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光氧催化廢氣處理技術詳解
作者: 發布日期:2018-03-21

光化學及光催化氧化法是目前研究較多的一項高級氧化技術。所謂光催化反應,就是在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射,受激產生分子激發態,然后會發生化學反應生成新的物質,或者變成引發熱反應的中間化學產物。光化學反應的活化能來源于光子的能量,在太陽能的利用中光電轉化以及光化學轉化一直是十分活躍的研究領域。
 原理
  應用于工業廢氣治理中的紫外線波長為154nm-254nm,波長越短能量越大。在這個波長區域中,由于154nm-185nm的波長相對比較短所以“殺傷”的空間范圍也較小。而185nm-254nm盡管波長較長但是殺傷空間范圍相對較大。
  帥克涂裝凈化設備有限公司生產的光氧凈化設備,采用GSET標準優質紫外線燈所產生的高強紫外線,是當前工業UV/O3紫外燈中劑量和能量最大的紫外線,能夠迅速裂解鍵能小于380kJ/mol的污染物。同時紫外線裂解氧氣產生的臭氧濃度為200mg/m3,臭氧能快速氧化金屬性較強的污染物,臭氧量可根據污染物的濃度以及后續反應時間設定。
  廢氣的光解氧化機理包括兩個過程:
  1.在產生高能離子群體的過程中,一定數量的有害氣體分子受高能作用,本身分解成單質或轉化為無害物質。
  2.含有大量高能粒子和高活性的自由基的離子群體,與大分子氣體(如苯、甲苯等)作用,打開了其分子內部的化學鍵,轉化為無害的小分子物質。新生態的氧離子具有很強的氧化性,它能有效的氧化分解不受負離子作用控制的有機物。和廢氣反應后多余的氧離子(正),能與氧離子(負)很快結合成中性氧,因而不會更多地對設備及環境造成不利影響。
  1.惡臭物質能否被裂解,取決于其化學鍵鍵能是否比所提供的UV 光子的能量要低。
  2.裂解時間是否足夠1S,氧化反應的時間是否達到5-8S;
  3.提供的 UV 光子總功率不夠或者含氧量不足,會因為裂解或氧化不完全而生成一些中間副產物,從而影響凈化效率。對于高濃度大分子的有機惡臭物質體現得較為明顯。
  4.UV 光解凈化的長期穩定、高效,需要反應溫度<60℃,粉塵量<100mg/m 3 ,相對濕度<97%。
  5.廢氣物質中若某種特殊化學元素的含有量過高 (如 Cl、 F 等) ,也會導致強化劑臭氧的生成量大大降低,最終影響總體的凈化效果。
  應用范圍
  硫化氫:紙漿、煉油、煉焦、石化、煤氣、糞便處理、二硫化碳的生產或加工
  硫醇類:紙漿、煉油、煤氣、制藥、農藥、合成樹酯、合成纖維、橡膠
  硫醚類:紙漿、煉油、農藥、垃圾處理、生活污水下水道
  氨:氮肥、硝酸、煉焦、糞便處理、肉類加工
  胺類:水產加工,畜產加工、皮革、骨膠
  吲哚類:糞便處理、生活污水處理、煉焦、肉類腐爛、屠宰牲畜
  硝基:燃料、炸藥
  烴類:煉油、煉焦、石油化工、電石、化肥、內燃機排氣、油漆、溶劑、油墨印刷
醛類:煉油、石油化工、醫藥、內燃機排氣、垃圾處理、鑄造
光催化氧化技術利用光激發氧化將O2、H2O2等氧化劑與光輻射相結合。所用光主要為紫外光,包括uv-H2O2、uv-O2等工藝,可以用于處理污水中CHCl3、CCl4、多氯聯苯等難降解物質。另外,在有紫外光的Fenton體系中,紫外光與鐵離子之間存在著協同效應,使H2O2分解產生羥基自由基的速率大大加快,促進有機物的氧化去除。
  大自然具有十分強大的自我修復功能, 例如排放在大氣中的廢氣物質,經過一段時間廢氣物質會慢慢被分解掉,其中最主要的過程是發生了光化學反應。廢氣物質通過吸收光子或其他粒子的能量,使得化學鍵斷裂,形成游離態的原子,再經過一系列的氧化還原等反應,最終生成 H 2 O 和 CO 2 等簡單物質。
  經過長期研究發現,當化學物質通過吸收能量(如熱能、光子能量等) ,可以使自身的化學性質變得更加活躍甚至被裂解。當吸收的能量大于化學鍵鍵能,即可使得化學鍵斷裂,形成游離的帶有能量的原子或基團。在波長范圍154nm-184.9nm(1200KJ/mol-600KJ/mol)高能紫外線的作用下,一方面空氣中的氧被裂解,然后組合產生臭氧;另一方面將污染物化學鍵斷裂,使之形成游離態的原子或基團;同時產生的臭氧參與到反應過程中,使廢氣最終被裂解,氧化成簡單的穩定的化合物,如CO2、H2O、N2等。
  由于與有機廢氣的燃燒本質一樣,都是通過分子吸收能量(燃燒吸收的熱能,光解吸收的是光子能量)被裂解后氧化生成簡單物質,而光解的反應溫度為常溫,故我們也習慣稱其為“冷燃燒”。
  發現歷史及種類
  紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱,不能引起人們的視覺。1801年德國物理學家里特發現在日光光譜的紫端外側一段能夠使含有溴化銀的照相底片感光,因而發現了紫外線的存在。
  在限定太陽輻射照度的國際標準草案中將紫外光譜的范圍劃分如下表:
  用途
  光氧凈化設備主要用作于食品、醫藥、化工、污水、垃圾、塑膠、噴涂、造紙、輪胎等生產環節揮發或滲漏出有害廢氣的凈化及臭味的消除。
 


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