[发明专利]一种利用太阳能及金属氧化物吸附处理废气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能以及金属氧化物吸附处理废气的方法，尤其是涉及一种利用太阳能作为吸附废气所需要的能源、以金属氧化物为吸附剂、通过吸附脱附作用处理废气的方法，为节省有限资源利用、处理工业废气和汽车废气污染问题提供了一种新方法和新途径。

背景技术

汽车、火车、飞机、轮船是当代的主要运输工具，它们烧煤或石油产生的废气也是重要的污染物。特别是城市中的汽车，量大而集中，排放的污染物能直接侵袭人的呼吸器官，此外，工矿企业在生产活动中也会产生大量的废气，其主要污染物是：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等气体。它们对环境的污染主要表现为产生温室效应、破坏臭氧层、产生酸雨、黑雨等现象。对人体的危害主要表现为造成各种疾病，严重损害呼吸系统，并且具有很强的致癌性。现代社会中由于汽车尾气及工业废气对环境污染越来越严重，人们已经逐渐认识到汽车尾气及工业废气中NO的处理在实用上的价值及其重要性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可再生能源和金属氧化物吸附脱附作用处理废气，主要是处理废气中的NO，从而为解决实际气体污染问题的提供新途径和方法。

本发明的上述目的主要是通过下述技术方案得以实现的：用高纯度过渡氧化物粉末作为吸附剂，以废气作为吸附质，以太阳能为活化能源，通过吸附、脱附在工业生产中产生的废气，进行空气净化，除去空气中的废气CO和NO。

具体操作过程为：

本发明所用设备为一密闭空腔，其上设有真空抽气系统和温度控制系统，首先将高纯度金红石型结构的过渡金属氧化物粉末压制成直径1cm圆薄片，放入密闭空腔中，操作抽气系统达到超高真空1.06×10^-6Pa～1.96×10^-6Pa，调节温度控制系统使密闭空腔升温到150℃～700℃，并保温2到3小时后，再冷却到室温；操作测量系统向密闭空腔中通入含有NO的废气，再将容器抽真空至1.06×10^-6Pa～1.96×10^-6Pa，调节温度控制系统使密闭空腔升温，经20分钟～40分钟使高纯度过渡氧化物薄片温度达到150℃～700℃，再冷却到室温，排出密闭空腔中气体即可。

本发明的理论依据为：过渡金属氧化物含有d轨道，能与吸附气体的轨道发生相互作用。在真空中高温加热时，TiO₂表面氧原子列中产生氧原子空位(X)。由于这些氧原子空位的存在并作为反应活化点，可使TiO₂晶体表面能够吸附各种气体。TiO₂不均匀表面能够造成台阶和位错分布，气体原子会沉积到台阶，因为在这样一些位置上所形成的键要比均匀表面所形成的要稳固。另外位错的表面原子活性大，更容易受到碰撞，活性原子失掉后，它的临近的原子就变得不稳定了，因而受到碰撞。吸附就是需要台阶的额外结合力和位错的活性原子碰撞来引起相互作用。TiO₂晶体表面的氧原子空位多半产生在台阶和位错之中，因此，在TiO₂晶体表面能够吸附气体原子。本发明实施过程中，TiO₂薄片吸附了气体分子NO，NO中的氧原子与TiO₂薄片中的氧空穴相互作用，对TiO₂薄片二次加热，可使气体分子中氧原子留在孔穴之中，N与N相结合N₂分子排出N₂气体，吸附在TiO₂薄膜表面的分子在升温时按结合力由弱至强顺次热脱附出N₂使容器内部分压强发生变化。在此基础上，再对容器进行抽真空，降到室温，导入废气进行吸附和脱附气体，即可完成废气处理，达到净化环境的目的。

本发明采用的过渡金属氧化物金红石型二氧化钛(TiO2)具有立方结构，Ti的离子配位数为6，O的离子配位数为3，TiO2的表面已被证实在热力学上是最稳定的结构。

表1  金红石型结构的TiO₂粉末成分表