热、解析、冷凝回收。这种方法适用于大气量、低温度、低浓度的废气，但需配备加热解析回 收装置，设备体积大、投资较高。直接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧，将混合气 体加热，使有害物质在高温作用下分解为无害物质。该方法工艺简单、投资小，适用于高浓 度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。催化燃烧法是把废气加热经催化燃烧转 化成无害无臭的二氧化碳和水，这种方法起燃温度低、节能、净化率高、操作方便、占地面积 少、适用于高温或高浓度的有机废气，但催化剂容易中毒失活，稳定性差。活性炭吸附法脱 除效率可达95%，设备简单、投资小，但活性炭更换频繁，增加了装卸、运输、更换等工作程 序，导致运行费用增加。因此，到目前为止，尽管有多种VOCs脱除技术被开发和利用，但每一 种技术几乎都有应用范围的限制和有诸多缺点。因此，继续开发更加经济有效的VOCs脱除 技术具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种光电解诱导自由基脱VOCs的方法及 装置。系统具有极强的氧化性，能够实现100%的VOCs脱除效率，且脱除过程无二次污染，具 有广阔的市场应用前景。
[0005] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006] 一种光电解诱导自由基脱VOCs的装置，其特征在于，设有一个光激发喷射床，所述 喷射床底面为倾斜的，底面高的一侧设置有溶液入口、低的一侧设置有产物出口，所述喷射 床内的底部用于填充氯化钠溶液，设置有能够位于液面以下的电解电极，电解电极与电解 装置相连;所述喷射床内部设置有多个位于液面以上的旋流雾化喷嘴，喷射床底部设置溶 液出口，溶液出口与旋流雾化喷嘴之间通过循环栗连通;喷射床侧壁上设有废气入口、废气 出口，废气入口与旋流雾化栗连通;喷射床内的顶部设有紫外灯，喷射床的顶面上设置反光 装置，紫外灯外设有由石英板构成的冷却空气通道，冷却空气通道与风机连通。
[0007] 优选地，废气入口处设置有废气冷却器。
[0008] 优选地，流雾化喷嘴的最佳横向和纵向间距A均位于2〇Cm-6〇Cm之间，紫外灯与旋 流雾化喷嘴之间的高度C位于0.5m-3m之间，光激发喷射床的宽度D位于0. lm-8m之间；紫外 灯的数量为多个，紫外灯的间距E位于0. lm-1.5m之间；光激发喷射床的长度B位于0. lm-8m 之间，旋流雾化喷嘴射出的溶液的出口流速不小于1.5m/s。
[0009] 光电解诱导自由基脱VOCs的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010] (1)采用电解装置及电解电极电解氯化钠溶液，制备氯气，氯气溶于水后形成次氯 酸溶液；
[0011] (2)来自工业装置含VOCs的废气从废气入口进入光激发喷射床中，与次氯酸溶液 一同从旋流雾化喷嘴喷出射向顶部的石英板，次氯酸液滴在石英板上、在紫外灯激发下分 解产生高活性氯原子和羟基；高活性氯原子和羟基作为VOCs的氧化剂，废气中的VOCs会在 石英板表面与羟基发生氧化反应；
[0012] (3)V0Cs的氧化产物主要是二氧化碳和有机残碳，二氧化碳随烟气从废气出口排 出，有机残渣被后续射流冲击坠落，进入底部溶液，沉淀后经产物出口被分离回收利用。
[0013] 优选地，废气入口温度不高于150°C，通过设置在废弃入口处的废气冷却器冷却后 再进入反应器;废气与溶液的液气比是lL/m 3-80L/m3,溶液中氯化钠的最佳浓度为O.Olmol/ L-3mol/L，溶液的pH要求不高于7.5，溶液温度不高于75°C，紫外光有效辐射强度为10yW/ cm 2-200yW/cm2，紫外线有效波长为 180nm-280nm。
[0014] 光激发喷射床底部装有氯化钠溶液，中部是雾化混合室，顶部依次布置有石英板、 紫外灯和反光装置。紫外灯和旋流雾化喷嘴分别布置在两个相互平行的平面上，且紫外灯 所在平面位于旋流雾化喷嘴所在平面的上方。光激发喷射床底部设有斜底面8,便于产物分 离排出。
[0015] 先采用电解装置制备氯气，而氯气溶于水后形成次氯酸溶液。紫外光激发分解次 氯酸产生氯原子和羟基作为VOCs的氧化剂，在光激发喷射床中氧化脱除废气中的VOCs。来 自工业装置含VOCs的废气从废气入口进入光激发喷射床中并与旋流雾化喷嘴出来的次氯 酸液滴混合后射向顶部的石英板。石英板上的次氯酸在紫外灯激发下分解产生高活性氯原 子和羟基。废气中的VOCs会在石英板表面与羟基发生氧化反应。反应产生的氧化产物会被 后续射流冲击坠落，从而保证石英板具有良好的光穿透性。VOCs的氧化产物主要是二氧化 碳和有机残碳，有机残碳进入底部后会被分离回收利用。风机提供空气对紫外灯进行冷却， 以保证紫外灯在低温下高效运行。
[0016] 本发明所述的光电解诱导自由基脱VOCs的方法及装置，具有设备简单、初投资小， V具有极强的氧化性，VOCs脱除效率很高，能够实现100%的VOCs脱除效率，整个脱除过程无 二次污染等诸多优点，具有广阔的开发和工业前景。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明中光激发喷射床的主视图及结构示意图。
[0018] 图2是本发明中光激发喷射床的旋流雾化喷嘴布置示意图。
[0019 ]图3是本发明中光激发喷射床的紫外灯管布置示意图。
[0020]图4是低的氯化钠浓度光电激发诱导氯原子和羟基的电子自旋共振光谱图。
[0021] 图5是高的氯化钠浓度电激发诱导氯原子和羟基的电子自旋共振光谱图。
[0022] 图中：
[0023] 1-喷射床，2-反光装置，3-紫外灯，4-石英板，5-风机，6-电解装置，7-旋流雾化喷 嘴，8-底面，9-循环栗。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0025] 如图1所示，本发明所述的光电解诱导自由基脱VOCs的装置，其特征在于，设有一 个光激发喷射床1，所述喷射床1底面8为倾斜的，底面8高的一侧设置有溶液入口、低的一侧 设置有产物出口，所述喷射床1内的底部用于填充氯化钠溶液，设置有能够位于液面以下的 电解电极，电解电极与电解装置6相连;所述喷射床1内部设置有多个位于液面以上的旋流 雾化喷嘴7，喷射床1底部设置溶液出口，溶液出口与旋流雾化喷嘴7之间通过循环栗9连通； 喷射床1侧壁上设有废气入口、废气出口，废气入口与旋流雾化栗连通;喷射床1内的顶部设 有紫外灯3,喷射床1的顶面上设置反光装置2,紫外灯3外设有由石英板4构成的冷却空气通 道，冷却空气通道与风机5连通。
[0026] 光激发喷射床1底部装有氯化钠溶液，中部是雾化混合室，顶部依次布置有石英板 4、紫外灯3和反光装置2。紫外灯3和旋流雾化喷嘴7分别布置在两个相互平行的平面上，且 紫外灯3所在平面位于旋流雾化喷嘴7所在平面的上方。光激发喷射床1底部设有斜底面8， 便于产物分离排出。
[0027] 所述的方法是先采用电解装置6制备氯气，而氯气溶于水后形成次氯酸溶液。
[0028]来自工业装置含VOCs的废气从废气入口进入光激发喷射床1中，与次氯酸溶液一 同从旋流雾化喷嘴7喷出射向顶部的石英板4,次氯酸液滴在石英板4上、在紫外灯3激发下 分解产生高活性氯原子和羟基；高活性氯原子和羟基作为VOCs的氧化剂，废气中的VOCs会 在石英板4表面与羟基发生氧化反应，在光激发喷射床1中氧化脱除废气中的VOCs。VOCs的 氧化产物主要是二氧化碳和有机残碳，二氧化碳随烟气从废气出口排出，有机残渣被后续 射流冲击坠落，从而保证石英板4具有良好的光穿透性。有机残渣进入底部溶液，沉淀后经 产物出口被分离回收利用。风机5提供空气对紫外灯3进行冷却，以保证紫外灯3在低温下高 效运行。该系统具有极强的氧化性，能够实现100%的VOCs脱除效率，且脱除过程无二次污 染，具有广阔的市场应用前景。
[0029]在光激发喷射床1内，旋流雾化喷嘴7的横向和纵向间距太大将无法形成良好的液 滴雾化覆盖，太小将会导致液滴碰撞合并加剧，同样不利于液滴的雾化覆盖，故旋流雾化喷 嘴7的最佳横向和纵向间距A均位于2 0 cm-6 0 cm之间，且为便于安装，横向间距和纵向间距通 常保持相等。紫外灯3与旋流雾化喷嘴7之间的高度C太高将增加旋流雾化喷嘴7的射高，从 而增加雾化所需的能耗，但如果高度太低将导致旋流雾化喷嘴7无法展开，难以实现良好的 雾化覆盖，因此紫外灯3与旋流雾化喷嘴7之间的高度C位于0.5m-3m之间。光激发喷射床1的 宽度越大，反应器处理废气量越大，但同时占地面积和初始投资也大大提高，故光激发喷射 床1的宽度D位于0. lm-8m之间。紫外灯3的间距越小，相同功率下提供的能量越大、光覆盖密 度越均匀，即越有利于提高自由基产率，但太小将导致系统复杂和运行能耗增加，故紫外灯 3的间距E位于O.lm-1.5m之间。光激发喷射床1的长度越大，反应器处理废气量越大，但同时 占地面积和初始投资也大大提高，故光激发喷射床1的长度B位于0. lm-8m之间。旋流雾化喷 嘴7射出的溶液液滴直径太大无法提供足够的接触面积，故旋流雾化喷嘴7射出的溶液液滴 直径不大于100微米。旋流雾化喷嘴7射出的溶液液滴出口流速太小无法形成足够的气流刚 度，不能对石英板4形成足够的冲刷，故旋流雾化喷嘴7射出的溶液的出口流速不小于1.5m/ So
[0030]废气入口温度太高将导致电解产生的次氯酸加速自分解，不利于脱除过程的进 行。另外，废气温度太高还将增加紫外灯3冷却负担，因此废气入口温度不高于150°C，可通 过增加前置废气冷却器冷却后再