UV光解处理有机废气的技术原理

UV光解处理有机废气的技术原理

 

一、UV光简介

 

咱们平常常见的白色太阳光，实践上是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光组成的。其间可见光处在波长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射线的长波波长相堆叠。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，相应的源别离称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。

 

二、紫外光源

 

紫外光源是以发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、***防和医疗等***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。低压汞灯是运用较低汞蒸汽压（<10-2Pa）被激化而宣布紫外光，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。

 

因为紫外线无法经过一般玻璃，因而有必要运用石英玻璃，并且是高纯度的石英玻璃，对杂质含量要求十分高。假设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。运用这个原理，可以经过操控钛元素的增加量，可有用的操控185nm紫外线的逸出（经过）量。因为185nm的紫外线可以激起空气中的氧气生成臭氧（O3），因而经过改动石英玻璃的功能，操控臭氧发生量，以制造低臭氧(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），光子能量可以依照这个简略公式来计算，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。

 

为挥发性有机物中常见的化学键的键能，一起增加了氧气（O2）的键能。从表中可以看出，C-N和C-S键的键能较低，简略开裂。氧气（O2）中的O=O的键能为5.16eV。当紫外光的光子能量***于化学键键能时，紫外光光子可以损坏化学键。因为C-N和C-S键的键能较低，因而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紫外光可以生成臭氧，而254nm紫外光不生成臭氧的原因。

 

四、紫外光消除VOCs和恶臭

 

早年面的剖析可知，当紫外光照耀VOCs时，假设紫外光波长在240nm以上，那么无法激起氧气生成臭氧，但能激起键能较低的C-N和C-S键，也可以使之解离。可是紫外光波长小于240nm时，不但能激起氧气生成臭氧，还能对键能较高的化学键起到激起和解离作用。假设化学键得到激起，那么有机物分子变的更为生动，使得简略进一步氧化。

 

当时紫外光在VOCs和恶臭消除***域有着广泛的使用，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，详细如下：

 

1.光催化技术

 

光催化剂是在光的照耀下，本身不起改变，却可以促进化学反应的物质。光催化剂是运用光能转化成为化学反应所需的能量，来发生催化作用，使周围之氧气及水分子激起成极具氧化力的OH-及O2-自在负离子。简直可分化一切对人体和环境有害的有机物质。现在作用较***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用，可见光是无效的。光催化技术的要害点是有必要有高功能的光催化剂。据我所知光催化的反应功率（速度）相对比较低。玻璃的自清洁便是运用光催化的原理。

 

2.臭氧氧化技术

 

因为在240nm以下紫外光可以发生臭氧，在此有必要解释一下臭氧。臭氧（O3）是一个十分强的氧化剂，能在短时间内将空气中的浮游细菌消除，分化毒气、VOCs，去除恶臭。因而臭氧可用于净化空气、饮用水，灭菌，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．UV光解技术

 

UV光解技术作为消除VOCs和恶臭现在比较盛行的技术，***别在处理低浓度VOCs方面有许多的使用。在网络上可以看到许多环保产品宣扬都用UV光解氧化这个姓名。可是，从“UV光解”这个姓名，让人的感觉是紫外光来解离有机物直接把VOCs损坏了。实践中使用中，都是选用简略的185和254nm的紫外灯管。依据前面介绍，咱们很简略想到，只需有185nm的紫外线，就会有臭氧发生。臭氧具有十分强的氧化性，它能和一切有机物反应，损坏有机物分子，假设有满足的臭氧，终究可以将有机物氧化到二氧化碳和水。当然，紫外光也可以损坏有机物，可是这些有机物碎片能否与氧气反应不得而知。损坏有机物并不等于把有机物转化为无害的二氧化碳和水，假设仅仅把***分子打碎变成小分子，那么VOCs仍然存在。这些有机物碎片估量不能与氧气反应，假设能与氧气反应，那么就不需求光催化技术了。因而，我以为，所谓UV光解（氧化）技术假设没有光催化剂的合作，其实便是臭氧氧化技术。

 

关于UV光解技术的脱臭，因为恶臭物质一般含有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，很简略和臭氧也很简略被UV光解离，只需损坏了有机物中的C-N键和C-S键，那么臭味将******下降或消失。这也许是咱们常常听到的UV光解对恶臭作用较***的原因。

 

假设UV光解设备，没有装备光催化剂，假定只经过臭氧来氧化VOCs。以甲苯为例，假定甲苯浓度为10ppm（41mg/m3），风量为10000m3/h。一般来说臭氧中只要一个活性氧[O]，假设依照如下化学计量反应：

 

C7H8(甲苯)+18O3=7CO2+H2O+8O2

 

假定臭氧悉数运用，不发生逃逸。那么10ppm甲苯，需求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，每瓦每分钟发生0.1mg臭氧，也便是每瓦每小时发生6mg臭氧。即1m3/h气体需求装备64W功率的UV光管（假定出世臭氧是线性的）。假设处理1000m3/h，需求64KW的光管，这样的能量消耗现已十分***了。假设选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需求那么2.9W，1000m3/h只需求2.9KW。也便是说，假设仅仅运用了UV光的臭氧，那么功率是十分低下的。

 

假设依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，前者需求21.3KW（即便这样实践中也是不可能，后者需求0.97KW。

 

还有一个可能是，假设有机物的键（C-C，C-H键）可以被UV光打断，是否能直接能与氧气发生反应生成CO2和H2O。那么，假设这种办法建立的话，就不需求前面所讲的光催化剂了，可见被UV打碎的有机分子，是不简略和氧气反应生成CO2和H2O。即便这个进程建立，那么打碎有机分子也是需求能量的，因为计算难度太，这儿无法给出定量的数据了。

 

因为这个***域的相关科学论文还比较短少，我以为需求更多的研讨来进步该***域的使用水平。自己以为，进步UV光解的作用，将氧气引进（参加）反应是至关重要的，一起需求光催化剂相合作。假设仅仅臭氧参加反应，那么用185nm光发生臭氧是十分不经济的，应该用***为经济的电晕放电法臭氧发生器来供给臭氧。此外，假设合作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，脱节对臭氧的依靠，到达消除VOCs，才是高效低能耗的***办法。