新型光氧化设备的光氧化通道优选设计

新型光氧化设备的光氧化通道优选设计

党文姗

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【摘要】我国当前大气污染状况不容乐观。室内空气污染的主要污染物为挥发性有机污染物，会严重影响室内空气质量并影响人体健康。光催化就是基于阳光直接照射的环境条件下光催化剂的氧化还原能力，可以达到实现净化环境中的污染物、材料合成和转化的目的。从反应器改进的角度和操作参数探索提高光氧化效率的途径。从管道的选材设计和管道的结构设计，选择fep（聚全氟乙丙烯）作为内置管，并将紫外灯至于内部实现静态混合器内部发光。通过实验探究聚全氟乙丙烯内置管以及紫外灯内部发光装置对甲醛气体的浓度变化影响。研究结果表明：在高浓度和低浓度甲醛环境下，聚全氟乙丙烯内置管以及紫外灯内部发光装置对甲醛气体的浓度无明显影响。设备在实验过程中呈现出高效混合反应，密封防爆炸效果。且拆卸方便与相关部件的衔接、成本、催化剂负载效果好。同时

因为紫外灯置于混合器内部，节省了本需要的不锈钢支架，节约了成本。

【关键词】新型光氧化设备,光氧化通道,甲醛,光催化反应,聚全氟乙丙烯

1.材料与方法

1.1设备装置结构设计方法

市场上传统光氧化设备多为箱型，内置有发光光管，待反应气体从入口进入，经过光氧化反应后从出口排出。为提高气体的混合效率，从而提高反应效率，现考虑将光氧化装置与静态混合器结合，设计出新型光氧化设备。

1.1.1设备整体形态的决定

设备整体形态的决定，外部选择圆形管道或是方形管道作为外壳。

需要从管道承压能力以及管道形状对流速的影响两方面考虑。管道的承压能力决定了管道的耐用性，拥有优秀承压能力的管道使用寿命更长，并且更节省生产成本。管道内气体的流速会对管道内部气体混合以及气体反应产生影响，管道内气体流速越平均，管道内气体混合成充分反应越完全，反应效率越高。

1.1.2新型光氧化设备发光部件以及安置位置的选择

需要从新型光氧化设备法官设备置于外部和新型光氧化设备法官设备置于内部部两方面考虑。若将发光装置（紫外灯）设置在新型光氧化设备混合反应管道外部，管道则需要采用透明材料，并安置在可打开的不透明的方型箱中，紫外灯则安装在箱壁上。若与传统光氧化设备相同，将发光装置设置于新型光氧化设备即混合反应管道内部，但甲醛作为一种强还原剂，其蒸气会在空气中形成具有爆炸性的混合物，在遇到明火或高热时，会引起燃烧爆炸。因此基于安全保障，须要对发光装置进行密封，将紫外灯放进透明密封圆管内，使其与甲醛气体隔绝。

2.光氧化通道内部混合元件管道部分的材料设计

要根据第二点新型光氧化设备发光部件以及安置位置决定后进行选择。需注意发光设备的密封，以及尽量节省空间。

2.1材料的选择

2.2混合反应管道（光氧化通道）材料的选择

通过归一化分析法选取304不锈钢、316不锈钢、PVC（聚氯乙烯）三种材料。304不锈钢是最常用的不锈钢之一,具有很强的耐腐蚀性能，被广泛的应用在石化行业中。316不锈钢相比304不锈钢，拥有相近的强度和硬度，但添加了Mo元素，因此具有更强的耐热性，价格也更高。PVC（聚氯乙烯）拥有良好的化学稳定性。但热稳定性较差，长时间加热会导致分解，应用范围较窄。但在价格上比304不锈钢和316不锈钢实惠很多，大大节省了成本。使用权重分析法对其化学稳定性、成本、耐热性、使用寿命进行打分。赋予每个主因素满分为100分，根据专家意见赋予权重，采用100*权重的形式得到各个主因素的综合分值，最终选取综合得分最高的材料。专家由4位化工专业老师以及1位参与项目的同学组成，评分按照很好、好、一般、不好、很不好五等级，分别进行100、80、60、40、20赋分。

2.3光氧化通道内部混合元件管道部分材料的选择

混合元件管道不仅作为混合元件的一部分，还要密封能让包裹着紫外灯，因此材料需要拥有良好的透光性以及化学稳定性。通过归一化分析法选取聚全氟乙丙烯（FEP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）三种材料。聚全氟乙丙烯（FEP）由四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)共聚而成，其中六氟丙烯约含15%左右，是聚四氟乙烯的改性材料。聚全氟乙丙烯（FEP）还呈现出化学惰性，在高低温度范围内具有着较低的介电常数。具有耐高低温性，可承受-196℃至到200℃温度。具有耐蚀性，几乎能耐各种浓度的碱及醇、有机酸、烃类、酮、

卤代烃、芳烃等的腐蚀。聚全氟乙丙烯的透明度很高，折射率在所有塑料中是最低的。具有耐候性，可以在臭氧和阳光下长时间暴露。

2.4原料与设备

为探究新型光氧化设备的光氧化通道优选设计对甲醛是否有影响，进行实验。

实验所需原料以及设备有：HB-Ⅰ大气采样器（00000128），韶关市明天环保仪器有限公司；721G可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；HH-2数显恒温水浴锅，常州越新仪器制造有限公司；100-1000μl移液器，浙江拓派医疗器械有限公司；1000-5000μl移液器，大龙兴创实验仪器（北京）股份有限公司；乙酰丙酮（分析纯），天津市永大化学试剂有限公司；37%-40%甲醛溶液（分析纯），天津市百世化工有限公司；乙酸铵（分析纯），国药集

团化学试剂有限公司；冰乙酸（分析纯），天津市凯通化学试剂有限公司；100μg/ml甲醛标准贮备溶液（NCRM），北京市钢研纳克检测技术股份有限公司。

2.5实验方法

分别取0.5ml和0.8ml37%-40%甲醛溶液，加蒸馏水定容至10毫升，配置出1.85%-2.0%甲醛溶液和2.96%-3.2%甲醛溶液。分别取两不同浓度的甲醛溶液5ml，慢慢涂抹于两块25cm*25cm木制夹板四周与表面。待甲醛溶液渗透进木制夹板，即可放入甲醛发生装置。被甲醛溶液渗透的木制夹板放入甲醛装置靠近进气口的位置后，打开新型光氧化设备风机进行抽气，待2分钟后甲醛气体充满整个新型光氧化设备后，开始采样。两种浓度的甲醛溶液分别通入①无FEP光氧化通道内部混合元件管道，无紫外灯（紫外灯不开灯）；②有FEP光氧化通道内部混合元件管道，无紫外灯（紫外灯不开灯）；③有FEP光氧化通道内部混合元件管道，有紫外灯（紫外灯开灯）三种环境状态的新型光氧化设备中，在新型光氧化设备的进气口和光氧化反应结束处的采样口对甲醛浓度进行采样，测定甲醛的初始浓度。本实验依据GB/T15516-1995《空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》进行采样以及分析测定。

结论

本课题从市场中已有的光氧化设备与静态混合器基础上进行改造创新结合，从结构以及选材着手，设计出一个拆卸方便、与相关部件的衔接好、节约成本、催化剂负载效果好的新型光氧化设备。

参考文献

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