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光解氧化技术在低浓度VOCs处理中的应用

光解氧化技术在低浓度VOCs处理中的应用

2017-11-22 袁昊 VOCnews VOCnews

有机物的键能表

真空紫外灯(VUV)可发射185nm和254nm波长的紫外光。其光子能量分别为647kJ/mol和472,kJ/mol,能直接光解空气中的水和氧气,生成羟基自由基、臭氧等高级氧化剂氧化去除VOCs

 

 

所需灯管数量的估算

 *一支150 W的真空紫外灯,我们依据质量较好的真空紫外灯的光电转化效率:185 nm紫外发光量为9%,254 nm紫外发光量为35%。

其极限输出可用能量: 

150 × (9%+35%) = 3.6 × 103 kJ   0.066kw?h=237.6kJ

 

 

以降解甲苯为例:

     甲苯包括一个苯环和一个甲基(一个苯环,一个碳碳单键和三个碳氢键)。苯环键能在2076 kJ/mol~2866 kJ/mol, C-C键能345.6 kJ/mol,C-H键键能415.3 kJ/mol。因此,1 mol甲苯完全转化为CO2和H2O需要3667.5 kJ。

        设风量10000 m3/h,使甲苯浓度降低50 mg/m3。所需降解甲苯重量:10000 m3/h × 50 mg/m3=500 g,所需降解甲苯摩尔量:500÷92.14=5.4265 mol(1 mol甲苯92.14 g)

降解 5.4265 mol甲苯所需能量:5.4265 mol× 3667.5 kJ/mol=19901.78kJ.

        提供19901.78 kJ所需150 W真空紫外灯量:19901.78÷237.6= 83.76支

 

 

光解的基本原理

UV光照射于反应介质中的其他物质(光敏物质),然后由这些物质将能量传递给待处理的污染物,而使其得到分解。

(常见的光敏化物质:Fe3+、Fe2+、腐殖酸、多环芳香烃化合物等。这些物质有些能接受光能后转变成更高价态的氧化态,有的则能够产生氧自由基来降解污染物。)

 UV光照射反应介质中的某些物质如H2O、O3、等,产生氧化性极强的激发态物质?OH、?O等

 

 

              

 实验结果表明:

1. 紫外光解过程中。OH氧化活性最强,反应速度最快,在单位时间内可以提高光解效率。

2. OH扩散进反应介质中,并与大部分有机物分子反应。

3. 降解的反应速率随着压力的减少而增大

4. 当反应器中的流体从层流转变为湍流时,大分子有机物有逐渐团聚的趋势。

 

甲苯的降解进程

                                                                                                                                                                                                                                              1、甲苯经真空紫外协同臭氧氧化,羟基自由基氧化生成中间产物苯甲醛,苯甲醛进一步被氧化为苯甲酸。

2、甲苯分子中的甲基取代基与苯环之间的碳碳键键能为3.6ev,比苯环的碳碳键和碳氢键键能都低,因此,甲基取代基与苯环之间的碳碳键最容易断裂。苯在真空紫外作用下开环生成链状不饱和烃。

3、甲苯可在真空紫外作用下直接开环生成链状不饱和烃。

 

 

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