[发明专利]无极准分子灯光催化降解废气的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及废气降解领域，具体涉及一种无极准分子灯光催化降解废气的装置和方法。

背景技术

紫外光源已被广泛应用于微电子、医药、化工、卫生和环保等领域，成为一项基础性和关键性技术。上述所有应用均要求光源有较窄的辐射光谱和一定的辐射强度。对于传统的中、高压汞灯，其辐射光谱波长范围宽(从紫外区到可见区)，所需波长的紫外光光效低；低压汞灯和惰性气体灯能辐射窄带紫外光谱，但其光强相对较弱，影响到相应的光化学反应速率；激光光源虽然能辐射高强度、窄的光谱，但束斑尺寸小并且价格昂贵。而无极准分子紫外光源由于具有强辐射、窄辐射光谱、光电转换效率高、可塑性强、价格相对低廉等优点而成为一种新颖的高效非相干性光源。

传统的光源一般都是有电极的，由于灯中电极的存在，导致了一系列的问题：寿命短、点燃时间和稳定时间长、电极材料与发光物质选择范围小、形状变化少、光辐射利用率低及外加电路复杂等。

与传统的有极紫外光源相比，无极准分子紫外灯由于灯管内没有电极，发光物质选择范围大大拓宽，可得到传统紫外灯不能得到的紫外光波长。灯内可根据需求填充不同的物质，发出真空紫外到长波紫外范围的辐射，辐射功率强，光效较高，是适应光化学反应所需特定波长、高强度的新型紫外光源。

自20世纪80年代开始，无极准分子灯在光化学领域的研究逐渐增多。无极灯的紫外(Ultraviolet，UV)辐射在材料表面改性、干蚀刻、膜沉积、有机物的合成、光氧化污染治理等方面都有广阔的应用前景。由于该类光源没有电极，不会产生像其他放电光源那样由于电极氧化、损耗和封接密封问题引起的发黑现象，而且很少受工作电压(不再仅仅是220V，而可使用任意电压)、工作频率、工作电流(波形也不仅是正弦，可以是矩形波、脉冲波)的限制，在光效、光色、寿命、形状、填充材料等诸多品质上都取得了长足的进步。

准分子是对具有束缚的高能态(寿命为10^-6～10^-7s)和排斥(弱束缚)的基态分子(寿命10^-13s)的统称，也被称为三体碰撞无辐射复合或原子碰撞态。准分子只能在某些特殊的气体放电条件下才能产生，如介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)、高能电子束、α粒子、同步辐射、高频放电、微波放电、脉冲放电等条件。放电时，原子被激发到高的电子能级，这些激发态原子与基态原子或分子碰撞产生一个分子并借助第三者转移部分能量使之从高的振动激发态迟豫到低的振动激发态，成为相对稳定的分子，同时发出相应波长的紫外辐射。

目前应用于污染控制的主要是介质阻挡放电无极准分子紫外灯及微波放电无极灯，且无极准分子紫外灯应用于污染物的降解大部分还停留在水相污染物。

例如中国专利文献CN2592631Y(专利申请号：ZL02264075.4)公开了一种准分子紫外光源，它包括设有与高频高压电源电连接的电极的冷却水波管和其外套封的气体放电波管，这种光源能广泛用于水的循环消毒处理或光化学反应，当填充Xe和Cl₂混合气体时可以辐射出波长为308nm的紫外光。中国专利文献CN101857283B(专利申请号：ZL201010203436.2)公开了一种微波无极准分子灯处理废水的装置与灯的配气系统，处理废水的装置包括微波电源、微波发生器、无极准分子灯、废水处理池、微波发生器包括外壳、磁控管和谐振腔壳体。上述两份专利均是将无极准分子紫外灯应用于水相污染物。

关于将无极准分子紫外灯应用于气相污染物的技术方案，中国专利文献CN1319600C(专利申请号：ZL200510030278.4)公开了一种低浓度大风量恶臭气体的处理装置和方法，装置由过滤网、光解反应器、蜂窝活性炭床和风机依次连接组成，其中光解反应器采用172nm准分子紫外灯，该灯由外石英套管、外电极、内石英套管和内电极由外向里依次组成，外电极在外石英套管和内石英套管之间，内电极在内石英套管内侧。待降解的气体从外石英套管和反应器壁之间的空隙进入反应区，经光解反应器反应后的气流进入蜂窝活性炭床继续发生反应。该装置的原理是将无极准分子灯放置在反应器中间，气体从无极灯旁边流过时在光照下降解。

中国专利文献CN1216680C(专利申请号：01814678.3)公开了一种准分子UV光反应装置，将多支准分子灯与被照射体相对配置成并列状，在反应性气体环境气氛中自这些准分子紫外灯朝被照射体照射紫外光，从而使被照射体表面发生光化学反应。该装置的结构比较复杂，占地面积大，后期运行需要维护的设备也较多。

发明内容