光解光催化廢氣處理用紫外線燈應(yīng)用技術(shù)探討
光解光催化廢氣處理用紫外線燈應(yīng)用技術(shù)探討
一、應(yīng)用原理
先說一下關(guān)于紫外線
紫外線是電磁波譜中波長(zhǎng)從100nm(納米)到400nm輻射的總稱，其中波長(zhǎng)100nm到200nm的為真空紫外線(UV-D)，波長(zhǎng)200nm到280nm為短波紫外線(UV-C)，波長(zhǎng)280nm到315nm的為中波紫外線(UV-B)，波長(zhǎng)315nm到400nm的為長(zhǎng)波紫外線(UV-A)。紫外線的波長(zhǎng)與能量成反比。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，穿透皮膚或空氣能力越強(qiáng)。波長(zhǎng)越短，能量越強(qiáng)，越容易導(dǎo)致皮膚病變。UV-D無法在空氣中有效傳播，而波長(zhǎng)較短的UV-C則幾乎被臭氧層吸收，故自然界太陽光中的紫外線，主要以UV-A和UV-B為主，其中UV-A約占98.1%，UV-B占1.1%。多說幾句，UV-A可穿透皮膚表皮到達(dá)真皮，并對(duì)皮膚的表皮黑色素發(fā)生作用，從而引起皮膚黑色素沉著，使皮膚變黑。而UV-B幾乎無法穿透皮膚表皮，少量照射皮膚會(huì)促進(jìn)血液循環(huán)，生成維生素D3，有保健作用，發(fā)射UV-B波段的紫外線燈也俗稱保健燈，但當(dāng)能量較高的UV-B長(zhǎng)時(shí)間作用于皮膚時(shí)，可發(fā)生光照性皮炎，皮膚上出現(xiàn)紅斑、癢、水皰、水腫等，而紫外線過量照射，還可引起皮膚癌。每天適量曬曬太陽，能補(bǔ)充鈣質(zhì)，對(duì)人體是有益處的，一般一天曬15分鐘就足夠了，如果被紫外線過多輻射的話，就會(huì)損害人體的皮膚。除了曬黑曬傷皮膚，紫外線還會(huì)加速皮膚老化。短波紫外線燈利用汞原子特性在氣體放電時(shí)把汞蒸氣激發(fā)放射出254nm的UV-C和185nm的UV-D波長(zhǎng)的紫外線，UV-A和和UV-B是254nm的UV-C照射對(duì)應(yīng)的熒光粉發(fā)出的紫外線，順便提一下，短波UV-C目前被廣泛用于殺菌消毒功能產(chǎn)品，它放射的紫外線能量較大，如果沒有防護(hù)措施，極易對(duì)人體造成巨大傷害。如果裸露的肌膚被這類紫外線燈照射，輕者會(huì)出現(xiàn)紅腫、疼癢、脫屑；重者甚至?xí)l(fā)癌變、皮膚腫瘤等。同時(shí)，它也是眼睛的“隱形砂手”，會(huì)引起結(jié)膜、角膜發(fā)炎，長(zhǎng)期照射可能會(huì)導(dǎo)致白內(nèi)障。
惡臭污染物質(zhì)大多是氣相污染物，主要由碳、氫、氧、氮、硫、鹵素等元素構(gòu)成。就化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，臭味物質(zhì)分子多因具剩余電子，而有刺激人類嗅覺的特性。
廢氣處理技術(shù)目前分為物理、化學(xué)、生物等三大類，一般可用單一技術(shù)或兩種以上技術(shù)組合來完成單一臭氣處理工作。常用的物理法是活性碳吸附或酸堿水洗噴淋，化學(xué)法是化學(xué)洗滌、焚化，生物法則包括生物洗滌、植物液噴灑、生物滴濾、生物濾床等，而在物理法除臭技術(shù)上，又研發(fā)出了等離子體法除臭。
而采用254nm波長(zhǎng)+185 nm波長(zhǎng)雙波段高效紫外線燈來處理廢氣在近兩年由國(guó)外傳至國(guó)內(nèi)，目前在國(guó)內(nèi)也得到廣泛應(yīng)用。本質(zhì)一是應(yīng)用了紫外線燈UVD185納米波段和O2結(jié)合產(chǎn)生的O3臭氧來氧化還原反應(yīng)廢氣，二是利用185納米短波紫外線的高能量來裂解有機(jī)廢氣，三是利用254納米紫外線照射涂有TIO2的媒介產(chǎn)生-OH來氧化有機(jī)廢氣。
二、光解光催化廢氣處理的技術(shù)特點(diǎn)：
1.高效除惡臭：
雙波段紫外線結(jié)合TiO2光解催化氧化設(shè)備能高效去除揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）、無機(jī)物、硫化氫、氨氣、硫醇類等主要污染物，以及各種惡臭味，脫臭效果大大超過國(guó)家1993年頒布的（GB惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)環(huán)保署公布的九大類114種污染物均被證實(shí)可通過光解光催化氧化得到治理,即使對(duì)原子有機(jī)物如鹵代烴、燃料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑也有很好的去除效果。
2.適用范圍廣：
可適應(yīng)高、低濃度，大氣量，不同惡臭氣體物質(zhì)的脫臭凈化處理，可每天24小時(shí)連續(xù)工作，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
3.運(yùn)行成本低：
設(shè)備無任何機(jī)械動(dòng)作，無噪音，無需專人管理和日常維護(hù)，只需作定期檢查，設(shè)備能耗低，設(shè)備風(fēng)阻極低＜50pa，可節(jié)約大量排風(fēng)動(dòng)力能耗。其中T催化劑的壽命是無限延長(zhǎng)的，無需更換。
4.科技含量高：
采用先進(jìn)的高級(jí)氧化技術(shù)，突破單一體系的反應(yīng)局限，在整個(gè)反應(yīng)體系中，兩種氧化能力極強(qiáng)的氧化劑—O3和·OH參與反應(yīng)及185nm高能量紫外線直接裂解廢氣，使得脫臭效果更佳，惡臭氣體礦化程度更高，可無害化排放，無二次污染。
5.設(shè)備占地面積小，自重輕：
適合于布置緊湊、場(chǎng)地狹小等特殊條件；優(yōu)質(zhì)進(jìn)口材料制造，防水、防火、防腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。
6.產(chǎn)品性能穩(wěn)定：
目前紫外線燈及專用高功率鎮(zhèn)流器技術(shù)成熟。為了日后方便維護(hù)檢修，每個(gè)鎮(zhèn)流器設(shè)置電源和工作指示燈，可根據(jù)指示燈排查燈管或整流器故障。根據(jù)反饋的不良現(xiàn)象只需更換燈管或鎮(zhèn)流器即可。
三、光解光催化三種技術(shù)的應(yīng)用原理
1.利用臭氧的強(qiáng)氧化性
雙波段紫外線的光譜圖如下：
其中185nm波長(zhǎng)紫外線，也叫真空紫外線，原理如下：
其中的O3就是常說的臭氧，它有極強(qiáng)的氧化性，目前廢氣處理用的光解紫外線燈主要是利于185nm紫外線持續(xù)和O2結(jié)合產(chǎn)生的臭氧來分解有機(jī)廢氣。
例如H2S的處理，硫化氫是強(qiáng)還原劑，O3是強(qiáng)氧化劑，它們的反應(yīng)是：
但為什么經(jīng)常很多客戶反饋剛開始效果后越往后效果越差呢？
其實(shí)這個(gè)根本原因主要是來源于185nm紫外線的透過率和玻璃晶格變化和雜質(zhì)影響導(dǎo)至的衰減有直接關(guān)系！
2.利用185nm波長(zhǎng)的高能量紫外線來打斷分子鍵
185nm波長(zhǎng)紫外線的光子能量高達(dá)647 KJ/mol，大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)合能比185nm波長(zhǎng)的的能量低，因此污染物質(zhì)分子鍵經(jīng)過185高能紫外線光能的裂解能被打斷，而大多數(shù)有機(jī)廢氣是C,H,O結(jié)構(gòu)的，且化學(xué)鍵小于185NM紫外線能量，所以能把這些有機(jī)廢氣在有O2的情況下分解成CO2和H02。
但是值得注意的是，185nm波長(zhǎng)紫外線是真空紫外線，一從燈管里出來就和O2結(jié)合產(chǎn)生了O3，所以他的“射程”極短，基本是在燈管表面或附近有少量強(qiáng)度，所以能通過185NM波長(zhǎng)紫外線打斷分鍵來處理的有機(jī)廢氣基本是能和燈管表面接觸或燈管近距離的一部分。
3.利用254nm波長(zhǎng)的紫外線的光催化作用來分解有機(jī)廢氣
光催化原理是日本人發(fā)明的，這個(gè)目前在家用空氣凈化機(jī)上目前也被廣泛應(yīng)用，
由于這些特點(diǎn)，他的一次生分解效率較低，所以比較適用空氣不斷循環(huán)的室內(nèi)環(huán)境，可以往返不斷分解不斷稀釋起到空氣凈化的作用，在工業(yè)廢氣處理中往往氣體是一次性通過，就算多加幾層光催化網(wǎng)幾次紫外線燈，能起輔助作用，不能完全靠它來有效有分有機(jī)廢氣。
同時(shí)，光催化對(duì)涂有TIO2（二氧化鈦）的原料納米等級(jí)也是有特別要求，對(duì)于他的附著處理嘴好是配金屬網(wǎng)燒結(jié)形式固定，不是隨便噴涂上去就可以，要不然會(huì)很快失效（針對(duì)光催化的應(yīng)用豪澋環(huán)保另用專門文章講解）。
四、光解光催化技術(shù)在廢氣處理中的嘴佳應(yīng)用方式
前期進(jìn)氣要預(yù)處理到位，比如噴淋、過濾，等離子等，要保證進(jìn)氣無固定污染物（否則燈管表面附著物過多短波紫外線很難透過），然后讓主要有機(jī)無機(jī)廢氣成份經(jīng)過雙波段紫外線燈的光解反應(yīng)區(qū)，然后讓氣體再經(jīng)過254納米波長(zhǎng)單波段光催化輔助反應(yīng)區(qū)，在這個(gè)反應(yīng)區(qū)一是光催化分解，另外更重要的一點(diǎn)是254nm波長(zhǎng)紫外線會(huì)大量分解掉反應(yīng)完過量的O3臭氧（困為排放到大氣中的O3也是一種污染原），使O3還原成氧氣，O3還原成氧氣的過程會(huì)有大量活氣O原子，在光催化的作用上會(huì)進(jìn)一步配合分解反應(yīng)。同時(shí)，如果在末端再加上一至兩層臭氧催化網(wǎng)分解掉殘余的少量臭氧，這樣排放出來的空氣則潔凈如新。
補(bǔ)充：本文只從紫外線燈的原理方面詳細(xì)分析了光解光催化紫外線燈在廢氣處理中的應(yīng)用，至于不同的氣體成份不同的濃度時(shí)需多少紫外線燈這個(gè)課題很多應(yīng)用廠家已建立實(shí)驗(yàn)室在研究，隨后我司的工程樣機(jī)到位后我們也會(huì)做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)用事實(shí)說話來和大家分享。
嘴后希望大家多做研究，用科學(xué)依據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證產(chǎn)品，做出更多有真正的好產(chǎn)品為國(guó)家的環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)！
