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紫科環(huán)保周永毅:光催化技術(shù)設(shè)計要多個維度周全考慮

分類:環(huán)聯(lián)生態(tài) > 會員動態(tài)    發(fā)布時間:2018年5月30日 15:36    作者:中國環(huán)聯(lián)    文章來源:

5月5日上午,在“第五屆重點行業(yè)有機廢氣(VOCs)污染治理及監(jiān)測技術(shù)交流會”的開放討論日活動中,廣州紫科環(huán)??萍脊煞萦邢薰靖笨偛弥苡酪銋⑴c了本次交流,他從自己多年工作中,總結(jié)了以下九條光催化技術(shù)設(shè)計需要考慮的細(xì)節(jié)和注意事項:

1. 關(guān)于復(fù)合光催化技術(shù)名稱統(tǒng)一和規(guī)范化的問題;

1972年,日本Fujishima(藤島昭教授)發(fā)現(xiàn)了光催化現(xiàn)象。1999年由于納米技術(shù)得到了突破性進(jìn)展,光催化終于正式登上了國際研究舞臺。目前,光催化已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家老幼皆知的環(huán)保代名詞。

然而,國內(nèi)關(guān)于光催化技術(shù)的認(rèn)識還不夠全面,很多廢氣治理公司或是從業(yè)者,普通認(rèn)為只要有紫外燈的設(shè)備,都可以稱之光催化技術(shù),這是錯誤的觀點和行業(yè)亂象所致。顧名思義,光催化技術(shù),那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行。

目前,廢氣治理上市場上,關(guān)于紫外燈的廢氣治理設(shè)備有:復(fù)合光催化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、光觸媒技術(shù)、UV光分解技術(shù)、光氧化技術(shù)、光化學(xué)技術(shù)等等。在廢氣治理市場上,真正使用到催化劑的設(shè)備少之又少,畢竟催化劑所需費用占光催化設(shè)備成本的30-50%,幾乎可以生產(chǎn)一套沒有催化劑的光氧化設(shè)備。

2. 選用復(fù)合光催化技術(shù)時,需充分考慮系統(tǒng)的預(yù)處理技術(shù);

在設(shè)計廢氣、VOCs和異味治理項目時,不能考慮廢氣的單一指標(biāo)治理,我們充分認(rèn)識廢氣有組成和成份。通常情況下,待處理廢氣中會含有粉塵、顆粒物、液態(tài)等。為了保證廢氣的治理效果,我們一般需要考慮先處理廢氣中的粉塵、顆粒物和液態(tài)。例如,對于含粉塵比較高的廢氣,要先配置除塵技術(shù),若不先去除廢氣中的粉塵和顆粒,這些固態(tài)物質(zhì)會附著在催化劑和紫外燈的表面,影響系統(tǒng)的處理效果。對于特殊的固態(tài)物質(zhì),可能還會存在著著火的隱患。而對于水含量較高的廢氣,應(yīng)當(dāng)先除濕。

3. 紫外燈數(shù)量的設(shè)計;不同行業(yè)、不同廢氣成份、不同濃度的廢氣,所選擇的紫外燈數(shù)量均有所不同;

在廢氣治理市場上,我們發(fā)現(xiàn)光催化技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),也受到了市場的歡迎和認(rèn)同。但是,在一些偏遠(yuǎn)的區(qū)域,或是環(huán)保監(jiān)督不夠嚴(yán)格的地區(qū),光催化技術(shù)成為應(yīng)付檢查的裝置。大家沒有認(rèn)真的面對,沒有科學(xué)的設(shè)計,沒有系統(tǒng)的規(guī)劃,在一個方箱里放幾支紫外燈,就對外宣稱是復(fù)合光催化技術(shù)設(shè)備。

在選擇光催化技術(shù)時,我們需分析待處理廢氣的行業(yè)、成份、濃度等因素,通過這一些條件來確定紫外燈的數(shù)量。光催化技術(shù)不是萬能技術(shù),它有它的局限性,大家選用時一定要考慮各種因素和謹(jǐn)慎使用。

4. 紫外燈如何選型,要從功率、長度、波段等角度考察;

對于光催化技術(shù)而言,紫外燈是核心,其關(guān)乎處理效果的好壞。對于光源的考核有兩個參數(shù):波長與光強。只有吸收了一定波長范圍內(nèi)的光,TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量,在其表面會產(chǎn)生電子-空穴。研究結(jié)果表明,紫外光波長在185-254nm,很難打破分子鍵,更適合于光氧化技術(shù)。而光催化技術(shù)更加適合選用387nm和365nm波長的紫外燈,在市場上很找到387nm的紫外燈,所以很時候光催化技術(shù)選用365nm波長的紫外燈。

另外,紫外燈的功率有15-320W,長度范圍135-1554mm。廢氣治理從業(yè)者,需根據(jù)設(shè)計的背景和目標(biāo)值,正確的和科學(xué)的選擇紫外燈的功率及長度。

5. 紫外燈的布置間距如何確定,其與催化劑之間的距離多少合適?

衡量光催化技術(shù)的好壞,主要先看紫外燈,而紫外燈的考核參數(shù)為波長與光強。所以在設(shè)計時,除了要考慮紫外燈的功率、長度和波段外,在設(shè)計和加工制作設(shè)備時,還要充分考慮紫外燈之間的間距。合理的間距,能確保紫外燈的科學(xué)布置,既能保證充分的光均勻和紫外光達(dá)到一定強度,又能避免出現(xiàn)盲區(qū)和死角,以保證光催化技術(shù)的處理效果。

同樣,除了紫外燈的距是我們考慮的因素之外,紫外燈與催化劑之間的距離也是我們要重點考慮的,也是很多設(shè)計人員容易忽視的一個重要環(huán)節(jié)。紫外燈和催化劑間的距離,主要是由催化劑的類型、紫外燈的類型、設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素所決定。

6. 催化劑如何選擇?

都說光催化技術(shù),那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行,我們前面說了紫外燈的選擇,那現(xiàn)在重點得分析催化劑的選擇。能適用于光催化技術(shù)的催化劑有二氧化鈦(TiO2);氧化鋅(ZnO);氧化錫(SnO2);二氧化鋯(ZrO2);硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體,其中二氧化鈦因其氧化能力強,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定無毒,成為世界上最當(dāng)紅的納米光催化材料。

光催化劑的發(fā)展:在早期,也曾經(jīng)較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料,但是由于這兩者的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,會在光催化的同時發(fā)生光溶解,溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性,故發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)很少將它們用作為民用光催化材料,部分工業(yè)光催化領(lǐng)域還在使用。

光催化劑二氧化鈦:它是一種半導(dǎo)體,分別具有銳鈦礦,金紅石及板鈦礦三種晶體結(jié)構(gòu),其中只有銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)具有光催化特性。

7. 光催化設(shè)備的過流速度和反應(yīng)停留時間?

在選用光催化技術(shù)時,我們一定要正確的去面對過流速度和停留兩大要素。光催化技術(shù)是催化氧化的一個過程,首先是光照射在催化劑上,起了催化作用,產(chǎn)生了活性羥基(?OH)和其他活性氧化類物質(zhì)(?O2-,?OOH ,H2O2)。在催化劑的表面生成的?OH基團反應(yīng)活性很高,具有高于有機物中各類化學(xué)鍵能的反應(yīng)能,加上?O2-,?OOH ,H2O2活性氧化類物質(zhì)的協(xié)同作用,能迅速有效地分解有機物,同時紫外燈具有除臭、消毒、殺菌的功效。

通過光催化的工作機理,我們應(yīng)該清晰的認(rèn)識到,光催化治理廢氣也是一個復(fù)雜的過程,需要足夠的停留反應(yīng)時間。而目前市場上很多光催化技術(shù)設(shè)備,整體過流截面積嚴(yán)重偏小,導(dǎo)致過流速度較大,停留時間較短等現(xiàn)象。

在設(shè)計光催化設(shè)備時,要根據(jù)廢氣的成份和濃度,合理設(shè)計停留時。從投資和運行管理的角度考慮,通過光催化設(shè)備的過渡速度控制0.3-1m/s比較合適。當(dāng)過渡速度大于1m/s時,系統(tǒng)的阻力會直線上升,同時會影響催化劑的結(jié)構(gòu);更重要是在確定停留時間的情況下,風(fēng)速越大,設(shè)備的長度或高度也要求越大;不管在什么風(fēng)速條件,光催化裝置的反應(yīng)停留時間控制在10-30秒比較好合適。當(dāng)然,我所指的10-30秒為中低濃度易分解的部分廢氣,而不是絕對和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的時間。

8. 防爆性能和適用場合?

光催化技術(shù)的防爆性能比吸收法、生物法要差一些,但比低溫等離子法和焚燒法的要求少一些。市場上也有些光催化設(shè)備說是防爆的,但是受到防爆機構(gòu)、專家和專業(yè)從事者的質(zhì)疑。我個人認(rèn)為,光催化設(shè)備的防爆還面臨著很多技術(shù)問題,例如設(shè)備的密封性、紫外光的透過率、防爆等級、處理效率等問題需要解決。做為廢氣治理從事者,切不可為了一個訂單、一份合同或是一個業(yè)績,誘導(dǎo)需要單位做了錯誤的評估和選擇。否則,一切出現(xiàn)了問題,不僅僅是企業(yè)聲譽和技術(shù)遭質(zhì)疑的問題,還會給安全生產(chǎn)帶來不可預(yù)估的隱患。

我們公司主張,光催化技術(shù)在缺少其它輔助處理設(shè)備時,不建議直接用在易燃易爆行業(yè)的廢氣治理項目,尤其是高濃度易揮發(fā)的石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域。

9. 適用的廢氣濃度?

建議用于濃度在500ppm的VOCS治理項目。

我們紫科環(huán)保公司還是要再三呼吁大家,廢氣治理不是只簡單上一套光催化設(shè)備就能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。VOCs治理是一個系統(tǒng)工程,需要的是一綜合解決方案,而不是一套光催化設(shè)備。

我個人認(rèn)為,任何一種VOCs治理方式不能夠做到十全十美,均為遐瑜互見,VOCs治理沒有“萬金油”設(shè)備,光催化技術(shù)不是萬能的技術(shù),還是要與其他技術(shù)進(jìn)行組合,才能更高效的用于廢氣處理。

紫科環(huán)保公司經(jīng)過多年分析、研究、摸索、試驗及工程經(jīng)驗總結(jié):VOCs治理問題要得到有效解決,一定要了解待處理氣體的風(fēng)量、成份、濃度等問題,針對廢氣成份,做到技術(shù)結(jié)合、工藝結(jié)合、強強聯(lián)合、合力解決的方式,以有效的解決VOCs治理問題。

希望下次開放討論日,我們討論的是光催化技術(shù)的未來與前景,而不是光催化技術(shù)為什么被質(zhì)疑和被貶低,甚至被否定的草率決定。


來源:中國環(huán)聯(lián)

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