用紫外芬頓試劑凈化室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體(1)

1、    用紫外/芬頓試劑凈化室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體(1)    本文以銷基苯為例，實(shí)驗(yàn)分析了利用紫外線/芬頓試劑（UV/Fenton）凈化室內(nèi)可揮發(fā)性有機(jī)氣體（VOCs）的機(jī)理、過程、影響因素和處理效果，反應(yīng)在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。過程中形成的羥自由基·OH具有極強(qiáng)的氧化性，并引發(fā)了與氣態(tài)污染物間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。并針對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和具體途徑，提出了我們的一些看法關(guān)鍵詞 VOCs UV/Fenton法 凈化 羥自由基    1 前言室內(nèi)揮發(fā)性

2、有機(jī)物（VOCs）惡化了室內(nèi)空氣品質(zhì)，使傳統(tǒng)的空氣處理方法受到了挑戰(zhàn)。對(duì)于復(fù)雜的VOCs成分，具有明顯針對(duì)性的敏感檢測(cè)器的研究和生產(chǎn)還不能滿足實(shí)際需求。目前采用的高級(jí)氧化處理（例如臭氧和多種光催化氧化材料）對(duì)有害氣體具有普適性。然而利用臭氧氧化方法處理室內(nèi)空氣，由于它的安全性面在一定程度上受到限制。TiO2及表面修飾的各種光催化劑的應(yīng)用規(guī)模還較小，此外與TiO2材料接觸的支撐材料還會(huì)在實(shí)施過程中出現(xiàn)老化等問題。Fenton氧化法自1894年H.J.H.Fenton發(fā)明以來，在廢水處理中得到廣泛應(yīng)用19。這種由H2O2和金屬鹽（Fe2 ）組成的引發(fā)體系分解活化能很低，在室溫下就可引發(fā)污染物的氧化

3、還原反應(yīng)。亞離子作為催化劑，使其分解活化能較H2O2單獨(dú)分解的活化能大大降低。加入紫外線外光（UV）輻射，可顯著提高芬頓試劑的氧化效果。硝基苯是難溶難降解的劇毒油狀物質(zhì)。銷基是強(qiáng)鈍化基，銷基苯須在較強(qiáng)的條件下才發(fā)生親電取代反應(yīng)，生成間位產(chǎn)物。本文以銷基苯廢氣作研究對(duì)象，討論了它的氧化機(jī)理、實(shí)驗(yàn)方法、影響因素，并對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用提出我們的一些看法。2 硝基苯的氧化機(jī)理4、5室溫下芬頓試劑可發(fā)生如下反應(yīng)： 受到UV輻射時(shí)，下述離解過程可同時(shí)進(jìn)行 其中羥自由基·OH具有極強(qiáng)的氧化性，作為活性中間體，反應(yīng)中只能瞬間存在，它不僅能使有機(jī)污染物降解、礦化，還可使相鄰的同種或不同種分子反應(yīng)過

4、渡到新的激發(fā)態(tài)。 硝基苯廢氣降解的過程由液相開始， 溶液對(duì)硝基苯的吸收是凈化過程的重環(huán)節(jié)。反應(yīng)產(chǎn)物主為二氧化碳，有機(jī)酸及NO2-等。3 實(shí)驗(yàn)方法與分析103.1 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)流程如圖1。廢氣由反應(yīng)器底部布?xì)忸^進(jìn)入，自下而上與Fenton溶液充分接觸、反應(yīng)，UV輻照可同時(shí)進(jìn)行。凈化后的氣體由頂部排出，或進(jìn)行循環(huán)處理。圖1 UV/Fenton法處理硝基苯廢氣流程簡圖1-氣溫泵； 2-空氣過濾器；3-調(diào)節(jié)閥；4-氣體流量計(jì)；5-配氣瓶；6-緩沖瓶；7-UV/Fenton反應(yīng)器；8-采樣口；9- Fenton試劑；10-排空口；11-紫外燈；12-循環(huán)氣泵；13-排氣口；14-循環(huán)液泵利用氣相色譜法（

5、電子捕獲）分析處理前后硝基苯濃度。配制初始硝基苯廢氣濃度C0=200mg/m3，滌洗器內(nèi)pH調(diào)整為4，加入Fe2 ，使Fe2 =20 mg/L，反應(yīng)器溫度15，循環(huán)氣泵流量Q=1L/min，反應(yīng)時(shí)間為1h。32 影響因素和分析硝基苯在UV/Fenton作用下具有較好的去除效果，且H2O2濃度對(duì)去除效果有明顯影響。去除效率隨H2O2濃度增大而增大，到33mg/L時(shí)，去除效果較好，而當(dāng)H2O2用量再增大，效果并不隨之增高。這是因?yàn)樵谝欢舛确秶鷥?nèi)，隨H2O2濃度增大，被紫外光和Fe2 所產(chǎn)生的·OH增多，氧化性增強(qiáng)，大量的·OH有助于克服苯環(huán)上-NO2的吸電子作用。但H2O2過

6、高，所產(chǎn)生的·OH有助于克服苯環(huán)上的-NO2吸電子作用。但H2O2過高，所產(chǎn)生的·OH在沒有與有機(jī)物反應(yīng)之前就相互碰撞而重新生成了H2O27，從而出現(xiàn)降解率反而下降的趨勢(shì)。固定H2O2濃度33mg/L，其他條件不變，改變用量來測(cè)定Fe2 對(duì)去除效果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe2 為4mg/L時(shí)，硝基苯降解率最高，F(xiàn)e2 濃度再增大或減小，去除率都逐漸下降。這是因?yàn)楫?dāng)Fe2 濃度增大時(shí)，其對(duì)H2O2分解作用逐漸加強(qiáng)，使H2O2分解為·OH，提高了體系的氧化能力。但當(dāng)Fe2 濃度過高時(shí)，F(xiàn)e2 分解H2O2的過程中會(huì)產(chǎn)生Fe3 ，而Fe3 在pH為4時(shí)以Fe（OH）2 形式存在

7、，對(duì)290400nm范圍內(nèi)的紫外光有較大吸收，從而降低了紫外線的強(qiáng)度，導(dǎo)致硝基苯去除率下降。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，改變pH值，考察pH對(duì)硝基苯去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)表明pH為47之間時(shí)除效果較好。這可能是因?yàn)樵趐H為47之間Fe3 以Fe（OH）2 形式存在，在紫外光照射下，F(xiàn)e（OH）2 有如下反應(yīng) 因此，三價(jià)鐵的羥基絡(luò)離子吸收紫外光，生成·OH和Fe2 ，F(xiàn)e2 反過來又可以加速H2O2的分解，使H2O2分解率增大4。另外循環(huán)流量的變化，直接影響廢氣在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間和傳質(zhì)效率，因此影響去除效果。化學(xué)吸收過程為擴(kuò)散過程和化學(xué)反應(yīng)過程的結(jié)合，這就需為傳質(zhì)提供較大的液面面積和加速傳質(zhì)不飽和

8、層的更新以加大傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，適當(dāng)增加氣-液相的擾動(dòng)程度，還能有效的控制反應(yīng)時(shí)間，可提高去除效率，Q為1L/min時(shí)，去除率為69.15%，當(dāng)Q再繼續(xù)增大，去除率反而下降。    4 通風(fēng)空調(diào)中應(yīng)用考慮的幾個(gè)問題            摘 本文以銷基苯為例，實(shí)驗(yàn)分析了利用紫外線/芬頓試劑（UV/Fenton）凈化室內(nèi)可揮發(fā)性有機(jī)氣體（VOCs）的機(jī)理、       

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10、然空氣中的UV輻射會(huì)有臭氧產(chǎn)生，但不會(huì)構(gòu)成反應(yīng)的主體因素。確定新風(fēng)量時(shí)，應(yīng)考慮主污染物的最大深度、去除效率和容許標(biāo)準(zhǔn)值。系統(tǒng)中配以相應(yīng)的控制裝置和檢測(cè)儀表，以便對(duì)瞬間形成的中間產(chǎn)物作必的分析；以及設(shè)備的必防腐措施。5 總結(jié)UV/Fenton法是一種氧化能力極強(qiáng)的高級(jí)氧化工藝，起主氧化作用的是過氧化氫分解產(chǎn)生的羥自由基·OH。溶液中的H2O2濃度、Fe2 濃度、pH、反應(yīng)時(shí)間都對(duì)H2O2分解產(chǎn)生影響。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)控制以上因素使其在最佳反應(yīng)條件下進(jìn)行。在UV照射和Fe2 催化的聯(lián)合作用下，能有效地提高低溶解性和難氧化降解的有機(jī)氣態(tài)污染物在反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)效率和氧化反應(yīng)速率。反應(yīng)易于控制和調(diào)

11、節(jié)，應(yīng)用性較強(qiáng)。反應(yīng)可在很短的時(shí)間進(jìn)行，最終產(chǎn)物是CO2和H2O。運(yùn)用該方法處理室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物，是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的可行方法，可用于各類公用建筑和一些生產(chǎn)環(huán)境的室內(nèi)空氣治理。參考文獻(xiàn)1 S.M.Kim and A. Vogelpoh1. Degradation of Organic Pollutants by the Photo-Fento Process 1 J. Chem Eng. Techno., 1998, 21 (2): 1871912 L.Lunar, D.Sicilia, S. Rubio, et al. Degradation of Photographic Develope

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