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湖北UV光解

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湖北UV光解

  • 详细介绍

武汉UV光解废气处理技术知识:UV光解处理VOCs技术的探讨,最近几年湖北UV光解技术在处理挥发性有机废气(VOCs)和除臭得到了广泛的应用。然而,对于UV光解技术处理VOCs的效果却褒贬不一。虽然我不是这个领域的,但是通过学习,分享给各位我对UV光解技术的一些认识和体会,供大家讨论。


一、武汉UV光解废气处理简介


我们平时常见的白色太阳光,实际上是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光组成的。其中可见光处在波长380-780nm之间(有的说400-800nm)。紫外光是电磁波谱中波长从10~380nm辐射的总称,肉眼是看不到的。


紫外光开始于可见光的短波极限,而与X射线的长波波长相重叠。紫外光可划分为长波(UVA,315~380nm)、中波(UVB,280~315nm)、短波(UVC,200~280nm)、真空紫外(UVD,10~200nm)4个波段,相应的源分别称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。


二、紫外光源


紫外光源是以产生紫外辐射的的非照明用光源。紫外光源具有荧光效应、生物效应、光化学效应和光电效应,适用于工业、农业、国防和医疗等领域。


紫外光源主要有紫外线高压汞灯(~365nm)、低压汞灯(~254nm和185nm)等等。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压(<10-2Pa)被激化而发出紫外光,其发光谱线主要有两条:一条是254nm波长;另一条是185nm波长,这两条都是肉眼看不见的紫外线。


由于紫外线无法通过普通玻璃,因此必须使用石英玻璃,而且是高纯度的石英玻璃,对杂质含量要求非常高。如果在石英玻璃中含有钛元素,对200nm以下的紫外线具有截止作用,而对254nm紫外线透过基本无影响。利用这个原理,可以通过控制钛元素的添加量,可有效的控制185nm紫外线的逸出(通过)量。由于185nm的紫外线能够激发空气中的氧气生成臭氧(O3),因此通过改变石英玻璃的性能,控制臭氧产生量,以制作低臭氧(无臭氧)、臭氧、高臭氧等三种紫外灯管。


三、光子能量与化学键键能


光子能量计算公式为:E(能量)=h(普朗克常数)×H(频率),可将计算公式简化为E=1240/λ(λ为光波长,nm),光子能量可以按照这个简单公式来计算,光子波长越短其能量越高。100nm光子能量为12.4eV;200nm光子能量为6.2eV;300nm光子能量为4.1eV;400nm光子能量为3.1eV。


表2为挥发性有机物中常见的化学键的键能,同时增加了氧气(O2)的键能。从表中可以看出,C-N和C-S键的键能较低,容易断裂。氧气(O2)中的O=O的键能为5.16eV。当紫外光的光子能量大于化学键键能时,紫外光光子可以破坏化学键。由于C-N和C-S键的键能较低,因此任何波长的紫外光都可以解离C-N和C-S键。而O2中O=O键的键能为5.16eV,对应的紫外光波长为240nm,理论上波长小于240nm的紫外光,可以解离氧气分子生成氧原子。氧原子再与氧分子结合生成臭氧(O3),这也是为什么185nm紫外光能够生成臭氧,而254nm紫外光不生成臭氧的原因。


四、紫外光消除VOCs和恶臭


从前面的分析可知,当紫外光照射VOCs时,如果紫外光波长在240nm以上,那么无法激发氧气生成臭氧,但能激发键能较低的C-N和C-S键,也可以使之解离。但是紫外光波长小于240nm时,不但能激发氧气生成臭氧,还能对键能较高的化学键起到激发和解离作用。如果化学键得到激发,那么有机物分子变的更为活泼,使得容易进一步氧化。


当前紫外光在VOCs和恶臭消除领域有着广泛的应用,与UV光相关技术有UV光解氧化技术、光催化技术、臭氧氧化技术,具体如下:


1.光催化技术


光催化剂是在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质。光催化剂是利用光能转换成为化学反应所需的能量,来产生催化作用,使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的OH-及O2-自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质。目前效果较好的是二氧化钛(TiO2)光催化剂,TiO2光催化剂只能在紫外光照下有效,可见光是无效的。光催化技术的关键点是必须有高性能的光催化剂。据我所知光催化的反应效率(速度)相对比较低。玻璃的自清洁就是利用光催化的原理。


2.臭氧氧化技术


由于在240nm以下紫外光能够产生臭氧,在此有必要解释一下臭氧。臭氧(O3)是一个非常强的氧化剂,能在短时间内将空气中的浮游细菌消灭,分解毒气、VOCs,去除恶臭。因此臭氧可用于净化空气、饮用水,杀菌,处理工业废物和作为漂白剂。臭氧也能与VOCs反应,将VOCs氧化成无毒无害的CO2和H2O。


3.武汉UV光解废气净化技术


UV光解技术作为消除VOCs和恶臭目前比较流行的技术,特别在处理低浓度VOCs方面有很多的应用。在网络上可以看到许多环保产品宣传都用UV光解氧化这个名字。然而,从“UV光解”这个名字,让人的感觉是紫外光来解离有机物直接把VOCs破坏了。实际中应用中,都是采用简单的185和254nm的紫外灯管。根据前面介绍,我们很容易想到,只要有185nm的紫外线,就会有臭氧产生。臭氧具有非常强的氧化性,它能和所有有机物反应,破坏有机物分子,如果有足够的臭氧,最终可以将有机物氧化到二氧化碳和水。当然,紫外光也能够破坏有机物,但是这些有机物碎片能否与氧气反应不得而知。破坏有机物并不等于把有机物转换为无害的二氧化碳和水,如果仅仅把大分子打碎变成小分子,那么VOCs依然存在。这些有机物碎片估计不能与氧气反应,如果能与氧气反应,那么就不需要光催化技术了。因此,我认为,所谓UV光解(氧化)技术如果没有光催化剂的配合,其实就是臭氧氧化技术。


对于湖北UV光解废气净化技术的脱臭,由于恶臭物质一般含有N和S的有机物,而有机物中的C-N键和C-S键的键能较低,很容易和臭氧也很容易被UV光解离,只要破坏了有机物中的C-N键和C-S键,那么臭味将大大降低或消失。这也许是我们经常听到的UV光解对恶臭效果较好的原因。


如果UV光解设备,没有配备光催化剂,假设只通过臭氧来氧化VOCs。以甲苯为例,假设甲苯浓度为10ppm(41mg/m3),风量为10000m3/h。通常来说臭氧中只有一个活性氧[O],如果按照如下化学计量反应:


C7H8(甲苯)+18O3=7CO2+H2O+8O2


假设臭氧全部利用,不发生逃逸。那么10ppm甲苯,需要180ppm的臭氧(O3),即385mg/m3。


一个做UV光管的老总前几天告诉我,185nm的UV光管,每瓦每分钟产生0。1mg臭氧,也就是每瓦每小时产生6mg臭氧。即1m3/h气体需要配置64W功率的UV光管(假设出生臭氧是线性的)。如果处理1000m3/h,需要64KW的光管,这样的能量消耗已经非常大了。如果采用电晕放电法臭氧发生器,文献上查到的数据是1000g臭氧耗能7500W,是1m3/h需要那么2。9W,1000m3/h只需要2。9KW。也就是说,如果仅仅利用了UV光的臭氧,那么效率是非常低下的。


假如按照如下化学计量发生反应:


C7H8(甲苯)+6O3=7CO2+H2O


那么处理1000m3/h的有机废气,前者需要21.3KW(即使这样实际中也是不可能,后者需要0.97KW。


还有一个可能是,如果有机物的键(C-C,C-H键)能够被UV光打断,是否能直接能与氧气发生反应生成CO2和H2O。那么,如果这种方式成立的话,就不需要前面所讲的光催化剂了,可见被UV打碎的有机分子,是不容易和氧气反应生成CO2和H2O。即使这个过程成立,那么打碎有机分子也是需要能量的,由于计算难度太,这里无法给出定量的数据了。


由于这个领域的相关科学论文还比较缺少,我认为需要更多的研究来提高该领域的应用水平。本人认为,提高UV光解的效果,将氧气引入(参与)反应是至关重要的,同时需要光催化剂相配合。如果只是臭氧参与反应,那么用185nm光产生臭氧是非常不经济的,应该用最为经济的电晕放电法臭氧发生器来提供臭氧。此外,如果配合及其他催化剂来活化氧气分子,让活化的氧气分子与解离的有机物反应,摆脱对臭氧的依赖,达到消除VOCs,才是高效低能耗的好方法。


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