一种挥发性有机化合物处理装置的制作方法

本发明涉及一种装置，具体是一种挥发性有机化合物处理装置。

背景技术：

传统技术中，净化引擎或焚烧场产生的有害排气时，通常把电晕放电的等离子体作为催化剂使用。

采用电晕放电等离子体的排气净化装置，利用等离子体化学反应氧化或还原排气中所含的有害物质(氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机化合物、二恶英等)并将其去除，这类电晕放电型排气净化装置中具有代表性有，把细电线作为电晕放电电极的线电极-对-缸体(wire-to-cylinder)型，以及把点源作为电晕放电电极的点源电极-对-平板(pointsource-to-plate)型等。

利用催化剂的净化方法中，当使用普通催化剂时虽然不需要光源，但要求高温等附加的反应活化条件。对于光催化剂，利用具有特定波长(紫外线区，即400nm附近)的光源照射光催化剂，例如照射tio2，通过激发光催化剂时产生的自由基来净化污染物质，这里的光源，通常把紫外线灯作为紫外线区域光发生装置来使用。

但是，利用上述电晕放电的等离子体来净化有害物质时，由于非预期的副反应，会大量生成碳化氢副产物，而使用光催化剂时很难实现大容量处理及高浓度的污染物处理，同时现有紫外线灯光源的能源效率只有20％左右。因此，如果所使用的净化装置单独利用所述的催化剂时，不但其净化处理受到限制，从能源投入的角度来看其效率也并不满意。

目前公知的混合型净化装置，由于各个等离子体发生部分和催化反应部分的低效结构或者两者间的低效结合，导致有害气体处理效率方面仍存在限制性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种挥发性有机化合物处理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种挥发性有机化合物处理装置，包括以下结构：本体，配有挥发性有机化合物气体注入口和处理后气体排放口；等离子体光催化反应器，设置在本体内，配有气体流入口和流出口的管型反应器内，设置光催化层及等离子体发生手段，所述的气体流入口与所述本体的挥发性有机化合物气体注入口相通；紫外线灯，位于所述本体内相邻等离子体光催化反应器的位置，向光催化层照射紫外线。

作为本发明进一步的方案：所述紫外线灯和介质阻挡放电等离子体一同作为等离子体光催化反应器中的光催化反应的光源使用。

作为本发明进一步的方案：所述等离子体光催化反应器的等离子体发生手段为金属线，其一侧末端与电源相连，并贯穿着光催化层。

作为本发明进一步的方案：所述等离子体光催化反应器的光催化层为，涂有tio2和sio2混合物的玻璃微珠，或者涂有tio2的-al2o3所构成。

作为本发明进一步的方案：所述等离子体光催化反应器内部的光催化层被金属网所包绕。

作为本发明进一步的方案：所述等离子体光催化反应器的主体由石英所构成。

作为本发明再进一步的方案：通过电源向等离子体光催化反应器提供的能量密度范围为从140至680j/l。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明把紫外线和介质阻挡放电等离子体一同作为光催化反应的光源使用，根据本发明等离子体光催化复合处理装置，可以增加光催化反应效率的同时，抑制等离子体反应的副反应，有效地连续性处理高浓度及大量的挥发性有机化合物，继而还可以获得光催化反应和等离子体反应的协同效果。

附图说明

图1a为本发明一实施例的挥发性有机化合物处理装置的示意图，图1b为把位于所述处理装置内部的等离子体光催化反应器，与气体流入口及流出口一起绘示的示意图，

图2为实施例1中所使用的挥发性有机化合物处理装置的整体示意图，

图3为实施例1、对比例1及2的苯处理过程中，表示时间对应转换率(％)的变化图表，

图4为实施例1、对比例1及2的苯处理过程中，出现最大转换率后再过20分钟时，所获得反应产物的分布图(mol％)，

图5为实施例1中改变光催化剂用量时，表示时间对应转换率(％)的变化图表。

图中：10-储气罐、12-质量流量控制器(mfc:massflowcontroller)、14-挥发性有机化合物注入器、16-阀门、18-h2o注入器、20-混合罐、22-电源、24-流速测定仪、26-取样阀门/水分计、28-除湿器、30-气相色谱分析仪(gc)、100-处理装置、101-气体注入口、102-气体排放口、200-紫外线灯、300-等离子体光催化反应器、310-金属线、320-绝缘体、330-主体、340-金属网、350-光催化层、360-气体流入口、370-气体流出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种挥发性有机化合物处理装置，其包括以下结构：

本体，配有挥发性有机化合物气体注入口和处理后气体排放口；

等离子体光催化反应器，设置在本体内，配有气体流入口和流出口的管型反应器内，设置光催化层及等离子体发生手段，所述的气体流入口与所述本体的挥发性有机化合物气体注入口相通；以及

紫外线灯，位于所述本体内相邻等离子体光催化反应器的位置，向光催化层照射紫外线。

并且，本发明提供利用所述处理装置的挥发性有机化合物处理方法：挥发性有机化合物气体注入口供应挥发性有机化合物，使其流入等离子体光催化反应器内部并完成初步净化处理后，再把流出的气体利用紫外线灯进行二次净化处理。

以下，对本发明进行详细说明。

图1a绘示了本发明处理装置的一实施例，图1b绘示了位于处理装置内部并且具有气体流入口及流出口的等离子体光催化反应器的一实施例。本发明等离子体光催化复合处理装置的特征在于，把紫外线灯和介质阻挡放电(dbd,dielectricbarrierdischarge)等离子体一同作为光催化反应的光源使用。

如图1a所示，根据发生等离子体光催化复合反应的本发明处理装置100包括，配有挥发性有机化合物气体注入口101及处理后气体排放口102的本体、本体内部的等离子体光催化反应器300及紫外线灯200。

并且，如图1b所示，设置在处理装置100本体内的本发明等离子体光催化反应器300配备管型反应器主体330，其设有气体流入口360及气体流出口370，并且与所述本体的挥发性有机化合物气体流入口101相通，主体内包括光催化层350及等离子体发生手段。等离子体发生手段最好配有金属线310，其一侧末端与电源相连，并且贯穿光催化层350。最佳为，金属线310贯穿光催化层350的中央部分，金属线310的气体流出口370对侧末端向等离子体光催化反应器300的外部突出，并与电源相连。并且，等离子体光催化反应器300，还包括主体330内包绕光催化层350的金属网340，可以有效产生等离子体，另外向外突出的金属线310侧的主体330末端还包括绝缘体340。

设置在处理装置100本体内的紫外线灯200，其位于与所述等离子体光催化反应器300相邻的位置，并对光催化层350照射紫外线，为了便于更换灯泡，可以把处理装置100上方及下方盖子做成螺丝形式，可在盖子内侧安装紫外线灯200。把所述的等离子体光催化反应器300和紫外线灯200分别装在处理装置100本体内时，其数量可以不止1个。

根据本发明，通过挥发性有机化合物气体注入口101注入的挥发性有机化合物气体，通过气体流入口360流入等离子体光催化反应器300内部，流经光催化层350时，通过等离子体光催化复合反应初步地完成净化，之后从气体流出口370流出，经过相邻于等离子体光催化反应器300的紫外线灯200并完成二次净化，之后通过处理后气体排放口102排放。根据所述等离子体光催化复合反应，通过放电可以生成比普通离子或分子具有更高动能的电子，这些电子通过与周围污染物质冲突对分子进行解离(dissociation)，从而生成反应性强的自由基或次级电子(secondaryelectron)。所有这些反应机制在常温均可行。

包绕部分等离子体光催化反应器300主体内壁的金属网340内，填充光催化层350，其可以采用涂有tio2和sio2(粘合剂)混合物的玻璃微珠或者涂有tio2的-al2o3，而且光催化剂用量可根据需要适当调整。等离子体光催化反应器300的管型反应器，即主体330可以采用石英制成。金属线310及金属网340只要是导电性金属均可以使用，但通常使用最常见的铁丝及铁网，绝缘体320只要是绝缘性物质均可以使用，但通常使用聚四氟乙烯。通过金属线310与处理装置100相连的外部电源，交流高压放大器比较合适，通过电源向等离子体光催化反应器300提供最佳为从140至680j/l范围的能量密度(sie,specificinputenergy)。

如上所述，本发明把紫外线和介质阻挡放电等离子体一同作为光催化反应的光源使用，即通过利用本发明等离子体光催化复合处理装置，可以增加光催化反应效率的同时，抑制等离子体反应的副反应，同时本发明提供了有效地连续性处理高浓度及大量挥发性有机化合物的方法。根据本发明装置及方法，还可以获得光催化反应和等离子体反应的协同效果。

以下，根据下列实施例对本发明进一步详细说明。但是，以下实施例仅仅为了解释本发明，本发明范围并非由此受限。

(实施例1)

利用如图1a及图1b所示的处理装置，以及如图2所示的系统，处理了国内涂层工艺中所排出的苯气体。

如图1所示，挥发性有机化合物(苯气体)从注入器14排出后，其流速被质量流量控制器(mfc:massflowcontroller)12及阀门16所控制，并流入处理装置100，在处理装置100内通过等离子体光催化复合反应完成处理以后，送至气相色谱分析仪进行成分分析。此时，为了增加使反应活化的oh自由基的量，利用h2o注入器18在混合罐20内将h2o和苯气体按1:10的体积比混合，并把该混合物以的流速流入处理装置100内(纯苯浓度：约100ppm水准)。苯气体流经的连接管维持30℃以上温度，以防止苯气体浓缩。

处理装置100内并排安装2个等离子体光催化反应器300，等离子体光催化反应器300的光催化层350是经tio2涂层的γ-al2o3，以填充剂的全部重量为标准，tio2光催化剂的用量为1.5重量％，金属线310为1mm直径的铁丝，金属网340为铁网，反应器主体330为石英，而且绝缘体320由聚四氟乙烯制成。紫外线灯200，将28wuv-a灯分别在处理装置100的上方及下方盖子处安装了3个。

将交流高压放大器作为电源22使用，并把等离子体光催化反应器300内的能量密度(sie,specificinputenergy)设成140j/l。对苯气体处理了90分钟，并通过气相色谱分析仪的成分分析，测定了苯气体的转换率。

(对比例1)

利用等离子体相关的传统的挥发性有机化合物处理装置，按照与上述实施例1相似的条件(苯气体流速：能量密度:140j/l)对苯气体处理90分钟，之后通过气相色谱分析仪的成分分析，测定了苯气体的转换率。

(对比例2)

利用光催化剂相关的传统的挥发性有机化合物处理装置，按照与上述实施例1相似的条件(苯气体流速：使用1.5重量％的涂有tio2的γ-al2o3)对苯气体处理90分钟，之后通过气相色谱分析仪的成分分析，测定了苯气体的转换率。

图3绘示了所述实施例1、对比例1及2的苯处理时，时间对应转换率(％)的变化图表，图4绘示了出现最大转换率并经过20分钟后，所获得的反应产物分布图(mol％)。

如图3所示，使用本发明装置的实施例1，其苯转换率最高可达50％，相比仅使用等离子体的对比例1，增加了约10％左右，而仅使用光催化剂的对比例2，表现出明显低于上述两种情况的转换率。

而且，如图4所示，在实施例1中，如co2等完全氧化方式为目的的处理产物量，以碳平衡(carbonbalance)为标准将近生成50mol％，而苯酚2等副产物的产量极少，相反，在对比例1中大量生成副产物，在对比例2中大部分苯尚未经过光催化反应而直接被排放。

(参考例1)：对比例1中的能量密度变化

在所述的对比例1中，将等离子体生成条件的能量密度分别调整为140、300及680j/l，并通过气相色谱分析仪分析了经过20分钟后所获得的反应产物。在任一情况下，由于各种副反应，作为最终产物大量生成了碳化氢副产物。

(参考例1)：实施例1中的光催化剂用量的变化

将所述实施例1中的光催化剂的用量调整为填充剂总重量的0、1.5、3及5重量％，并观察了时间所对应的转换率(％)变化，将转换率变化图表在图5中显示。

根据图5可以确认，不同光催化剂用量所对应的苯分解活性变化不大，其说明暴露于表面并参与反应的光催化剂的量比较一致。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。