[发明专利]石墨烯吸附-蓄热式催化燃烧净化VOCs装置及工艺

说明书

本发明提供了石墨烯吸附‑蓄热式催化燃烧净化VOCs装置，包括废气预处理单元及废气净化单元，废气净化单元内从下至上依次设有连通的燃烧室、石墨烯多孔陶瓷蓄热体及三维介孔石墨烯骨架，燃烧室内设有燃气喷嘴和用于催化VOCs燃烧的第一级石墨烯催化剂，石墨烯多孔陶瓷蓄热体内设有第二级石墨烯催化剂，三维介孔石墨烯骨架内设有VOCs降解催化剂；废气预处理单元经换热管与燃烧室连通，废气预处理单元包括碱性石墨烯净化柱和酸性石墨烯净化柱。本发明还提供了应用上述石墨烯吸附‑蓄热式催化燃烧净化VOCs装置的工艺。本发明的石墨烯吸附‑蓄热式催化燃烧净化VOCs装置及工艺具有净化VOCs效率高，净化VOCs及其中间产物彻底、催化剂不易中毒等优点。

技术领域

本发明涉及挥发性有机物净化领域，具体涉及一种石墨烯吸附-蓄热式催化燃烧净化VOCs装置及工艺。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)，其在常压下的沸点一般为50℃～250℃，在常温下以气体形式存在。按其化学结构的不同，可以进一步分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他类，例如：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

在室外，VOCs主要来自燃料燃烧和交通运输产生的化工、印染、制药、电子等工业废气、汽车尾气、光化学污染等；而在室内则主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具油漆、家用电器、清洁剂的排放等。

挥发性有机物的危害很明显，当居室中挥发性有机物浓度超过一定浓度时，在短时间内人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时会导致抽搐、昏迷、记忆力减退。挥发性有机物伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，其中还包含了很多致癌物质。室内空气被挥发性有机物污染已引起各国重视。中华人民共和国颁布的《民用建筑室内环境污染控制规范》中，室内空气中TVOC的含量，已经成为评价居室室内空气质量是否合格的一项重要项目。在此标准中规定的TVOC含量为Ⅰ类民用建筑工程：0.5mg/立方米、Ⅱ类民用建筑工程：0.6mg/立方米(等同600微克/立方米,600μg/m³,261ppbv或0.261ppm)。

市面上用于控制室内挥发性有机物的方法很多，如活性碳吸附、臭氧法等(宗晓东.VOCs治理技术综述[J].内蒙古石油化工,2018，5：94-96)。有报导称“低温等离子”亦成为解决挥发性有机物的方法之一(赵忠林,郑光,吴江等.低温等离子体对几种常见挥发性有机物的净化性能研究[J].职业卫生与应急救援,2019(2):188-191)。带有大量电子键的光等离子等离子气流具有破坏有机分子的能力，能够迅速中和空气中的挥发性甲醛、甲苯、VOC等气体分子，使之分解成为水和二氧化碳，通过链式反应将污染物彻底分解。此外，光触媒(Photocatalytic oxidation,PCO)对于大部分之室内挥发性有机物有效，且能在室温下将挥发性有机物完全分解成水及二氧化碳，因此成为近年来发展最快且应用最广之室内空气清净技术(赵兰.光触媒对紫外微生物降解VOCs的影响[J].广东化工,2013(1):81-83)。

但上述传统方法在净化效率仍不稳定，一些残留难降解VOCs成分(如苯，二甲苯，甲醛，二氯甲烷、氯苯等含氯有机污染物，苯胺、硝基苯含氮有机污染物等)或中间产物(如NO_x、SO₂、硝胺、亚硝胺等有机污染物降解产物等)较难得到彻底净化；一些净化方法，如低温等离子法成本较高，限制了技术的推广应用。尤其对含大量有机溶剂的VOCs废气时，上述方法在净化效率及安全性上存在瓶颈。