[发明专利]挥发性有机物光-热联动催化分解效率实时评价系统及催化效率的不确定度分析评定方法

权利要求书

1.一种挥发性有机物光-热联动催化分解效率实时评价系统，其特征在于，该系统包括依次连通的校准配气装置、光-热联动催化分解装置、检测装置和数据采集处理装置；

校准配气装置用于提供气体；

光-热联动催化分解装置用于对挥发性有机气体的催化分解；

检测装置用于对气体进行成份及浓度检测；

数据采集处理装置用于对光-热联动催化分解装置反应条件及检测结果进行采集和分析处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的校准配气装置包括高纯气体存储罐，高纯气体存储罐通过第一气体管道与第一三通管接头相连通，第一三通管接头通过第二气体管道与光-热联动催化分解装置相连通；该装置还包括挥发性有机物标准气体存储罐，挥发性有机物标准气体存储罐通过第三气体管道与第一三通管接头相连通，第一三通管接头通过第二气体管道与光-热联动催化分解装置相连通；优选地，所述第一气体管道上依次设有第一气体减压阀、第一气体流量计、第一阀门；所述第三气体管道上依次设有第二减压阀、第二气体流量计、第二阀门。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的光-热联动催化分解装置包括光-热联动催化分解反应器以及与光-热联动催化分解反应器相连的控制器，控制器用于控制催化反应器的温度以及光源强度；优选地，所述的光-热联动催化分解反应器包括下端设有底壁、上端开口的中空圆柱型壳体，以及上端开口处的橡胶密封盖；还包括一端穿过橡胶密封盖伸入圆柱型壳体内的氙灯光源，氙灯光源外设有一层保护壳体，氙灯光源另一端在橡胶密封盖外、通过导线与控制器连接；保护壳体与中空圆柱型壳体之间填充有光催化剂；所述中空圆柱型壳体侧壁及底壁设置为中空双层结构，期间填充有加热元件，加热元件通过导线与控制器连接；更优选地，所述的光催化剂为过渡金属钒酸盐催化剂，该催化剂为由过渡金属钒酸盐催化剂包覆的微球形结构。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，保护壳与中空圆柱型壳体之间水平设有多个环形阻隔板，阻隔板一端与保护壳体壁连接、另一端与中空圆柱型壳体壁设有间隔，或者一端与中空圆柱型壳体壁连接、另一端与保护壳体壁之间设有间隔。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的检测装置还通过第四气体管道与第二三通管接头相连通，并通过第二三通管接头与光-热联动催化分解装置相连通，所述第四气体管道上设有第三阀门；优选地，所述的第四气体管道上还设有第三三通管接头，第三三通管接头通过第五气体管道与外界相连通，第五气体管道上设有第五阀门。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的检测装置为IGS红外光谱气体分析仪；优选地，光-热联动催化分解装置与检测装置相连通的气体管道上设有第四阀门。

7.采用权利要求1-6任一项所述的实时评价系统对挥发性有机物的催化效率的不确定度分析评定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、对挥发性有机物标准气体进行测量，建立标准工作曲线；

S2、采用实时评价系统对挥发性有机物样品气体进行催化分解，并根据标准工作曲线计算挥发性有机物样品气体的浓度；

S3、根据催化反应前气体的浓度及催化反应后气体的浓度即可计算得到催化分解效率公式：

式中，η表示挥发性有机物样品气体的分解效率；C₀表示催化反应前挥发性有机物样品气体的浓度；C_t表示催化反应后挥发性有机物样品气体的浓度；

S4、根据挥发性有机物气体催化分解效率公式可知其不确定度评价数学模型为：

分解效率η的方差为：

灵敏系数：

式中：u(η)表示挥发性有机物气体催化分解效率的合成标准不确定度；u(C₀)表示催化分解前挥发性有机物气体引入的标准不确定度；u(C_t)表示催化分解后挥发性有机物气体测量引入的标准不确定度；

S5、分析不确定度分量，进行不确定度分量计算，相对合成不确定度计算及相对合成扩展不确定度。

8.根据权利要求7所述的不确定度分析评定方法，其特征在于，所述的不确定度分量包括挥发性有机物气体标准工作曲线引入的标准不确定度；测量重复性引入的标准不确定度；测量仪器引入的标准不确定度；挥发性有机物标准气体引入的标准不确定度；

具体如下：

(1)标准工作曲线引入的标准不确定度，具体计算结果如下：

式中，u(y₁)表示线性回归过程中引入的标准不确定度，u(a)表示截距引入的标准不确定度，u(b)表示斜率引入的标准不确定度；

(2)测量重复性引入的标准不确定度

单次测量结果的标准偏差用贝塞尔公式计算：

式中，y_i表示挥发性有机物气体的吸收峰峰面积，i表示挥发性有机物气体吸收峰峰面积测量序号，i＝1、2、3、4、5……n，n表示挥发性有机物气体吸收峰峰面积测量次数，表示多次重复测量所得吸收峰面积的平均值，S(R₁)表示挥发性有机物气体吸收峰峰面积单次测量结果的标准偏差，

通常对催化分解测量3次取平均值，故3次测定挥发性有机物气体含量的平均值的标准不确定度：

(3)仪器测量引入的标准不确定度

挥发性有机物气体吸收峰面积定量测定所用IGS红外光谱仪的最大允差为1％，按均匀分布考虑，其相对标准不确定度为：

则所对应的标准不确定度为：

式中，表示多次重复测量所得吸收峰面积的平均值；

(4)标准气体引入的标准不确定度

挥发性有机物气体含量的相对扩展不确定度U_r都为2％，包含因子k＝2，则实验中标准气体引入的标准不确定度：

其中，相对合成不确定度计算具体如下：

合成标准不确定度：

则相对合成标准不确定度：

其相对合成扩展不确定度计算具体如下：取包含因子k＝2，则挥发性有机物气体催化分解效率评定相对合成扩展不确定度：

U_r＝2×u_r(η) 。