[发明专利]一种气固吸附和光催化反应的固定床反应评价装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气体吸附及光催化反应领域，具体地，涉及一种气固吸附和光催化反应的固定床反应评价装置及方法。

背景技术

随着我国城市化和工业化进程的快速推进，导致空气污染越来越来严重，故合理地开发和利用能源以及加强对环境污染的控制正成为当今世界共同关注的主题。2016年《BP世界能源展望》显示：化石能源(石油、天然气和煤炭)仍为世界经济提供动力的主导能源，占能源增加量的约60％，然后，大量的硫化物，特别是有机硫化物存在于化石能源中，如二硫化碳(CS₂)、羰基硫(COS)、硫醇、硫醚和噻吩等，这些含硫有机物不仅具有很强的毒性和腐蚀性，严重影响着化石能源的加工和利用，而且硫化物会严重腐蚀管道、设备。且在进一步转化过程中将导致催化剂中毒或增加处理工艺的复杂性。

含硫有机物在化石能源中种类非常多，石油、天然气和煤炭中存在大量的硫污染物，其中天然气含有的主要硫化物为有机硫化合物和H₂S，通称为酸性组分，将酸性组分含量超过管输气或商品气质量要求的天然气称为酸性天然气或含硫气。天然气中的酸性组分会产生以下的危害：会造成金属腐蚀；污染环境；引起催化剂中毒；降低天然气的热值。由于物理吸收法流程简单，海上采出的天然气常常选用这类方法，但一般的物理方法不容易将其完全去掉。如上所述，有机硫污染物的存在直接影响着石油、天然气和煤炭的加工和使用，因此，如何最大程度地减少化石能源中的含硫污染物已经成为急于解决的一个问题。

为了降低有机硫化物对生态环境的破坏，科研工作者们对此进行了深入研究。目前，应用在工业中脱硫方法主要有加氢脱硫、吸附脱硫、氧化脱硫以及生物脱硫等等。但上述脱硫方法都存在不足之处，如加氢脱硫需要苛刻的反应条件，如高压、高温和合适的催化剂；吸附脱硫虽然工艺过程简单，无污水、污酸处理问题，能耗低，但是脱硫效率较低，设备庞大、投资大、占地面积大，操作技术要求高，吸附剂饱和后需要再生或者更换等。上述方法难以满足日益严格的排放法规及人民群众对改善空气质量的迫切需求，故急需开发新的去除有害气体的技术。

光催化技术因其有很多优点而在环保方面显示出很大的优势，其优点有选择性好、操作条件温和收率高等。光催化技术最早应用于除去工业废水中的有害物质，随着科学研究的深入和对光催化的进一步研究，使得光催化技术的应用领域进一步拓展。特别是进入20世纪90年代后，光催化技术与其他技术的组合，在处理工业废水和挥发性有机物的脱除领域体现出了巨大的潜能。故设计了一种用于气固吸附和光催化反应的固定床反应装置及方法。

发明内容

本发明针对现有技术中有机污染物处理技术不足，在吸附脱除有机污染物的基础上提出一种气固吸附和光催化氧化净化气体中有机污染物的新方法，该方法将气固吸附和光催化氧化技术结合，使得有机污染物发生光催化氧化，最终实现有机污染物高效稳定的降解。

本发明的另一目的在于提供一种气固吸附和光催化反应的固定床反应评价装置。

本发明的上述目的是通过以下的技术方案予以实现的。

一种气固吸附和光催化反应的固定床反应方法，包括如下步骤：

S1.气固吸附：含有有机污染物的混合气通过压力差进入固定床反应评价装置，气体到达反应器时催化剂开始吸附，直至催化剂吸附饱和；

S2.光催化氧化：启动反应器内的灯光，吸附饱和的催化剂开始进行光催化反应，直至吸附在催化剂上的气体污染物反应完全；

所述催化剂可以是粉末状、颗粒状或其它形状的固体催化剂，该催化剂可是单组分的，也可以是二组分或者多组分构成，合成该催化剂的方法很多，可以通过高温固相法、水热法和溶胶-凝胶等方法合成。

现有研究表明，气固吸附和光催化氧化降解有机污染物相比直接通过吸附脱除有机污染物，其降解效果和催化剂的稳定性要更好。因为吸附法脱除有机污染物的效率低，设备庞大、投资大、占地面积大，操作技术要求高，吸附剂饱和后需要再生或者更换，而气固吸附和光催化氧化技术结合不仅解决了上述吸附法脱除有机污染物的弊端，而且反应条件简单，易于操作，催化剂在催化过程中无损失、无消耗且具有较高循环利用率。

本发明将气固吸附和光催化氧化有效结合起来，两个步骤相互影响，协同作用，实现气体污染物高效稳定降解。本发明方法具有净化效率高、反应温和、过程简单、性能稳定以及经济适用等诸多优点，其能为挥发性有机物治理提供一种新的、效率高的以及经济的解决方法。