本发明专利技术公开了一种利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其包括以下步骤：1）以VOCs蒸气为模拟废气，气体通过氯化钙或氧化钙进行干燥，对于酸碱废气先采用湿式或干式吸收洗涤和除尘处理；2）上述处理后的废气通入微波反应器进行催化热解反应，微波反应器中装有微波专用催化剂，催化剂主要以铁酸钙为主；3）在微波反应器的进口和出口进行气体在线监测，对反应器的处理效果、气体流量、气体停留时间进行检测，保证气体达标排放。本发明专利技术采用的微波闪速催化热解的方法，对高低浓度的VOCs气体都有较好的处理效果，缩短了时间，降低了反应温度，提高了分解率。因此本工艺具有净化效率高、能耗低、无二次污染的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用微波加热催化热解分解VOCs（挥发性有机化合物）的方法，属于微波化学催化及环保领域。
技术介绍
VOCs在室外，主要来自燃料燃烧和交通运输产生的工业废气、汽车尾气、光化学污染等；而在室内则主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。在室内装饰过程中，VOCs主要来自油漆、涂料和胶粘剂。一般油漆中VOCs含量在0.4--1.0mg/m3。由于 VOCs具有强挥发性，一般情况下，油漆施工后的10小时内，可挥发出90%，而溶剂中的VOCs则在油漆风干过程中只释放总量的25%。挥发性VOCs的危害很明显，当居室中VOC浓度超过一定浓度时，在短时间内人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退。VOCs伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。居室内VOCs污染已引起各国重视。挥发性VOCs对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质。国家新颁布的《民用建筑室内环境污染控制规范》中，室内空气中VOCs的含量，已经成为评价居室室内空气质量是否合格的一项重要指标。在此标准中规定的VOCs含量为Ⅰ类民用建筑工程：0.5 mg/ m3、Ⅱ类民用建筑工程：0.6mg/ m3。目前，常见的挥发性有机气体的治理技术主要可分为两大类: 一类是所谓非破坏性技术（回收法）， 此类方法包括活性炭吸附法（该技术可参见专利申请号为200710028462.4的专利中公开的相关技术）、冷凝法（该技术可参见专利申请号为201120148948.3）的专利中公开的技术、溶液吸收法（该技术可参见专利申请号为201110341724.9的专利中公开的技术）等常见的技术，一般通过改变一定工艺过程中压力、温度等物理条件使挥发性有机气体富集分离; 另一类是所谓破坏性技术（降解法），主要包括直接热解法（该技术可参见专利申请号为200810039311.3的文献中公开的技术）和光催化法（该技术可参见专利申请号为201210112303.3 的专利中公开的技术）等常见的技术，通过化学技术使VOCs转化为CO2、水及无毒或毒性较小的无机物。各种方法处理挥发性有机气体的工艺条件和要求具有不同应用范围和优缺点。譬如，冷凝工艺对低浓度的挥发性有机气体处理存在投资大、运行成本高的缺点，一般只适用于高浓度、小风量的挥发性有机气体治理;吸附法对于低浓度的挥发性有机气体具有很好的处理效果，但需要频繁地对吸附剂进行再生;直接热解法适合处理高浓挥发性有机气体，因其运行温度通常达到800-1200 ℃时，不但工艺能耗成本较高；光催化的方法由于处理量小，处理速率较低一直处于实验室研究阶段。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种净化效率高、能耗低、无二次污染的利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其关键技术在于：其包括以下步骤： 1）以VOCs蒸气为模拟废气，气体通过氯化钙或氧化钙进行干燥，对于酸碱废气先采用湿式或干式吸收洗涤和除尘处理；2）上述处理后的废气通入微波反应器进行催化热解反应，微波反应器中装有微波专用催化剂，催化剂主要以铁酸钙为主；在微波辐射过程中，通过控制微波功率来控制微波专用催化剂的温度，其功率范围在0-400KW；通过控制流速来控制气体在反应器中的停留时间， VOCs的停留时间为1-3S；3）在微波反应器的进口和出口进行气体在线监测，对反应器的处理效果、气体流量、气体停留时间进行检测，保证气体达标排放。所述微波反应器包括筒体组合以及与筒体组合连接的至少一组磁控管和波导管组合；所述筒体组合包括内筒以及与其固定连接的外筒，所述内筒为透波陶瓷管，所述外筒为内壁打磨光滑的不锈钢筒体；所述磁控管和波导管连通后由波导管与外筒连通；所述内筒内设有填料层，所述内筒和外筒之间设有用于保证腔体温度的硅酸铝保温棉；所述外筒的上下两端均设有防止微波泄漏的铝膜。所述内筒上部通过压紧块和定位座与外筒的上盖组件固定连接，所述外筒与内筒的下部连接处经密封圈和隔板密封，所述内筒的底部设有下盖组件和用于承托填料层的挡板，该挡板上开设有多个圆孔；所述挡板的下部设有下筒节，该下筒节下部设有法兰。所述外筒和波导管连接处借助可防止腔体内粉尘进入磁控管的云母片封闭，磁控管离微波腔体边缘的距离至少为20cm，所述波导管采用纯铜或镀银波导。所述微波反应器采用915MHz或2.45GHz，0-400 KW微波发生装置，所述微波反应器采用单管或多管组合方式。所述步骤2）中的催化剂制作步骤如下：（1）将100g氧化钙溶于500ml质量分数5-30%的氯化铁溶液中，以100-300r/min转速均匀搅拌，以100-500ml/min的流量吹入空气进行曝气，同时用NaOH溶液调节并稳定溶液pH至8-10，至胶状物消失且溶液呈泥浆状，结束搅拌；（2）将步骤（1）所得泥浆与碳化硅粉末按照质量比5:1混合均匀；（3）取步骤（2）所得产品，采用带式压滤机压滤脱水，得到滤饼；（4）将步骤（3）所得滤饼造粒，在80-120℃的烘箱中烘烤12-14h，得到催化剂半成品；（5）对步骤（4）所得的催化剂半成品，在N2气体条件下将原料放入常规高温马弗炉随炉升温至需要温度，控制温度900-1500℃，加热4-6h，后随炉冷却至室温，即得催化剂。所述步骤（2）中所述碳化硅粉末粒径为300目以上。 所述步骤（5）中所述N2通入流量为60-300ml/min。本专利技术的原理如下：微波加热主要是利用加热物质的吸波性能，将微波能直接转化成其内能，因不同物质的吸波性能不同，进而微波加热起到进行选择性加热的作用。根据前人研究可知，分子具有极性时其吸波性能较好，其原因是由于极性分子的结构使得其正负极性分居分子两端，形成了微观上的偶电距，而这种偶电距的形成有利于分子在微波场中的运动。在微波场内，具有偶电距的分子随着交变电场的变化在不断地发生“取向”和“驰豫”排列，而由于分子本身极性之间电场力的相互作用，产生相互排斥或吸引作用，在排斥或吸引下分子因动能增加而产生大量摩擦，进而由动能转变为内能，实现物质的加热。正是利用微波场中分子的以上特性，我们利用微波催化加速VOCs气体分子的分解和加热催化剂升温，从而达到闪速热解，提高VOCs去除率的效果。开始时，未饱和微波专用催化剂会吸附VOCs，但随着温度的迅速升高，VOCs在微波专用催化剂吸附位上分解脱附，当微波专用催化剂温度达到VOCs热解的临界温度时，开始催化热解，在处理过程中微波专用催化剂吸附和脱附VOCs速率达到平衡时，系统可以稳定检测催化热解VOCs后VOCs的去除率，平衡时间根据实验测定为5-8 min。 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、微波辐射阶段为VOCs气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其特征在于：其包括以下步骤： 1）以VOCs蒸气为模拟废气，气体通过干燥剂氯化钙或氧化钙进行干燥，对于酸碱废气先采用湿式或干式吸收洗涤和除尘处理；2）上述处理后的废气通入微波反应器进行催化热解反应，微波反应器中装有微波催化剂，催化剂主要以铁酸钙为主；在微波辐射过程中，通过控制微波功率来控制微波专用催化剂的温度，其功率范围在0‑400KW；通过控制流速来控制气体在反应器中的停留时间，VOCs的停留时间为1‑3S；3）在微波反应器的进口和出口进行气体在线监测，对反应器的处理效果、气体流量、气体停留时间进行检测，保证气体达标排放。
【技术特征摘要】
1.一种利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）以VOCs蒸气为模拟废气，气体通过干燥剂氯化钙或氧化钙进行干燥，对于酸碱废气先采用湿式或干式吸收洗涤和除尘处理；
2）上述处理后的废气通入微波反应器进行催化热解反应，微波反应器中装有微波催化剂，催化剂主要以铁酸钙为主；
在微波辐射过程中，通过控制微波功率来控制微波专用催化剂的温度，其功率范围在0-400KW；
通过控制流速来控制气体在反应器中的停留时间，VOCs的停留时间为1-3S；
3）在微波反应器的进口和出口进行气体在线监测，对反应器的处理效果、气体流量、气体停留时间进行检测，保证气体达标排放。
2.根据权利要求1所述的利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其特征在于：步骤2）中所述微波反应器包括筒体组合（7）以及与筒体组合（7）连接的至少一组磁控管（8）和波导管（9）组合；
所述筒体组合（7）包括内筒（17）以及与其固定连接的外筒（30），所述内筒（17）为透波陶瓷管，所述外筒（30）为内壁打磨光滑的不锈钢筒体；所述磁控管（8）和波导管（9）连通后由波导管（9）与外筒（30）连通；所述内筒（17）内设有填料层（14），所述内筒（17）和外筒（30）之间设有用于保证腔体温度的硅酸铝保温棉（16）；所述外筒（30）的上下两端均设有防止微波泄漏的铝膜（15）。
3.根据权利要求2所述的利用微波加热催化热解处理挥发性有机气体的方法，其特征在于：所述内筒（17）上部通过压紧块（18）和定位座（19）与外筒的上盖组件（22）固定连接，所述外筒（30）与内筒（17）的下部连接处经密封圈（11）和隔板（12）密封，所述内筒（17）的底部设有下盖组件（10）和用于承托填料层的挡板（23），该挡板（23）上开设有多个圆孔；所述挡板（23）的下部设有下筒节（27），该下筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭斌，王欣，任爱玲，张丁超，段二红，韩梦菲，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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