四紫外光消除VOCs和惡臭
從前面的分析可知,當紫外光照射VOCs時,如果紫外光波長在240 nm以上,那么無法激發氧氣生成臭氧,但能激發鍵能較低的C-N和C-S鍵,也可以使之解離。但是紫外光波長小于240 nm時,不但能激發氧氣生成臭氧,還能對鍵能較高的化學鍵起到激發和解離作用。如果化學鍵得到激發,那么有機物分子變的更為活潑,使得容易進一步氧化。
當前紫外光在VOCs和惡臭消除領域有著廣泛的應用,與UV光相關技術有UV光解氧化技術光催化技術臭氧氧化技術,具體如下:
1. 光催化技術
光催化劑是在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學反應的物質。光催化劑是利用光能轉換成為化學反應所需的能量,來產生催化作用,使周圍之氧氣及水分子激發成極具氧化力的 OH- 及 O2- 自由負離子。幾乎可分解所有對人體和環境有害的有機物質。目前效果較好的是二氧化鈦(TiO2)光催化劑,TiO2光催化劑只能在紫外光照下有效,可見光是無效的。光催化技術的關鍵點是必須有高性能的光催化劑。據我所知光催化的反應效率(速度)相對比較低。玻璃的自清潔就是利用光催化的原理。
2. 臭氧氧化技術
由于在240nm以下紫外光能夠產生臭氧,在此有必要解釋一下臭氧。臭氧(O3)是一個非常強的氧化劑,能在短時間內將空氣中的浮游細菌消滅,分解毒氣VOCs,去除惡臭。因此臭氧可用于凈化空氣飲用水,殺菌,處理工業廢物和作為漂白劑。臭氧也能與VOCs反應,將VOCs氧化成無毒無害的CO2和H2O。
3.UV光解技術
UV光解技術作為消除VOCs和惡臭目前比較流行的技術,特別在處理低濃度VOCs方面有很多的應用。在網絡上可以看到許多環保產品宣傳都用UV光解氧化這個名字。然而,從“UV光解”這個名字,讓人的感覺是紫外光來解離有機物直接把VOCs破壞了。實際中應用中,都是采用簡單的185和254nm的紫外燈管。根據前面介紹,我們很容易想到,只要有185nm的紫外線,就會有臭氧產生。臭氧具有非常強的氧化性,它能和所有有機物反應,破壞有機物分子,如果有足夠的臭氧,最終可以將有機物氧化到二氧化碳和水。當然,紫外光也能夠破壞有機物,但是這些有機物碎片能否與氧氣反應不得而知。破壞有機物并不等于把有機物轉換為無害的二氧化碳和水,如果僅僅把大分子打碎變成小分子,那么VOCs依然存在。這些有機物碎片估計不能與氧氣反應,如果能與氧氣反應,那么就不需要光催化技術了。因此,我認為,所謂UV光解(氧化)技術如果沒有光催化劑的配合,其實就是臭氧氧化技術。
對于UV光解技術的脫臭,由于惡臭物質一般含有N和S的有機物,而有機物中的C-N鍵和C-S鍵的鍵能較低,很容易和臭氧也很容易被UV光解離,只要破壞了有機物中的C-N鍵和C-S鍵,那么臭味將大大降低或消失。這也許是我們經常聽到的UV光解對惡臭效果較好的原因。
如果UV光解設備,沒有配備光催化劑,假設只通過臭氧來氧化VOCs。以為例,假設濃度為10ppm(41mg/m3),風量為10000 m3/h。通常來說臭氧中只有一個活性氧[O],如果按照如下化學計量反應:
C7H8() +18O3=7CO2+H2O+8O2
假設臭氧全部利用,不發生逃逸。那么10 ppm,需要180 ppm的臭氧(O3),即385 mg/m3。
一個做UV光管的老總前幾天告訴我,185 nm的UV光管,每瓦每分鐘產生0.1mg臭氧,也就是每瓦每小時產生6 mg臭氧。即1 m3/h氣體需要配置64W功率的UV光管(假設出生臭氧是線性的)。如果處理1000m3/h,需要64KW的光管,這樣的能量消耗已經非常大了。如果采用電暈放電法臭氧發生器,文獻上查到的數據是1000g臭氧耗能7500W,是1 m3/h需要那么2.9W,1000 m3/h只需要2.9KW。也就是說,如果僅僅利用了UV光的臭氧,那么效率是非常低下的。
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