华钛高科-光解光催化法处理工业VOCs降解模型实验研究

光解、光催化降解工业光解、光催化降解工业VOCs模型研究模型研究于丽1李宇展1王朋1范江峰1邱文丰2王凌珉1（1.北京华钛高科科技有限公司，北京100176；2.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏苏州215123）摘要摘要采用光解或/和光催化法研究了直通式测试舱模型对VOCs的降解情况，该测试舱模型主要由气体发生器、光解模块、光催化模块、风机系统等组成。本文先对直通式测试舱降解模型的空气动力学进行模拟，然后分别处理甲苯为120ppm浓度时，不同光解强度、不同光催化网排布、不同湿度条件下的甲苯降解情况。实验结果表明：在风量1000m3/h、甲苯浓度120ppm条件下，在光解强度为5.1KW、光催化5层（1.44m2）、光催化强度为7.2KW时，甲苯的降解率最高，可达85%。关键词关键词光解、光催化模型甲苯降解ExperimentalstudyonphotolyticandphotocatalyticmodelforindustrialVOCsdegradationAbstract：Photolyticor/andphotocatalyticmodelwasusedtostudyVOCsdegradation，whichisconsistedofgasgenerator，photolyticmodule，photocatalyticmoduleandtheelectricfan.Aerodynamicssimulationwasmade，andthensomefactors，suchaslightintensity，gashumidityandphotocatalyticarrangementsfortoluenedegradationweredetected.Theresultsshowedthatthedegradationefficiencyoftoluenewasobtainedabout85%whenthereactionconditionwas:airvolume1000m3/h，tolueneconcentration120ppm，lightintensity5.1KW，photocatalyticarrangementswas5rows(1.44m2，7.2KW).KeyWords:Photolyticor/andphotocatalyticmodel;toluene;degradation前言前言近年来，我国环境问题突出，大气污染形势日益严峻，有机废气（VOCs）的排放成为大气污染最严重的污染源之一[1,2]。VOCs是可挥发性有机物的统称，主要包括非甲烷总烃、含氧有机化合物等有机化合物。在紫外线照射下VOCs与大气中的NOX反应，产生臭氧等二次污染物，造成光化学污染[3]。其中，正己烷、庚烷和辛烷会影响人的中枢神经系统[4]，多环芳烃[5]和含氯有机物具有致癌、致畸和致突变性。苯系污染物具有排放量大、污染面广、难降解等特点，对人体健康和环境造成严重危害，因此，从源头上控制VOCs排放势在必行。工业有机废气的处理技术主要包括热破坏法、活性炭吸附、光氧化、等离子体、生物降解等。由于不同企业排放的VOCs成分、浓度、温度等存在较大差异且波动范围较大，导致现有技术处理效果不佳，难以达到国家排放标准的最低要求[6-11]。光催化技术因具有占地面积小、应用范围广、运行成本低、投资少、不产生二次污染等优势而成为具有应用潜能的VOCs处理技术。Fujishima[12-14]研究了TiO2膜的光催化行为、光致双亲性O2-的产生、失活及TiO2的表面吸附作用等。Blake[15]列出了300多种可光催化降解处理的有机化合物，现已证明多种有机废气均能通过光催化进行降解。光催化技术以纳米二氧化钛光触媒为原料，以紫外光为能源，激发价带上的电子（e-）跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴（h+），生成具有极强氧化作用的活性氧和羟基自由基，将有机废气氧化分解成CO2和H2O，达到分解有机废气的目的。目前对光解、光催化降解模型的研究较少，本文从对流场模拟的空气动力学结果出发，建立了光解、光催化的降解模型，并研究了甲苯的光降解效率。1实验部分实验部分1.1主要实验原料与材料主要实验原料与材料甲苯（分析纯）；UV紫外灯（波长分别为185nm和254nm），由佑威光电提供；光催化材料（高效光触媒泡沫镍），由华钛自主研发。1.2光解、光催化模型与实验装置光解、光催化模型与实验装置光解、光催化降解模型主要由气体发生器、混流装置、光解模块、缓冲箱、光催化模块等部分组成，具体工艺流程和降解设备模型如图1-1、1-2所示。图1-1直通式测试舱流程图图1-2直通式测试舱主要模块1.3检测与分析方法检测与分析方法采用美国华瑞MiniRAELite-PG