一种净化馆藏文物保存微环境中低浓度氮氧化物的方法

专利名称：一种净化馆藏文物保存微环境中低浓度氮氧化物的方法
技术领域：
本发明属特殊室内环境(净化)控制技术领域，具体涉及一种馆藏文物保存微环境中空 气低浓度氮氧化物污染的净化技术。
背景技术：
氮氧化物(N0X)的存在对博物馆内文物的危害是具有毁灭性的。如纸张酸度增加；颜色 染料褪色加快；纸张、纺织品的老化加剧；石刻风化加速；金属腐蚀速度增加等等。博物馆 内文物的保存，要求最大限度降低环境因素对文物所造成的损害。 一般博物馆中氮氧化物的 日每小时平均最大值不超过300u g/ra3，而目前建议博物馆文物保存环境质量的分级标准中对 氮氧化物的要求为 一级标准5iig/m3， 二级标准10"g/m3，三级标准20ng/m3。
传统的SCR法对于净化高浓度氮氧化物例如烟道气中的氮氧化物(大于1000mg/m3)有着 良好的前景，但是存在催化剂活性不高、操作温度范围较窄，以及尾气中NH3的残留等问题； 而工业企业釆用较多的吸收法，包括其中比较常见的水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、氧化 吸收法、液相还原吸收法和络合吸收法等吸收效率在40%-80%之间，且副产物可能造成对文物 的损伤。对于含有低浓度氮氧化物的博物馆或者洁净室等来说，净化产物需要满足对文物保 存安全的要求，且必须是常温常压，还需要保存一定的湿度，以上方法都显然不适应上述要 求。
通常用于去除低浓度氮氧化物的Ti02光催化方法具有反应催化剂易分离和重复使用，反 应条件温和，通常在常温常压进行，易操作等优点。但也存在着光生电子和空穴对的转移速度 慢，复合率较高，导致光催化量子效率低,反应转化率较低的缺点。而且对于文物保存来说，其 通常使用紫外线产生的臭氧对文物还有更大的损伤;吸附法则利用多孔物质对NO,的吸附达到 富集分离的目的。常用的吸附剂有杂多酸、分子筛、活性炭、硅胶及含NH3的泥煤等。吸附法 净化效率高，无需消耗化学物质，设备简单，操作方便，但是需大量吸附剂，投资费用较高。 由于一般的吸附剂成本过高，生产过程中可能需要高温和催化剂。因此，找到一种既然适应 于文物保护安全要求的，效果好且成本又低的净化文物保存环境室内空气低浓度氮氧化物的 方法是解决类似博物馆等场所环境污染的当务之急
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单有效净化文物保存室内空气环境中微量氮氧化物的技 术。该技术克服了常规方法的上述问题，对压力和温度的要求很低，还考虑维持一定湿度的 要求，适用于文物保存环境，同时操作方便，价格较低，没有二次污染，不会对文物造成损害。
通过实验发现，较低温度生成的生物质炭可以达到活性炭的处理效果，而且生物质炭(主 要是竹炭)还具有一定调节湿度、抑菌的作用。考虑光催化法和吸附法均不会产生二次污染， 对低浓度氮氧化物处理效果显著的优点，故本发明提出光催化耦合生物质炭的技术，即同时 采用纳米Ti02光催化技术和生物质炭吸附净化氮氧化物技术。
本发明所采用的装置主要由光催化盒体，吸附填料塔，流量控制器等组成。将模拟博物 馆馆藏文物保存环境空气中浓度水平的氮氧化物(N(X)配气先经过光催化盒体，然后从填料 柱底部进入，流经生物质炭填料，最后从填料柱顶部流出。
本发明中所使用的光催化盒体两端设有气体进出口，内部由吸附板固定槽，石英玻璃及 可见灯(或紫外灯)构成。吸附板是由承载板和其上固定了载有纳米Ti02光催化剂的载玻片 组成，其在壳体内以水平方向或垂直方向交错排列，结构简单，可连续或间歇使用，无须对 其进行活化、再生，使用方便，运行成本低。
本发明中所适用的填料柱均采用玻璃材质，防止氮氧化物在反应器表面吸附。
本发明中所使用的生物质炭主要是竹炭和木炭，均由毛竹和杉木直接炭化而成。再将生 物质炭洗涤后在活化液中浸渍，于12(TC-15(TC温度下烘干，干燥过程中须时加拌动。生物 质炭可以是颗粒状、片状、球状或者是粉末状，如是粉末状时，必须考虑传质阻力。
本发明中生物质炭的炭化温度为300°C-900°C，生物质炭的浸渍时间最短应超过24小时， 以保证表面活化完全。
本发明的生物质炭填料塔内填料分两层，下面部分为生物质炭，上面部分的生物质炭则 跟二氧化锰、氧化铜混合，对剩余臭氧进行处理，以保证出气中臭氧得到有效的净化。
本发明的优点在于利用纳米Ti02光催化技术和生物质炭净化氮氧化物技术相结合的原 理，利用光催化过程将氮氧化物中不易被生物质表面转化的NO、 N20等组分转化为二氧化氮 等易被生物质表面吸收转化的成分，利用生物质炭表面物理吸附和化学吸附的耦合作用，净 化效率很高，克服了光催化技术单独使用产生的臭氧对文物的破坏，同时也提高了生物质炭 的净化效率。此外，充分利用了我国的生物质能源，变废为宝，节省成本。采用本发明净化 氮氧化物时，仅需将待处理气体通过光催化和填料装置，对压力和温度的要求很低，即使在 常温常压下也能达到很好的净化效果，而且可以将光催化产生的臭氧降低到满足文物保存的要求，操作、管理、维护简便，运行成本低。在运行中产物不会加剧对文物造成损害，适合 博物馆文物保护环境质量控制要求，同时也适用于一般室内环境氮氧化物的净化。本发明中 装置移动灵活，填料更换方便，可广泛用于其他室内环境空气低浓度氮氧化物的净化。


下面结合附图对本发明作进一步具体的详细说明
图l是光催化反应装置示意图2是整体示意图3是实施例流程示意图 图4是光催化剂纳米Ti02的XRD谱图； 图5是光催化剂纳米Ti02的TEM图； 图6和图7是竹炭SEM图； 图8和图9是木炭SEM图。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明做进一步阐述，实施例为理解本发明而非限制权利范围。 本发明所涉及的TEM， XRD图是在下述条件下获得TEM测试在日本JE0L公司JEM-100CX II型电子显微镜上进行，加速电压为100 kV。 XRD测试在日本理学公司D/Max 2550型X射 线粉末衍射仪上进行，管电压40 kV，管电流200 mA， Cu Ka，扫描区间为20° 80° 。
本发明所用试剂皆有市售。 实施例1
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米7102光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；开启可见光灯管电源；氮氧化物配气浓度为 150ug/m3，流量控制为ldm7min，通过光催化反应装置和无生物质炭的填料塔；检测通过填 料塔的氮氧化物浓度为73 u g/ra3，净化效果为51. 1%，出口臭氧浓度8~9 P g/m3。 实施例2
利用提拉法将粒径为9. 9咖一10. 4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；称取3g竹炭/木炭(10目)置于填料塔中； 开启可见光灯管电源；氮氧化物配气浓度为150ug/m3，流量控制为ldm3/min通过填料塔；检测通过填料塔的氮氧化物浓度为4~6yg/m3，净化效果为96% 97. 3%，出口臭氧浓度0.1n
g/ni3左右。
实施例3
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米1102光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；开启紫外灯管电源；氮氧化物配气浓度为150 y g/m3，流量控制为ldmVmin通过光催化盒体；检测通过填料塔的氮氧化物浓度为2-3 u g/m3， 净化效果为97. 3% 98. 7%，出口浓度在0. 2~0. 5 u g/i^左右。 实施例4
利用提拉法将粒径为9.9nm—10.4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；称取3g竹炭/木炭(10目)置于填料塔中； 开启紫外灯管电源；氮氧化物配气浓度为1501ig/m3，流量控制为ldmVmin通过填料塔；检 测通过填料塔的氮氧化物浓度为4~5 p g/m3，净化效果为恥.7% 97. 3%，出口浓度在0. 2 0. 5 u g/m3左右。 实施例5
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；开启可见光灯管电源；氮氧化物配气浓度为 400wg/m3，流量控制为ldmVmin通过光催化反应装置和无生物质炭的填料塔；检测通过填料 塔的氮氧化物浓度为322ii g/m3，净化效果为20. 0%，出口臭氧10 12 n g/n)3左右。 实施例6
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米1102光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；称取7g竹炭/木炭(10目)置于填料塔中； 开启可见光灯管电源；氮氧化物配气浓度为400ug/rn3，流量控制为ldmVmin通过填料塔； 检测通过填料塔的氮氧化物浓度为8 10y g/m3，净化效果为97. 5%~98%，出口臭氧浓度O. 1 0. 2 u g/m3。 实施例6
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上;称取7g竹炭/木炭(10目)置于填料塔中； 开启可见光灯管电源；氮氧化物配气浓度为150ixg/m3，流量控制为ldm3/min通过填料塔； 检测通过填料塔的氮氧化物浓度为2~3 u g/m3，净化效果为98% 98. 6%，出口臭氧浓度0. 1 0. 2 u g/m3。实施例7
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；开启紫外灯管电源；氮氧化物配气浓度为400 U g/m3，流量控制为ldm7min通过光催化反应装置和无生物质炭的填料塔；检测通过填料塔 的氮氧化物浓度为23 u g/m3，净化效果为94. 2%，出口臭氧浓度10 12 y g/m3。 实施例8
利用提拉法将粒径为9. 9nm—10. 4nm的纳米Ti02光催化剂均匀的涂在洁净干燥的载玻片 表面，自然晾干24h后置于测试腔中吸附板上；称取7g竹炭/木炭(10目)置于填料柱中； 开启紫外灯管电源；氮氧化物配气浓度为400pg/m3，流量控制为lctoVmin通过填料塔；检 测通过填料塔的氮氧化物浓度为6 u g/m3，净化效果为98. 5%。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来描述。因此，无论从哪 一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要 求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利 要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1、一种净化馆藏文物保存微环境空气中低浓度氮氧化物的方法，其特征在于采用光催化耦合生物质炭的办法。
2、 如权利要求1所述的净化方法，其中光催化所用的催化剂为纳米Ti02。
3、 如权利要求1或2所述的净化方法，其中光催化所用的光为可见光或紫外光。
4、 如权利要求1或2所述的净化方法，其中的氮氧化物的浓度为10—400H g/m3。
5、 如权利要求1或2所述的净化方法，其中净化时空气的流量为0—5dmVs。
6、 如权利要求1或2所述的净化方法，其中的生物质炭为木炭或竹炭。
7、 如权利要求1或2所述的净化方法，其中的生物质炭中掺入了二氧化锰和氧化铜。
全文摘要
本发明属于室内环境(净化)控制技术领域，具体为一种净化馆藏文物保存微环境中低浓度氮氧化物的技术，尤其适用于博物馆展柜等对环境要求苛刻的场所。本发明使用了纳米TiO₂光催化技术耦合生物质炭吸附净化氮氧化物技术，在生物质炭中还掺杂了锰系氧化物，保障处理后气体对文物的安全等，通过生物质炭的使用，还有一定的调节湿度、抑菌的作用。该方法使用方便，运行成本低，净化效率高，而且还能满足文物保存环境对净化产物的要求。
文档编号B01D53/56GK101279199SQ20081003248
公开日2008年10月8日 申请日期2008年1月10日 优先权日2008年1月10日
发明者艺 修, 修光利, 刘兆辅, 燕 吴, 吴来明, 张大年, 徐方圆, 静 罗, 蔡兰坤, 解玉林, 华 魏 申请人:上海博物馆;华东理工大学