一种基于光催化技术的实验室气体净化装置

本技术是一种基于光催化技术的实验室气体净化装置。

背景技术：

1、近几年，随着雾霾状况加剧，大气污染逐渐进入公众视野，大气污染来源复杂，不仅限于工业污染，高校教学和科研实验室同样也“贡献”了一部分污染，实验室排放废气中主要污染物为挥发性有机化合物(vocs)。

2、挥发性有机化合物(vocs)是熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称。它是局部环境的主要污染物，可以形成二次气溶胶，引发雾霾等。实验室排放废气中主要污染物为vocs，目前实验室主要采用活性炭吸附技术，但活性炭易吸附饱,且饱和后危废处理也是一个问题。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本实用新型的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种基于光催化技术的实验室气体净化装置。

2、一种基于光催化技术的实验室气体净化装置,包括进气机构、反应机构、排放机构和自动监测控制系统，其中，进气机构用于将含有vocs的气体送入反应机构，反应机构用于净化送入的气体，排放机构用于将净化后气体排放，自动监测控制系统用于对光催化剂核心的性能和vocs气体进行检测并对各个机构进行控制；

3、反应机构包括箱体，箱体内至少设有三组净化结构，每组净化结构包括至少一个吸附催化剂层和至少一个紫外线灯管层，吸附催化剂层为由多个吸附催化剂颗粒组成的蜂窝状结构，吸附催化剂颗粒包括吸附外壳和光催化剂核心，吸附外壳包裹在光催化剂核心外侧，吸附外壳用于将气体中的vocs吸附住，光催化剂核心外侧用于将vocs降解，紫外线灯管层有多个紫外线灯管组成，紫外线灯管层用于为光催化剂核心提供反应条件。

4、工作原理：短波长紫外线光子能量高于大多数污染物质分子内部化学键的键能，所以可以通过紫外线光子对分子化学键的作用直接使其断裂，从而达到分解的目的。此外，基于同样的原理，185nm的紫外线还可以将空气中的氧气和水蒸气转化成原子氧和活性羟基(ho·)，这两种产物同样可以与污染物质分子产生化学反应，起到分解降低废气污染物浓度的作用，其基本反应原理可以用下面的反应式描述：

5、vocs+hv→co2+h2o；

6、光催化技术作为复合高级氧化技术的一种，是指光催化剂在光的照射下，通过把光能转化为化学能，使催化剂具有很强的氧化能力，可氧化分解各种有机化合物。

7、光催化氧化反应机理：

8、o2+e-→o2(活性氧)

9、o2-+2h2o+e-→h2o2+2oh

10、h2o2+e-→·oh+oh

11、h++h2o→h++·oh

12、h++oh-→·oh；

13、基于上述特性，通过耦合光解过程与光催化过程，利用光激发产生的活性氧与吸附催化剂所吸附的vocs，在吸附剂限域空间内，进行高效的氧化过程，使有机污染物终生成v。这与催化燃烧过程在化学机理上是一致的，但其反应温度在100℃以下；

14、本实用新型将具有吸附功能的材料作为外壳包裹在光催化材料的外面，在气体进入箱体后，经过吸附催化剂层时，吸附外壳将气体中的vocs和活性氧物质吸附住，在紫外线灯管的照射下，光催化剂核心发挥催化作用，分解vocs并生成co2和h2o，而吸附外壳上的vocs被降解后，吸附外壳可以再次将气体中的vocs吸附，从而使吸附催化颗粒中的材料重复使用，避免频繁更换。

15、为了保证吸附性，吸附外壳为陶瓷分子筛，陶瓷分子筛安全性高且再生性也好，光催化剂核心为氧化钛，氧化钛在常温便可以进行深度净化，且绿色环保。

16、反应系统由uv灯管及吸附催化剂模块组成，灯管的布置、数量以及吸附催化剂的排布对此设备的净化效果起着决定性的作用，这也是本反应系统的反应原理所在。所以，在设计制作的过程中需要根据实际情况包括处理气体的种类、浓度、风量，对uv灯管与吸附光热催化剂的布局及数量进行相应的调整，才能保证此设备发挥出应有的效果以达到检测要求。

17、在气体经过吸附催化剂前，先进性预处理可以使后续的净化效果更好，箱体的进口处设有过滤层，在氧化反应中，有可能会生成臭氧，因此箱体的出口处设有臭氧净化层。

18、自动监测控制系统包括镇流器、交流接触器、控制开关组成以及plc控制器、pic单片机控制器以及人机交互界面组成，通过pic单片机控制器控制气体中vocs的含量、气体的湿度和压力以及风机的风速，通过plc控制器控制净化结构中的紫外线灯管，在设计制作的过程中，考虑实际情况及使用成本，将此设备设计成多组控制，在保证净化效率的同时，根据需要处理的气体种类浓度及流速选择多组或单组运行，使用过程中更加节能环保。

19、有益效果：本实用新型通过将吸附材料包裹在光催化材料外侧形成吸附催化剂层，在紫外线照射下，气体经过时，吸附外壳会将气体中的活性氧化物质和vocs吸附住，快速降低废气中vocs浓度，使经过的气体达到排放标准，在通过吸附外壳内的光催化剂核心将吸附的vocs降解称水和二氧化碳，解放吸附外壳，使吸附外壳可以循环往复运用，降低成本，且保证净化的气体达到排放标准，以下是关于不同vocs的去除效果：

20、

技术特征：

1.一种基于光催化技术的实验室气体净化装置,其特征在于，包括进气机构、反应机构、排放机构和自动监测控制系统，其中，所述进气机构用于将含有vocs的气体送入反应机构，所述反应机构用于净化送入的气体，所述排放机构用于将净化后的气体排放；

2.根据权利要求1所述的一种基于光催化技术的实验室气体净化装置，其特征在于，所述的吸附外壳为陶瓷分子筛，所述的光催化剂核心为氧化钛。

3.根据权利要求1所述的一种基于光催化技术的实验室气体净化装置，其特征在于，箱体的进口处设有过滤层，箱体的出口处设有臭氧净化层。

4.根据权利要求1所述的一种基于光催化技术的实验室气体净化装置，其特征在于，所述的自动监测控制系统包括镇流器、交流接触器、控制开关组成以及 plc控制器、pic 单片机控制器以及人机交互界面组成，通过pic单片机控制器控制气体中vocs的含量、气体的湿度和压力以及风机的风速，通过plc控制器控制净化结构中的紫外线灯管。

技术总结
本技术公开了，一种基于光催化技术的实验室气体净化装置,包括进气机构、反应机构、排放机构和自动监测控制系统，其中，所述进气机构用于将含有VOCs的气体送入反应机构，所述反应机构用于净化送入的气体，所述排放机构用于将净化后的气体排放，所述自动监测控制系统用于对光催化剂核心的性能和VOCs气体进行检测并对各个机构进行控制。

技术研发人员：尹盛,薛敏,尹培远,朱青琳,李青山,李宇祥
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：20230517
技术公布日：2024/1/15