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從100nm(納米)到400nm輻射的總稱，其中波長100nm到200nm的為真空紫外線(UV-D)，波長200nm到280nm為短波紫外線(UV-C)，波長280nm到315nm的為中波紫外線(UV-B)，波長315nm到400nm的為長波紫外線(UV-A)。紫外線的波長與能量成反比。波長越長，穿透皮膚或空氣能力越強。波長越短，能量越強，越容易導致皮膚病變。UV-D無法在空氣中有效傳播，而波長較短的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真皮，并對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，少量照射皮膚會促進血液循環(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，但當能量較高的UV-B長時間作用于皮膚時，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，能補充鈣質(zhì)，對人體是有益處的，一般一天曬15分鐘就足夠了，如果被紫外線過多輻射的話，就會損害人體的皮膚。除了曬黑曬傷皮膚，紫外線還會加速皮膚老化。短波紫外線燈利用汞原子特性在氣體放電時把汞蒸氣激發(fā)放射出254nm的UV-C和185nm的UV-D波長的紫外線，UV-A和和UV-B是254nm的UV-C照射對應(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，如果沒有防護措施，極易對人體造成巨大傷害。如果裸露的肌膚被這類紫外線燈照射，輕者會出現(xiàn)紅腫、疼癢、脫屑；重者甚至會引發(fā)癌變、皮膚腫瘤等。同時，它也是眼睛的“隱形sha手”，會引起結(jié)膜、角膜發(fā)炎，長期照射可能會導致白內(nèi)障。

再來說一下廢氣部分

VOC（揮發(fā)性有機物）主要包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯（TDI）、二異氰甲苯酯等和揮發(fā)性惡臭氣體如不飽和烴（如丁二烯、苯乙烯）、氮化物（如氨、甲基胺、糞臭素）、硫化物（如硫化氫、硫化甲基）、氯烴（如氯仿）、含氧烴（如丙酮）、植物精油（如樟腦油）等化合物。

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、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，化學法是化學洗滌、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+185 nm波長雙波段高效紫外線燈來處理廢氣在近兩年由國外傳至國內(nèi)，目前在國內(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來氧化有機廢氣。

二、光解光催化廢氣處理的技術(shù)特點：

  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)性有機物（VOC）、無機物、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家1993年頒布的（GB14554-93）惡臭污染物排放標準。美國環(huán)保署公布的九大類114種污染物均被證實可通過光解光催化氧化得到治理,即使對原子有機物如鹵代烴、燃料、含氮有機物、有機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小時連續(xù)工作，運行穩(wěn)定可靠。
     3.運行成本低：
       設(shè)備無任何機械動作，無噪音，無需專人管理和日常維護，只需作定期檢查，設(shè)備能耗低，設(shè)備風阻極低＜50pa，可節(jié)約大量排風動力能耗。其中TiO2 催化劑的壽命是無限延長的，無需更換。
    4.科技含量高：
       采用先進的高級氧化技術(shù)，突破單一體系的反應(yīng)局限，在整個反應(yīng)體系中，兩種氧化能力極強的氧化劑—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、場地狹小等特殊條件；優(yōu)質(zhì)進口材料制造，防水、防火、防腐蝕，使用壽命長。
      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。為了日后方便維護檢修，每個鎮(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.利用臭氧的強氧化性
     雙波段紫外線的光譜圖如下：

      其中185nm波長紫外線，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廢氣。

2.利用185nm波長的高能量紫外線來打斷分子鍵

185nm波長紫外線的光子能量高達647 KJ/mol，大多數(shù)化學物質(zhì)的分子結(jié)合能比185nm波長的的能量低，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)有機廢氣是C,H,O結(jié)構(gòu)的，且化學鍵小于185NM紫外線能量，所以能把這些有機廢氣在有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度，所以能通過185NM波長紫外線打斷分鍵來處理的有機廢氣基本是能和燈管表面接觸或燈管近距離的一部分。

結(jié)構(gòu)，二是同時氧化還原反應(yīng)，兩種作用其實是同時進行的。

3.利用254nm波長的紫外線的光催化作用來分解有機廢氣

  光催化原理是日本人發(fā)明的，這個目前在家用空氣凈化機上目前也被廣泛應(yīng)用，

由于這些特點，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廢氣。