[发明专利]一种光催化降解挥发性有机污染物的装置

说明书

本发明公开了一种光催化降解挥发性有机污染物的装置，反应釜壳体距底端1‑2cm处开设斜向进入的进气口，距顶端1‑2cm处开垂直出气口，进气口和出气口的直径均设置为0.5‑1.0cm，壳体的中心位置放置功率为6‑10W，波长为254nm的紫外灯，壳体内部距离光源5‑10cm距离呈圆周放置筒形的光催化剂膜层。生物炭/TiO₂光催化剂固定于高孔隙度的泡沫镍上，增大了活性表面积，生物炭负载二氧化钛有利于挥发性有机污染物的捕获。光催化剂对于紫外光源呈圆周分布，提高了光利用率。进气口呈斜向安装，使得气体在反应器内部呈螺旋上升运动，有利于有机污染物与光催化剂接触，提高了传质效率。

技术领域

本发明属于挥发性有机污染物净化与控制技术领域，具体涉及一种光催化降解挥发性有机污染物的装置。

背景技术

过滤和吸附是传统空气净化使用的工艺，该工艺存在容量饱和的问题，需要频繁更换组件，对使用带来不便。半导体光催化技术具有无毒、能耗低等优势，在光催化降解环境中污染物过程中具有无选择性、反应速度快、能把有机污染物完全矿化等优点。因此，二氧化钛光催化技术已成为控制大气挥发性有机物污染的重要发展方向，但是，二氧化钛光催化剂存在吸附性能差、与污染物分子接触几率小、对光能利用率低等困难，阻碍了二氧化钛光催化技术在气体净化工业生产中的应用。光催化反应器作为光催化反应的主体设备决定了纳米催化剂活性的发挥和对光的利用，也直接影响纳米光催化反应的效率。目前研究的纳米材料光催化反应器主要包括膜式反应器、粉体悬浮式反应器和固定床式反应器等，但它们均存在一定的缺陷：膜式反应器不但存在纳米材料的涂层厚度和均匀性影响光催化性能的问题，而且还存在纳米薄膜对气体中的污染物吸附作用不够的问题；粉体悬浮式反应器需要对纳米粉体进行回收，而回收不完全会导致二次污染，同时该反应器对大气污染物的处理效果不佳；固定床污染物反应器要求污染物浓度很低，而且占地面积很大。因此，开发高效的负载型光催化反应器是提高大气挥发性污染物净化效率的关键环节。

发明内容

针对现有技术中存在的大气挥发性污染物净化效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种光催化降解挥发性有机污染物的装置及催化剂的制备方法。

本发明采取的技术方案为：

一种光催化降解挥发性有机污染物的装置，包括反应釜壳体，壳体距底端1-2cm处开设斜向进入的进气口，距顶端1-2cm处开垂直出气口，进气口和出气口的直径均设置为0.5-1.0cm，壳体的中心位置放置功率为6-10W，波长为254nm的紫外灯，壳体内部距离光源5-10cm距离呈圆周放置筒形的光催化剂膜层。该装置内部的气流运动是螺旋上升式，保证了挥发性有机污染物分子与催化剂膜层的充分接触。催化剂圆周布置提高了光的利用率，催化降解挥发性有机污染物效果优于平板反应器。

所述光催化剂膜层的制备方法包括如下步骤：

(1)制备生物炭/TiO₂光催化剂：将生物炭加入到异丙醇中，超声分散，生物炭和异丙醇的质量mg：体积ml比为1:(2-3)，边搅拌边缓慢滴加异丙醇体积10％-50％的钛酸四丁酯，搅拌状态下，滴加盐酸控制pH值为2.0，并加入适量的去离子水，搅拌混合后得到的混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，密封，于恒温箱中150-180℃处理8-12h，冷却至室温，干燥备用；该工艺充分利用了生物炭的多孔结构，把TiO₂固定于生物炭的孔隙中，提高了负载量，增加了活性位点。此外，生物炭表面分布着酚羟基、羧基和酸酐等多种基团，对挥发性有机污染物分子具有较强的吸附能力，结合TiO₂的光催化氧化能力，能够有效的降解大气中的挥发性有机污染物分子。本工艺与已有方法相比，不需要进行高温煅烧，更加节约能源。