[发明专利]一种声光耦合环隙光催化流化床降解VOCs装置

说明书

技术领域：

本发明属于气固流化床反应器领域，涉及一种声光耦合环隙光催化流化床降解VOCs装置，适于处理居室、写字间、大型超市、隧道等场所VOCs气态污染物的装置。

背景技术：

美国环保署(EPA)关于室内空气品质(Indoor air quality，IAQ)的一系列长期调查结果显示，在许多民用和商用建筑中，污染物的浓度水平是室外浓度的数倍至十倍，在新的建筑中甚至超过100倍，然而现代人平均有90％的时间在室内度过，这表明室内空气质量对人类健康的影响远较室外空气重要。1987年，美国EPA证实了室内空气污染是最大的环境危机之一。因此，IAQ问题引起了广泛的关注，已经成为建筑环境领域内的一个研究热点。目前，引起IAQ恶劣的主要原因有两个：一是通风量的不足，20世纪初，人们已开始采用通风的方法来改善室内空气环境，后来制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的室内环境，但由于70年代的全球能源危机，使得制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节，节能措施之一就是减少入室新风量；二是合成建筑材料和装修材料的大量使用，20世纪70年代以后，化工和材料工业迅速发展，出现了大量的人工合成材料作为建筑材料和装修材料，而这些材料会释放有害气体如甲醛、苯、甲苯、乙醇和氯仿等，室内空气环境的恶化导致建筑内的人们有不舒适的感觉，头晕、烦躁、恶心甚至产生疾病，已经引起了以下三种主要病症：病态建筑综合症(SBS)、与建筑有关的疾病(BRI)以及多种化学污染物过敏症(MCS)。

对室内环境的清化，传统的处理技术如吸附、通风、过滤、燃烧等对这些低浓度污染物处理存在费用颇高或效果欠佳等问题。光催化技术是一种利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化成H₂O、CO₂等小分子的高级氧化技术，该技术具有反应条件温和，设备简单，易于操作，且对低浓度污染物或气相污染物有很好的去除效果等优点；另外，具有催化剂材料易得，运行成本低，可利用太阳光作为催化光源等优点，是一种非常有前景的污染治理技术。光催化流化床反应器是将光催化技术嫁接在流化床反应器上而设计的一种新型反应器，与传统的光催化板式结构或整体式结构反应器相比，具有光照面积大，反应物与催化剂颗粒表面接触效果好，传质效率高，催化剂可循环利用等优点，因此具有较高的气体污染物去除率。催化剂颗粒的可再生性，提高了反应器的使用价值，但是纳米二氧化钛催化剂属Geldart C类颗粒，存在强烈的范德华作用力，导致颗粒流化时产生严重的颗粒团聚和沟流现象，甚至难于流化。为了克服气固两相间接触较差的状况和稳定流态化，采用振动场、磁场或声场辅助流化，以破碎颗粒团聚和消除沟流，实现C类粘附性颗粒的稳定流化。同时，外场还可以减小颗粒的最小流化速度和颗粒的扬析量。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种以低浓度VOCs与空气混合气作为流化气体，紫外灯安装于流化床的轴线，利用声场破碎纳米光催化剂颗粒团聚，强化光催化环隙流化床反应器的紫外光、反应物和催化剂的有效接触，达到催化反应器连续、高效降解多种室内VOCs的效果；提供一种声场与光辐照耦合气固光催化环隙流化床降解VOCs的装置，以实现居室、写字间、大型超市等场所气态污染物的处理，不会造成二次污染，解决了光催化板式结构、管式结构和整体式结构反应器的光照面积小，传质效率低的瓶颈问题，改善传统流化床中纳米催化剂颗粒流化存在的沟流、扬析严重、操作气速高和耗能大甚至难以流化等技术问题，通过优化床层高度、气体流量和声场的频率和声压级以及其他操作参数(气体湿度、污染物的浓度和种类、光强、气流入口分布孔尺度、催化剂的用量和粒度)，实现气态污染物的去除效果。