影響處理效果的主要因素
通過設備改進和實驗室試驗,主要從影響UV光催化治理VOCs效率的主要因素UV波長,起始溫度,初始濃度,相對濕度,停留時間,反應介質等進行研究,找到zui佳反應效率和zui低能耗。
(1) 廢氣濃度的影響:UV光催化治理VOCs適合的應用范圍主要包括噴涂車間、印刷、電子、制藥、食品等行業產生的低濃度有機廢氣,對于20-200ppm以下的濃度效果較好,隨著VOCs濃度增高,降解效率也會隨之降低。
(2) 低相對濕度的影響:對于一定的濕度條件下,氧氣吸收了大部分185nm紫外光,但是隨著濕度的進一步增加,一部分是水蒸氣與氧氣競爭吸收185nm波長的紫外光,水蒸氣吸收了更多的185nm紫外光,同時產生更多羥基自由基。水蒸氣與活性氧反應生成羥基自由基,羥基自由基的氧化性要強于臭氧和活性氧,從而光解的速度明顯加快,促進單位時間內對于廢氣去除率的增加,試驗證明相對濕度在30-65%這個范圍,光解效率是上升的,相對濕度超過70%后隨之逐漸下降。
(3) 風速的影響:大量實驗證明風速越大,水蒸氣進出口的jue對濕度差越小,這也就是說風速越大,羥基自由基產生量的jue對值也會越少。因此在風速小的工況下,羥基自由基對揮發性有機物VOCs的貢獻大,風速大的工況下,羥基自由基對有機物降解的作用就會變得十分有限。風速也會影響紫外燈的燈管表面溫度,燈管表面溫度與紫外燈的發光效率有直接關系,燈表溫高于某一數值時會直接影響其發光效率。在設備測試中,風速在低于2m/s的時候,反應效果較好。在一定的設備空間內,風速同時影響了停留時間,一般停留時間增加,廢氣的去除效率有明顯增高。原因是停留時間增加,185nm紫外光和有機物碰撞次數一定增加。當停留時間達到10s后,延長停留時間,廢氣的降解效率增加并不明顯。尤其是在低濃度下,延長停留時間并不能等效增加廢氣的去除效率。
在整個光解光催化箱體中,真正的反應區域只有兩個,一個是光解部分的高光功率密度區域,一個是光催化部分的催化網界面。其中光解部分要光功率密度足夠高,區域足夠大,這樣降解能力才足夠。但由于光解主要降解機理是光激發分子到激發態導致化學鍵斷斷裂,而不是主要靠臭氧,因此光解部分要根據污染物成分濃度做相應設計,實際上光解區域的停留時間并不長。
光催化實際反應速度較慢,主要是靠高比表面積形成氣-液界面提高反應容量,通過高催化活性形成更多的羥基自由基提高反應效率。
因此,更重要的是提高光催化反應區域的停留時間,而不是簡單增加箱體尺寸!
(4) 光源的影響:目前,一般選擇185nm和254nm兩個波段的真空紫外燈,但市場上的UV燈管質量良莠不齊。
目前,市場上主要的紫外燈都是低壓汞燈(液汞或汞齊燈),發出紫外線的機理是利用汞等離子體狀態的激發-發射光,其中185nm和254nm是其特征波譜。
通過對比185nm和254nm的透過率,燈管材質一般選合成石英。
(5) 合理的設備空間布局和結構:對于凈化設備的制造也有一些問題要注意,目前UV光催化治理VOCs設備的自動化程度低,基本還沒有自動檢測和監控功能,所以對產品的整體效果不能夠進行有效的效率評估。要合理的處理好催化劑的布置、數量,要準確處理好透光性和氣體的流速,要進行合理的能量匹配和結構優化,否則,很多設備的有效去除率是遠遠不夠的。
不同的燈管排布方式
紫外燈的光功率隨距離衰減很快,因此光解部分的紫外燈不能排布太分散,否則光解空間的紫外燈光功率太低,導致降解效率急劇下降。當然太密也不行,一方面溫度會太高,另一方面鎮流器不好放置。建議光解紫外燈間距不應該大于10厘米,光催化部分紫外燈間距不大于10厘米,燈到光觸媒網的間距不大于8厘米較好。