一种光催化VOC处理装置的制作方法

本实用新型属于清洁生产技术领域，涉及一种VOC处理装置，特别涉及一种光催化VOC处理装置。

背景技术：

随着工业迅速发展，以及历史规划问题和城市化进程的高速发展，部分工业企业对周边居民的生活产生了明显的负面影响，尤其是臭气扰民问题，这些臭气90％以上都是挥发性有机废气，严重威胁人类的健康和安全，也影响工业园区、城市乃至国家的形象。因此，VOC的处理在三污中显得更重要也更紧迫。VOC的有害成分主要包括非甲烷总烃，酯、醇、醚等有机物非甲烷总烃，酯、醇、醚等有机物。处理这类废气从数个方法下手，如喷淋洗涤、吸附、臭氧、光触媒法等。然而吸附法的问题在于吸附材料的消耗和再生的成本，光触媒法需要保证催化剂活性并持续提供光源，臭氧法则需要不断提供能量产生臭氧或直接消耗臭氧，喷淋洗涤需要对洗涤废水二次处理，这些方法都有其局限性。

光催化降解技术原理是紫外光激活催化剂如TiO₂，当能量大于或等于半导体带隙能的光波(hv)辐射TiO₂时，TiO₂价带(VB)上的电子吸收光能(hv)后被激发到导带(CB)上，使导带上产生激发态电子(e-)，而在价带(VB)上产生带正电荷的空穴(h+)。e-与吸附在TiO₂颗粒表面上的O₂发生还原反应，生成O₂-，O₂-与H+进一步反应生成H₂O₂，而h+与H₂O、OH-发生氧化反应生成高活性.OH、H₂O₂、-OH把吸附在TiO₂表面上的有机污染物(简称为R)降解为CO₂、H₂O等，把有毒有害的污染物氧化或还原为无害物。

光催化剂由于其状态为粉末状，本身非常容易随气流流失，容易造成装置失效而需要添加催化剂使得运行成本大幅上升。用膜材料承载，例如纤维膜，虽然其活化效率和有效作用面积都不错，但其承载过程工艺复杂，且容易粘污，清洗成本高。

目前的一些综合利用的微波和紫外的气体处理装置大多处于试验阶段，这些设备在实际应用中均存在着明显的能耗过大的问题。如专利CN 1101257C和CN103977678A中，设备的光源和微波源分别独立供电，而大量微波在提供场强后做无用功，浪费了大量的电能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是在保证甚至提高光催化VOC处理效率的前提下，降低装置内微波无用功的总量，降低光源和微波源的整体功耗，使得装置整体处理效率高、低能耗、运营成本低，实现在不同环境下能够长时间且不间断地处理VCO，减少了环境污染。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：该光催化VOC处理装置，包括以下部分：

微波发生模块，包含微波发生器(2.45GHz)、变压供电模块；

谐振腔，由涂抹聚四氟乙烯的不锈钢板、密封门构成；

无极紫外线发射灯管(主发射波长254nm)；

蜂窝陶瓷，其上烧结TiO₂催化剂；

风扇，保持内部风压，使内部处理气体单一方向流动；

循环旁管，使用带有风扇的旁管，从谐振腔末端接至前端，利用风扇强制循环。

其中：

风扇风机在所述旁管和进气口处各安装一个。

谐振腔内部设有蜂窝陶瓷以及无极紫外线发射灯管，蜂窝陶瓷以及无极紫外线发射灯均通过固定架固定在谐振腔内部；蜂窝陶瓷彼此之间有固定间距，蜂窝陶瓷内表面承载光催化剂。无极紫外线发射灯管，每两根通过固定架固定在谐振腔内部每对蜂窝陶瓷的中间，上下对称。每两根所述无极紫外线发射灯管通过固定架固定设置在每对所述蜂窝陶瓷的中间。

由于采用了不透明的蜂窝陶瓷作为TiO₂的承载材料，谐振腔内被设计成一格一格的类似船舱的串联处理单元，每个单元内有一根无极紫外线发射灯管，单元与单元之间，使用2cm厚度的蜂窝陶瓷作为单元隔离层，由于较薄的厚度，且每个单元都有紫外线发射灯管照射，蜂窝陶瓷两面都得到照射，故烧结其上的TiO₂能够充分得到紫外线的激发，故烧结其上的TiO₂能够充分得到紫外线的激发。同时蜂窝状结构保证了足够的作用面积，有效的平衡了催化剂作用范围与催化剂激活效率。

谐振腔内部设有微波发生器，微波发生器与设置在设备外部的控制面板通过电路连接，控制面板控制所述微波发生器的开关；旁管设置在出气管道处并连通至所述进气阀门后。

无极紫外线发射灯管的紫外发光能量来源是所述微波发生器发出的微波。无极紫外线发射灯管为主波长为254nm的无极紫外发射管；微波发生器工作频率为2.45GHz，类型包括且不限定于微波磁控管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.单元化的内部构造，保证了可以根据处理VOC负荷差异，通过增加/减少单元数量，轻松的改变额定处理负荷量；

2.因为是含有旁管强制循环，改小了所需单元数，在保证处理效果的同时减少了装置的设计尺寸，有效的降低了装置的成本和处理成本；

3.因为是单元化内部构造，且谐振腔内的物件没有正反特异性，对装置的后期维护难度降低了，有效避免出现某一部件损坏导致整个装置无效，装置的使用寿命得到了提高，从而有效降低使用者的运营成本；

4.2.45GHz的微波极易进入谐振腔后极易谐振254nm的紫外线发射灯管产生紫外光，其维持谐振的能耗低，激活催化剂的冗余的微波和紫外也具有催化VOC分解的能力，同样达到了分解VOC的目的，使装置具有能量利用率高的特点。，减少了无用的能量消耗；

5.利用蜂窝陶瓷承载催化剂，将催化剂烧结在陶瓷表面，解决了催化剂损耗过快的问题。同时设计陶瓷厚度为2cm，由于较薄的厚度，且每个单元都有紫外线发射灯管照射，蜂窝陶瓷两面都得到照射，故烧结其上的TiO₂能够充分得到紫外线的激发，同时蜂窝状结构保证了足够的作用面积，有效的平衡了催化剂作用范围与催化剂激活效率。

此外，经过蜂窝陶瓷承载处理的的催化剂TiO₀，其清洗难度低，在日常使用乃至清洗过程中都不易流失。

6.其中，谐振腔采用不锈钢板并进行了涂抹聚四氟乙烯的强化，具有极优异的抗腐蚀特性，抗沾污性良好，并且可以较为轻易的清洗，维护简单，耐用性强。此外，单元化和密封门的设计，清洗方便，即使装置在需要后期深度维护时，维护难度也极低。内壁涂抹聚四氟乙烯的谐振腔也具有抗腐蚀性，密闭的结构使逃逸的微波和紫外总量符合国家相关标准。

综合以上六点，该装置以高效、低能耗、绿色处理为目标，每个能量转化环节多余的能量都尽可能的做到了对降解VOC有积极作用，有效激活催化剂提高了处理效率，并使得能量利用率极高降低了能耗，自身对催化剂的损耗小节省了物耗，且该装置在降解VOC的同时自生并不对环境造成危害。

附图说明：

图1、本实用新型的装置的主视图；

图2、本实用新型装置的俯视图；

图3、本实用新型装置的剖图。

图1中，1、蜂窝陶瓷；2、灯管；3、风扇/通风泵。

图2中，1、微波发生器；2、风扇/通风泵。

图3中，1、蜂窝陶瓷；2、灯管；3、风扇/通风泵。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。本实用新型提供了一种光催化VOC处理装置，该组件由谐振腔、微波发生组件、无极紫外线发射灯管、蜂窝陶瓷(含催化剂)、旁管、风扇组成，内部单元化，单个单元的体积小。

为了克服现有微波紫外光催化技术重复耗能的问题，本实用新型利用合理利用了谐振腔，将无极紫外线发射灯管作为光源直接置于谐振腔中，利用微波频率2.45GHz和紫外线发射灯管主波长254nm的谐振点亮灯管，从而完全有效节省了灯管产生紫外的运营成本，做到了节能的目的。

本实用新型的内部图及外部图如图1、图2、图3所示，装置由微波发生部件、谐振腔、无极紫外线发射灯管、承载催化剂的蜂窝陶瓷、旁管、进气阀、以及风扇风机六部分组成，如图1所示。内部使用蜂窝陶瓷作为单元划分，每两个蜂窝陶瓷间距45mm-75mm。每两个蜂窝陶瓷中间位置设置两根无极紫外线发射灯管呈上下对称分布。从进气处起每第2n-1个蜂窝陶瓷上架设微波发生装置，保证每个单元的微波场强可以成功谐振无极紫外线发射灯管。可根据所需处理进气量和处理符合综合设计更改单元尺寸和数目。

蜂窝陶瓷的应采用1-2mm孔径，其蜂窝状结构和足够小的孔径保证了待处理气流在通过处理装置的过程中，与催化剂的有效接触面积。同时应采用15-30mm的厚度，由于蜂窝陶瓷的孔径则远大于紫外灯的主波长254nm共3个数量级，厚度也较薄，保证了紫外可以有效穿透，也保证了紫外光照射和衍射的强度。

旁管的直径为20～30mm，其强制回流风量通过风扇转速调节。

出气量通过进气阀和强制回流风量综合调节。

蜂窝陶瓷承载的催化剂为TiO₂类催化剂，可使用纯TiO₂或改性TiO₂催化剂，如SO₄^2-/TiO₂超强酸化二氧化钛光催化剂等。

同时，由于其单元化设计的特点，该装置可被设计为多种长度的，满足不同处理需求的单元数和尺寸，方便按照工厂要求定制，为绿色生产、车间排气除臭等不同强度需求和使用提供了可能。

实施例1

实验装置的主体长*高*宽：800*400mm*400mm，其中谐振腔的尺寸为长*高*宽：800*300mm*400mm。内部蜂窝陶瓷采用20mm的厚度，每两个蜂窝陶瓷间距60mm。蜂窝陶瓷承载的催化剂为SO₄^2-/TiO₂超强酸化二氧化钛光催化剂。旁管直径为25mm。

开启旁管强制循环(风量60CFM)，0.20m³的0.05％乙烯气体，在10分钟内消解率达到62％。