[实用新型]外加直流电压催化降解气相有机污染物的反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及催化降解技术，特别是涉及一种外加直流电压催化降解气相有机污染物的反应器。

背景技术

近年来，环境立法对大气排放水平进行了严格的限制，特别地，有机物污染物的排放引起了广泛的关注。工业“三废”的排放，农药、化肥的过量使用，汽车尾气的排放，城市采暖季节燃料燃烧等，导致有机污染物在环境中广泛分布。土壤、水体中的有机污染物能够在植物体中富集并沿着食物链传播，最终在人体内积累；大气中的有机污染物可以通过呼吸系统直接进入人体，引起过敏、先天缺陷、癌症等疾病，并使免疫系统和生殖器官受损。因此，如何控制有机污染物的产生和排放已成为亟待解决的问题。

目前，有机污染物排放的控制技术主要有吸附技术、生物降解技术、催化降解技术以及等离子体技术等。吸附技术只能实现污染物的转移，常作为一种预处理手段与其它处理方法联合使用。催化降解技术因能实现有机污染物的彻底降解，生成CO₂、H₂O、HCl等无污染产物而成为最有前景的技术之一。但是，目前催化降解技术研究及应用的催化剂普遍存在易失活的缺陷，钠、钾等碱性金属沉积、硫酸铵和飞灰造成的催化剂堵塞、烧结导致的表面积减少、催化剂中毒等都是导致催化剂失活的原因。其中，引起催化剂中毒的SO₂、氯离子等粒子得到了广泛的关注。

催化剂易失活导致催化剂使用寿命偏低，而且催化剂的更换也造成人力物力的浪费。因此，提高催化剂稳定性以保持催化剂的实时活性十分必要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有的技术中的不足，提供一种外加直流电压催化降解气相有机污染物的反应器。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种外加直流电压催化降解气相有机污染物的反应器，包括反应器主体；该反应器主体是铝质的管式反应器，其两端分设聚四氟乙烯套；聚四氟乙烯套的外侧各接有聚四氟乙烯塞，两个聚四氟乙烯塞上分别设进气管和出气管；一根铜电极贯穿管式反应器、两端的聚四氟乙烯套和聚四氟乙烯塞，且与管式反应器的轴线重合；一个负电极与管式反应器相接，负电极和铜电极分别接至直流电源的负极和正极。

本实用新型中，所述负电极接在出气管一侧的管式反应器的端部，并从该侧的聚四氟乙烯套上引出。

本实用新型中，所述聚四氟乙烯套与聚四氟乙烯塞通过法兰连接。

本实用新型中，所述管式反应器的内壁上镀有具备导电能力的导体催化剂层或半导体催化剂层。

本实用新型应用于外加直流电压催化降解气相有机污染物的方法，包括以下步骤：

（1）在所述管式反应器的内表面镀上一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；

（2）将直流稳压电源的导线分别接至所述负电极和铜电极，在0-1000V的工作电压范围内调整直流稳压电源，使管式反应器和铜电极之间形成与铜电极长度方向相互垂直的向外辐射的电场；

（3）将焚烧炉尾气处理装置排出的尾气引入所述进气管，并从出气管排出；通过外加直流电压的方式，使导体催化剂或半导体催化剂带负电，对气相中的有机污染物进行催化降解。

所述具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂是：MnOx/TiO₂-纳米碳管、VOx/TiO₂、VOx-WOx/TiO₂或VOx-MoOx/TiO₂中的任意一种。

本实用新型的实现原理是：

由于催化剂是均匀镀在铝管内表面，从而间接使催化剂带负电；电源正极接位于反应器轴部的铜电极（正电极），使反应器内部形成沿半径向外辐射的电场。含有有机污染物的气流以一定流速由反应器一端通入。催化剂可吸附降解气流中的有机污染物。一方面，外加电压可以提高活性金属在催化剂表面的分散度，促进催化剂薄膜表面电子的定向移动，从而提高催化剂的活性。另一方面，反应器内部形成的由轴沿半径向外辐射的电场，使负离子（如Cl^-，O₂^-）受到指向轴的电场力，削弱反应过程中产生的负离子与催化剂之间的相互作用，使其离开催化剂表面。这不仅可以减少氯离子在催化剂表面的附着，缓解中毒现象，保持催化剂的实时活性，而且可同时促进催化反应过程中生成的具有强氧化性的O₂^-和·OH等自由基团进入空间，增加目标有机污染物分子与O₂^-和·OH等基团在反应器空间内的碰撞几率，提高降解效率。