一种活性炭缓冲光催化反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活性炭缓冲光催化反应器，该反应器具有结构简单、操作方便适应性强、光催化效率高、可长期稳定运行等优点，特别适合大风量、浓度波动较大的工业企业有机废气的治理。
【背景技术】
[0002]光催化技术源于1972年Fujishima和Honda在Nature上发表的论文，研宄结果表明Ti02单晶电极具有光分解水的功能，此后半导体光催化反应得到了人们的广泛关注。
[0003]近几十年来，越来越多的研宄人员致力于T12光催化氧化去除废气中挥发性有机物VOCs等的研宄，并且已逐渐由实验室研宄转化为实际应用。光催化氧化法的大规模应用需要解决的主要技术问题是T12催化剂的固定化以及与之相应的结构简单、操作方便、适应性强、光催化效率高、可长期稳定运行的反应器的设计。
[0004]根据催化剂在反应器中的存在形式，气固相光催化反应器可分为固定床反应器与流化床反应器两大类。流化床反应器流化床层催化剂处于不断流动、迀移、翻滚状态，反应气在载体颗粒之间流动，可充分利用催化剂的表面，使催化剂有效比表面积大大提高，但是流化床反应器也存在催化剂易流失、不易分离及重复利用难的问题，反应后的气体中会含有催化剂粉尘造成二次污染无法作为末端治理设备。固定床反应器将催化剂固定在载体上，可以较大程度地避免催化剂流失问题，但同时也存在催化剂有效比表面积小、催化剂与反应物有效接触面积小、催化效率较低、催化剂更换不方便等问题。
[0005]针对上述存在的问题，CN202398286U公开了一种固定式光催化氧化废气处理反应器，该反应器筒体内轴向中心位置设置中心转轴，在中心转轴上设置若干水平放置的盘片，盘片带有微小空隙，盘片上表面安装防水基座，基座上安装紫外光源，下表面和(或)上表面安装涂覆催化剂基膜的纤维网，筒壁上涂覆光催化剂基膜。CN103212291A公开了一种V型折板光催化反应器，该反应器中光催化剂均匀涂在所有折板的上下表面，折板把反应外箱分成若干条气体通道，相邻的两条气体通道连通，每两个相邻气体通道布置紫外灯管，气体依次流过各条气体通道进行反应。上述反应器可以一定程度上提高催化剂与反应物的接触面积，进而提高催化效率。
[0006]然而，实际工程中废气中污染物的成分复杂且浓度随工况、季节、气候等因素波动较大，使得光催化反应效率无法得到保障，目前尚未有明确报道可解决废气量变化以及废气中有机物浓度波动对催化反应效率的影响。
[0007]基于上述原因，设计发明一种新型的可以在废气量及有机物浓度不断波动的实际工程中保持高催化反应效率的光催化反应器就显得尤为必要。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便、适应性强、光催化效率高、可长期稳定运行的活性炭缓冲光催化反应器，该反应器尤其可以解决实际工程中废气浓度波动问题，经合理布风、预处理活性炭过滤器将不稳定废气整理成均衡稳定气流，进而提高光催化反应效率；蜂窝式活性炭负载催化剂为光催化反应提供活性空位，同时延长废气中有机物的停留时间，提高催化反应效率；末端活性炭过滤器延长活性粒子对有机物的降解时间，可有效利用活性粒子，进一步提高净化效率。
[0009]本发明所采取的具体技术方案是:一种活性炭缓冲光催化反应器，包括反应器壳体，壳体的两端为收缩式开口，一侧为气体入口，另一侧为气体出口 ；在壳体外表面设置有对开门和玻璃视窗；
[0010]方便内构件安装与更换，反应器设置对开门，同时门上设有视窗可以直接观察反应器内的反应状况。
[0011]所述的壳体内部的中间设置为催化反应室，催化反应室的两端分别连接气体入口和气体出口 ；催化反应室与气体入口之间设置有布风板；
[0012]布风板为与水平方向成15°?75°的2?8块钢板，将气流分为不同的通道，避免产生气流死角，保证气流均匀分布。
[0013]所述的催化反应室中间设置有I?5层隔板，催化反应室被隔板分为2?6个反应腔体，用于降低各反应腔体的处理量；每个腔体的设置排布相同，在隔板与壳体之间垂直于进气口方向依次设置有预处理活性炭过滤器、催化反应区和末端活性炭过滤器；
[0014]所述的预处理活性炭过滤器可选用活性炭板式或者袋式过滤器；滤材以先进工艺精制而成，具有比表面积大，空隙发达，强度高，吸附性能强的优质活性炭和化学吸附材料，其大小与数目根据反应器大小而定，其主要目的是通过活性炭动态吸脱附平衡，将浓度不稳定废气整理成均衡稳定气流，提高反应效率。
[0015]催化反应区包括紫外灯与催化剂板，且两者交替间隔排布，在每个反应腔体内形成2?10层反应通道，逐级反应，不断提高反应效率；
[0016]所述的催化剂板以蜂窝式活性炭负载催化剂，催化剂支撑材料选用铝蜂窝，铝蜂窝表面涂有2?5层活性炭，在活性炭表面再喷涂催化剂，且催化剂负载量为活性炭质量的1%?40%。
[0017]催化反应区相邻紫外灯与催化剂板的距离通过实验优化确定，优选为1mm?lm，紫外灯与光催化剂的距离确定，确保催化剂板上光功率最大，光波与引起催化剂大孔、中孔的波震动，产生的热量与能量使有机物分子在催化剂表面充分氧化降解，反应后的小分子顺利脱附，达到有机物降解与催化剂原位再生的功能。
[0018]利用隔板将催化反应室分隔为2?6个反应腔体，可以降低单元反应腔体的处理风量，提供催化活性位的利用率，进而提高催化反应效率。
[0019]所述的催化反应区为紫外灯与催化剂板，且两者交替排布，相邻紫外灯与催化剂的距离为1mm?lm，在每个反应腔体内形成2?10层反应通道，反应气逐级经过反应通道，不断提尚反应效率。
[0020]所述的末端活性炭过滤器负载有催化剂，且催化剂的负载量为活性炭质量的1% -20%,所述的催化剂为1102和CdS，且CdS的用量为T1 2质量的0.1 %?20%。
[0021]，有效延长活性粒子对有机物的降解时间，可有效利用活性粒子，进一步提高净化效率。为残余的有机物分子与光催化反应区产生的活性粒子提供催化活性位，二者充分反应，保证有机物分子的反应效率，同时减少活性粒子逃逸，避免二次污染。
[0022]导轨的安装设计使得紫外灯和催化剂板可快速安装并快速拆卸，按照过滤器支架、紫外灯支架、催化剂框架尺寸制作导轨，保证内构件可以沿着导轨方便快速地推入催化反应室，并方便拆卸检修、更换等；
[0023]催化反应器可根据废气气量的不同实现模块化结构，一定量的预处理活性炭过滤器、紫外灯、催化剂与末端活性炭过滤器作为一个模块，可处理5000?20000m3/h风量，通过调整模块数目即可处理不同气量的废气，同时模块与反应器壳体可采用导轨式组装方式，方便快捷，适宜大规模工业应用。
[0024]本申请的催化反应器主要应用于化工企业、制药企业、污水处理厂、垃圾焚烧厂等排放废气中低浓度VOCs以及H2S、NH3,甲硫醇、甲硫醚等异味气体的催化氧化、深度净化。
[0025]另外，本发明可作为中低浓度废气的核心处理设备单独使用，亦可根据气量串联或并联使用，亦可与其他设备如洗涤塔、等离子体设备等结合作为深度净化装置使用。
[0026]使用时，待处理气体通过气体入口进入壳体内部，经过布风板的布风使得气流均匀、和缓地进入催化反应室，经预处理活性炭过滤器均衡整流后经过紫外灯光的照射和装载有催化剂的催化剂板发生催化反应，然后经过末端活性炭过滤器进一步反应并吸附达到深度净化的目的，处理完毕后，净化后的气体通过气体出口排放至烟囱。
[0027]本发明的有益效果
[0028]1，本发明提供了一种结构简单、操作方便、适应性强、光催化效率高、可长期稳定运行的活性炭缓冲光催化反应器。
[0029]2，本发明可以解决实际工程中面临的废气浓度不稳定问题，通过活性炭动态吸脱附平衡，将浓度不稳定废气整理成均衡稳定气流，提高反应效率。
[0030]3，本发明中紫外灯与催化剂间隔排列，逐级反应，催化剂采用蜂窝式活性炭负载型催化剂，强化光催化反应，并优化催化剂与灯管的距离，提高催化反应效率。
[0031]4，本发明中设置的末端活性炭过滤器，可有效延长活性粒子对有机物的降解时间，可有效利用活性粒子，进一步提高净化效率。
[0032]5，本发明的所有内构件包括活性炭过滤器、紫外灯、催化剂等均由支架组装并由导轨安装于反应器内，方便安装、维修及更换，快装快卸，适合大规模工业推广。
[0033]6，本发明可采用模块化导轨式组装方式，应对不同气量，反应器只需调节模块数目即可，方便快捷，适合大规模工业应用。
[0034]7，本发明可广泛应用于化工企业、制药企业、污水处理厂、垃圾焚烧厂等排放废气中低浓度VOCs以及h2s、nh3、甲硫醇、甲硫醚等异味气体等污染成分的催化氧化、深度净化。
[0035]综上所述，本发明提供的活性炭缓冲光催化反应器具有结构简单、操作方便、便于安装、催化效率高、适合大规模生产等优点，具有较为广阔的市场前景。
【附图说明】
[0036]图1活性炭缓冲光催化反应器的外部示意图；
[0037]图2活性炭缓冲光催化反应器的内部示意图；
[0038]图中，I为气体入口，2为催化反应室，3为布风板，4为