一种气固流化床光催化设备 【技术领域】
本发明涉及一种气固流化床光催化设备，具体是一种具有传热、传质效率高，易实现大规模处理和连续操作，能更好地实现反应物、催化剂与入射光的充分接触，提高光催化效率等优点的气固流化床光催化设备。
背景技术
反应器的结构可分为固定床和流化床，目前的研究大多采用固定床，它存在入射光不能穿透床层内部，光利用率不高，所占空间大，处理规模小，不能连续操作，光催化效率低等缺陷。
【发明内容】
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种气固流化床光催化氧化设备。本发明是一种气固流化床光催化装置，主要通过采用气固流化床反应器替换固定床，解决固定床的光利用率不高、光催化效率低等缺点，从而实现连续进行污染物的处理、连续操作、光利用率高、光催化效率高的过程。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种气固流化床光催化设备，包括气固流化床1及光源2，气固流化床1具有环状结构，由外管5及内管6构成，光源2垂直置于内管6的中心；在内管6的底端设有分布板7；外管5的底部设有气体进口4，顶部设有气体出口3。
气固流化床1的外管5具有层状结构，底层具有圆锥状结构，圆锥的底端为气体进口4；中间层及顶层具有圆柱状结构，顶层圆柱地管径大于中间层圆柱的管径。
内管与外管皆为石英管，内管与外管之间的环形区为反应区，其间填充TiO2/硅胶催化剂。
内管底端的分布板所用的材料为G1砂芯板，光源2为紫外光灯。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的气固流化床光催化氧化系统，流化床中催化剂的剧烈运动提高整个床层的传质效率，催化剂的受光照表面也会由于催化剂的运动而增多，提高光的利用率，该系统可在加热和通入高速气体的情况下发生光催化反应，从而使催化剂再生，实现连续操作，克服了固定床反应器的入射光部能穿透床层内部、光利用率不高、所占空间大、处理规模小、不能连续操作、光催化效率低等缺陷。
说明书附图
图1为本发明的结构示意图；
图2为实施方式中的流化床光催化氧化甲苯工艺流程图。
【具体实施方式】
以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明。
本发明的气固流化床光催化装置的结构如附图1所示，包括气固流化床1及光源2，气固流化床1具有环状结构，由外管5及内管6构成，光源2垂直置于内管6的中心；在内管6的底端设有分布板7；外管5的底部设有气体进口4，顶部设有气体出口3。
气固流化床1的外管5具有层状结构，底层具有圆锥状结构，圆锥的底端为气体进口4；中间层及顶层具有圆柱状结构，顶层圆柱的内径大于中间层圆柱的内径。
在本实施方式中，内管6的管径为39mm，外管5顶层的管径为60mm，中间层的管径为49mm。
内管与外管皆为石英管，内管与外管之间的环形区为反应区，其间填充TiO2/硅胶催化剂。
内管底端的分布板所用的材料为G1砂芯板，光源2为紫外光灯。
本发明的工作原理为：气体由底端的气体进口以一定速率一定浓度进入流化床，经过分布板后，进入环形反应区，由于气体有一定速率，就使得环形反应区内的催化剂运动，逐渐形成流态化，气体在一定的紫外光强度照射下与流态化的催化剂充分反应后，得到降解，从顶端的气体出口排出。
在本实施方式中，以钛酸丁酯为前驱物，在乙醇中水解、缩合，使溶液经溶胶-溶剂化过程得到溶胶，这种方法工艺较为简单，条件温和，分布均匀，可将纳米二氧化钛的制备与负载一次完成，是目前最为常用和具有前景的方法。
为了满足实际的光催化反应要求，通常将利用热、超声波或微波等形式的能量，把载体的微孔结构扩大，使催化剂进入孔中均匀分布并在载体上固定下来，构成复合催化剂，或制成光催化膜，从而克服悬浮颗粒催化剂难于回收，不利于工业应用的缺点。硅胶是较为常见的流化床填料之一，其流化性能较好，易于与二氧化钛结合，且价廉易得，因此本实验中用其作纳米二氧化钛的载体。
如附图2为流化床光催化氧化甲苯工艺流程图，图2中钢瓶内空气分三部分，一部分直接进入缓冲瓶，一部分通入甲苯瓶形成甲苯混合气进入缓冲瓶，一部分通入水瓶形成湿润空气进入缓冲瓶。各支管的气体流量由各阀门调节，由流量计显示流量。缓冲瓶内混合气体由反应器底部进入，经过催化剂层后由顶部排出。在反应器的进、出口旁路采样口处分别抽取气样，由GC900A型色谱分析仪分析得出进出口处混合气甲苯色谱图，进而得出甲苯的降解率。
本实施方式中，用初始浓度为60mg·m-3的甲苯气体，它通过床层的表观气速为4.0cm·s-1，紫外光强度为15W，在此条件下，甲苯的转化率可达97.2％。