家具生产中VOCs废气治理—光解光催化技术

导读:
针对影响UV光催化处理效果的主要因素,我们不能盲目夸大UV光催化处理的效果,它只是处理低浓度大风有机废气比较简易低成本的方法,但是非终极手段,合理有效组合吸附技术、微生物等方法,也是一条好的途径。

加快推进工业涂装VOCs治理力度。全面推进汽车、木质家具、船舶、工程机械、钢结构、卷材等制造行业工业涂装VOCs排放控制,在长株潭地区还应加强其他交通设备、电子、家用电器制造等行业VOCs排放控制。推广先进工艺,实施低VOCs涂料替代工程。全面实施《表面涂装(汽车制造及维修)挥发性有机物、镍排放标准》(DB43/1356-2017)、《家具制造行业挥发性有机物排放标准》(DB43/13552017)等挥发性有机物排放地方标准。

VOCs在紫外线照射下可与大气中的NOx发生光化学反应,产生O3等二次污染物;同时,VOCs可与大气中的颗粒物作用形成二次有机气溶胶,严重威胁着人类生存环境的健康发展。光解光催化技术因具有占地面积小、应用范围广、运行成本低、设计投资少、不产生二次污染等优势已被广泛应用在工业VOCs废气治理中。为了进一步提高光解光催化技术在具体工业VOCs废气治理中的处理能力,必须在光解光催化设备设计中对关键影响因素加以重视和控制。

一、光解催化净化

光解催化净化设备主要由光解技术和催化氧化技术组合而成。催化氧化技术是在设备中添加纳米级活性材料,在紫外光线的作用下,产生更为强烈的催化降解功能。由于作为催化剂的TiO2价格低廉,来源广泛,对紫外光吸收率较高,抗光腐蚀性北学稳定性和催化活性高,且没有毒性,对很多有机物有较强的吸附作用,因而成为各类试验研究中最常用的光催化剂。为了提高催化剂的活性和适应不同类型的废气处理,也经常添加一些贵金属铂、钯、钌和过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物等作为催化剂。贵金属催化剂有很高的氧化活性和易回收等优点,但是存在资源稀少、价格昂贵和耐中毒性差等一些缺点,目前是世界各国采用的主要催化剂类型。复合氧化物虽可改善某些光催化性能,但氧化活性仍不及贵金属。大多数挥发性的有机化合物在这种紫外光能和纳米活性催化氧化的共同作用下,能在2-3秒时间内被充分降解,光解催化氧化技术对挥发性有机废气污染物具有较高的去除效率,具有如下特点:

(1)废气净化的彻底性:UV光触媒是分解污染物而不是吸附污染物,发生的是质变而不是量变,对污染物具有不可逆的分解;

(2)废气分解的广泛性:UV光催化氧化几乎对所有的细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用,特别是对人们不易感知的细菌和病毒进行彻底分解;

(3)无二次污染:UV光催化氧化的最终产物是二氧化碳和水,对人体无害,不会产生类似消毒剂对环境产生的二次污染。

对于光催化的核心问题催化剂性能,需要采取一些新的措施,比如制备大孔径、大比表面积、高抗冲击性能且不影响催化活性的催化剂载体,改进废气净化装置的空间结构,拓展TiO2光催化剂薄膜的光照应用范围,进一步提高复合型催化剂性能,重点研制新型催化剂及如何防止催化剂的失活和中毒等。

光催化反应面临的问题主要有催化剂失活、反应动力学常数较小、不可预测的反应机理等,同时湿度能抑制光催化速率,尤其是有机废气浓度较大时,这种影响更为明显,因此限制了光催化技术在处理湿度较大的废气方面的应用。由于纳米材料本身对有机物具有氧化作用,纳米材料与粘结剂的耐光催化性、载体的催化活性包括失活后的再生问题及膜的牢固性仍然是光催化技术的关键技术难题。

二、光解光催化降解模型

金洁环保建立了国内首套光解光催化工业VOCs降解模型,为具体应用环境提供理论和设计依据。以VOCs工程技术中心为依托,采用直通式测试舱模拟数千风量、数百ppm浓度、不同湿度、不同氧浓度、不同阵列排布的各种VOCs气体的降解性能,形成了丰富的工艺数据库,为指导复杂工况条件下的VOCs处理系统设计提供了基础依据。

家具生产中VOCs废气治理—光解光催化技术

三、光解光催化箱体设计

采用Ansys Fluent 6.0软件对VOCs降解模型流场进行空气动力学模拟,确定空气动力学的合理性,并且确定空气停留的时间

家具生产中VOCs废气治理—光解光催化技术

图2为加入光催化材料后,光催化模块在入口流量5000m3/h、150°C时的动力学模拟结果,通过速度、涡流等流场特性,证明在第一排光催化材料前形成了较为均匀的速度场和密度场,气流穿过第一排光触媒网后均匀向后流动。

四、湿度的影响

湿度对光催化的协同净化能力既有促进作用又有负面作用,在多相光催化技术实际应用过程中,只有控制适宜的湿度,才能保障光解光催化技术在废气净化领域快速、高效且安全地应用。

五、温度很重要

家具生产中VOCs废气治理—光解光催化技术

环境温度影响紫外灯功率的输出,也意味着将影响紫外灯的光密度,进而影响光解和光催化效率。

结论

针对影响UV光催化处理效果的主要因素,我们不能盲目夸大UV光催化处理的效果,它只是处理低浓度大风有机废气比较简易低成本的方法,但是非终极手段,合理有效组合吸附技术、微生物等方法,也是一条好的途径。在正确使用uV光催化的处理过程中,几个主要因素都是设备制造商必须综合考,另外在自动化方面、如何智能检测废气浓度的变化以适时调节工业废气净化设备的运行工况,提高净化效率,如何利用正交试验等获得工业废气处理的最佳组合方式,解决一些关键技术问题,如UV光解的催化剂实验和U灯最佳效能分析、低温等离子的电源选择、微生物培育、微纳米气泡发生器研制等,研制出能被市场广泛接受工业废气处理装备和检测方法。