家具生產中VOCs廢氣治理—光解光催化技術

導讀:
針對影響UV光催化處理效果的主要因素,我們不能盲目夸大UV光催化處理的效果,它只是處理低濃度大風有機廢氣比較簡易低成本的方法,但是非終極手段,合理有效組合吸附技術、微生物等方法,也是一條好的途徑。

加快推進工業涂裝VOCs治理力度。全面推進汽車、木質家具、船舶、工程機械、鋼結構、卷材等制造行業工業涂裝VOCs排放控制,在長株潭地區還應加強其他交通設備、電子、家用電器制造等行業VOCs排放控制。推廣先進工藝,實施低VOCs涂料替代工程。全面實施《表面涂裝(汽車制造及維修)揮發性有機物、鎳排放標準》(DB43/1356-2017)、《家具制造行業揮發性有機物排放標準》(DB43/13552017)等揮發性有機物排放地方標準。

VOCs在紫外線照射下可與大氣中的NOx發生光化學反應,產生O3等二次污染物;同時,VOCs可與大氣中的顆粒物作用形成二次有機氣溶膠,嚴重威脅著人類生存環境的健康發展。光解光催化技術因具有占地面積小、應用范圍廣、運行成本低、設計投資少、不產生二次污染等優勢已被廣泛應用在工業VOCs廢氣治理中。為了進一步提高光解光催化技術在具體工業VOCs廢氣治理中的處理能力,必須在光解光催化設備設計中對關鍵影響因素加以重視和控制。

一、光解催化凈化

光解催化凈化設備主要由光解技術和催化氧化技術組合而成。催化氧化技術是在設備中添加納米級活性材料,在紫外光線的作用下,產生更為強烈的催化降解功能。由于作為催化劑的TiO2價格低廉,來源廣泛,對紫外光吸收率較高,抗光腐蝕性北學穩定性和催化活性高,且沒有毒性,對很多有機物有較強的吸附作用,因而成為各類試驗研究中最常用的光催化劑。為了提高催化劑的活性和適應不同類型的廢氣處理,也經常添加一些貴金屬鉑、鈀、釕和過渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物等作為催化劑。貴金屬催化劑有很高的氧化活性和易回收等優點,但是存在資源稀少、價格昂貴和耐中毒性差等一些缺點,目前是世界各國采用的主要催化劑類型。復合氧化物雖可改善某些光催化性能,但氧化活性仍不及貴金屬。大多數揮發性的有機化合物在這種紫外光能和納米活性催化氧化的共同作用下,能在2-3秒時間內被充分降解,光解催化氧化技術對揮發性有機廢氣污染物具有較高的去除效率,具有如下特點:

(1)廢氣凈化的徹底性:UV光觸媒是分解污染物而不是吸附污染物,發生的是質變而不是量變,對污染物具有不可逆的分解;

(2)廢氣分解的廣泛性:UV光催化氧化幾乎對所有的細菌、病毒和有機污染物起到強效分解作用,特別是對人們不易感知的細菌和病毒進行徹底分解;

(3)無二次污染:UV光催化氧化的最終產物是二氧化碳和水,對人體無害,不會產生類似消毒劑對環境產生的二次污染。

對于光催化的核心問題催化劑性能,需要采取一些新的措施,比如制備大孔徑、大比表面積、高抗沖擊性能且不影響催化活性的催化劑載體,改進廢氣凈化裝置的空間結構,拓展TiO2光催化劑薄膜的光照應用范圍,進一步提高復合型催化劑性能,重點研制新型催化劑及如何防止催化劑的失活和中毒等。

光催化反應面臨的問題主要有催化劑失活、反應動力學常數較小、不可預測的反應機理等,同時濕度能抑制光催化速率,尤其是有機廢氣濃度較大時,這種影響更為明顯,因此限制了光催化技術在處理濕度較大的廢氣方面的應用。由于納米材料本身對有機物具有氧化作用,納米材料與粘結劑的耐光催化性、載體的催化活性包括失活后的再生問題及膜的牢固性仍然是光催化技術的關鍵技術難題。

二、光解光催化降解模型

金潔環保建立了國內首套光解光催化工業VOCs降解模型,為具體應用環境提供理論和設計依據。以VOCs工程技術中心為依托,采用直通式測試艙模擬數千風量、數百ppm濃度、不同濕度、不同氧濃度、不同陣列排布的各種VOCs氣體的降解性能,形成了豐富的工藝數據庫,為指導復雜工況條件下的VOCs處理系統設計提供了基礎依據。

家具生產中VOCs廢氣治理—光解光催化技術

三、光解光催化箱體設計

采用Ansys Fluent 6.0軟件對VOCs降解模型流場進行空氣動力學模擬,確定空氣動力學的合理性,并且確定空氣停留的時間

家具生產中VOCs廢氣治理—光解光催化技術

圖2為加入光催化材料后,光催化模塊在入口流量5000m3/h、150°C時的動力學模擬結果,通過速度、渦流等流場特性,證明在第一排光催化材料前形成了較為均勻的速度場和密度場,氣流穿過第一排光觸媒網后均勻向后流動。

四、濕度的影響

濕度對光催化的協同凈化能力既有促進作用又有負面作用,在多相光催化技術實際應用過程中,只有控制適宜的濕度,才能保障光解光催化技術在廢氣凈化領域快速、高效且安全地應用。

五、溫度很重要

家具生產中VOCs廢氣治理—光解光催化技術

環境溫度影響紫外燈功率的輸出,也意味著將影響紫外燈的光密度,進而影響光解和光催化效率。

結論

針對影響UV光催化處理效果的主要因素,我們不能盲目夸大UV光催化處理的效果,它只是處理低濃度大風有機廢氣比較簡易低成本的方法,但是非終極手段,合理有效組合吸附技術、微生物等方法,也是一條好的途徑。在正確使用uV光催化的處理過程中,幾個主要因素都是設備制造商必須綜合考,另外在自動化方面、如何智能檢測廢氣濃度的變化以適時調節工業廢氣凈化設備的運行工況,提高凈化效率,如何利用正交試驗等獲得工業廢氣處理的最佳組合方式,解決一些關鍵技術問題,如UV光解的催化劑實驗和U燈最佳效能分析、低溫等離子的電源選擇、微生物培育、微納米氣泡發生器研制等,研制出能被市場廣泛接受工業廢氣處理裝備和檢測方法。

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