自制復(fù)合式臭氧消毒機及其應(yīng)用

＊張坤 文勝祺 徐鐵軍

（沈陽工業(yè)大學(xué)石油化工學(xué)院 遼寧 111003）

引言

20世紀(jì)70年代中期才開始研究臭氧技術(shù)，隨著我國在桶裝水生產(chǎn)中強制使用臭氧技術(shù)的出臺，對整個臭氧行業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用[1]。目前，市場上臭氧式消毒機可用于水果，蔬菜，飲用水，空氣微生物等消毒，而作為凈化空氣或降解污水的研究也有大量報道[2-5]。臭氧在實驗室的消毒應(yīng)用的基礎(chǔ)研究少，例如，臭氧在消毒實驗室的同時還能進行藥品的保鮮，相關(guān)的工藝研究偏少，在市面上至今也未見過此類消毒機。同時，臭氧發(fā)生的成本過高，臭氧發(fā)生器的產(chǎn)率過低。以上因素都影響了臭氧在我國的應(yīng)用和推廣[6]。本文自制一臺簡易復(fù)合式臭氧消毒機，采用氧化鋁（Al2O3）膜固載銅-錳系催化劑，利用電極產(chǎn)生的臭氧在催化劑作用下分解一些實驗室常見的有害氣體，達到凈化的目的。

1.研究內(nèi)容

利用自制的復(fù)合臭氧機對實驗室常見的有害氣體進行臭氧降解處理。具體內(nèi)容如下：

（1）以空氣作為產(chǎn)生臭氧的氣源，采用絲網(wǎng)印刷法制備臭氧發(fā)生片。選擇合適的電極材料，包括：導(dǎo)電相（功能相）、粘結(jié)相和有機載體[7]；

（2）利用陶瓷膜負(fù)載銅-錳系催化劑，制作一個膜反應(yīng)器，在臭氧作用下降解有害物；

（3）整合臭氧發(fā)生裝置與膜反應(yīng)器，形成一個復(fù)合臭氧消毒機。

2.臭氧消毒機的制作

(1)臭氧發(fā)生器

本文采用交變高壓電場使含氧氣體高能自由電子，從而離解氧分子并聚合生成臭氧分子。臭氧輸出產(chǎn)量可達10g/h，臭氧濃度可達110mg/L。自制臭氧發(fā)生器的各主要部件見圖1。

圖1 臭氧發(fā)生器主要部件示意圖

(2)膜反應(yīng)器

本文采用高通量的Al2O3材料作為膜基質(zhì)，使用沉積-煅燒的方法優(yōu)化制備CuMn2O4催化分離膜[8]。使用沉積結(jié)合煅燒的方法制備改性陶瓷膜：采用超聲波將復(fù)合催化劑CuMn2O4分散于去離子水中，用氮氣驅(qū)動CuMn2O4水溶液覆蓋至Al2O3膜上。將該膜在45℃的真空干燥箱中干燥12h，在馬弗爐中300℃下煅燒，負(fù)載3-4次。制備裝置如圖2所示。

圖2 催化分離復(fù)合膜制備裝置示意圖

(3)復(fù)合臭氧消毒機

整合臭氧發(fā)生器與膜反應(yīng)器。設(shè)置一靜態(tài)混合器，使被處理物與臭氧充分接觸后進入膜反應(yīng)器進行氧化降解。復(fù)合臭氧消毒機的整體工作流程示意圖見圖3。

圖3 復(fù)合臭氧消毒機的工作流程示意圖

3.臭氧消毒機的應(yīng)用效果

(1)處理有害氣體

分別選取甲苯、甲醇、三氯甲烷三種有害氣體進行降解。有機物的濃度均為80mg/L，流量為20L/h，臭氧濃度為110mg/L，降解效果見圖4。

圖4

從圖中可以看出隨著臭氧通入量的升高，三種含有機物氣體的降解效率均有明顯的提高，在8～10g/h時效果趨于穩(wěn)定；對于實驗所選的三種含有機物氣體，甲苯氣體的降解效果最好，甲醇?xì)怏w次之，三氯甲烷氣體降解效果最弱。

(2)處理污水

以含苯酚的廢水作為實驗對象，苯酚的濃度為100mg/L，流量為6L/h；臭氧濃度為110mg/L，降解效果見圖5。

圖5

從圖中可以看出隨著臭氧通入量的升高，含有苯酚污水的去除率和COD降解率都大大提高，降解效率均有明顯的提高，在臭氧通入量達到10g/h時，苯酚的去除率為92.3%，COD的降解率為86.0%。

4.結(jié)論

通過自制的復(fù)合式臭氧消毒機對實驗室的常見的有害氣體和污水進行了處理，效果顯著。但在臭氧發(fā)生器的產(chǎn)氣量和臭氧濃度方面可以有進一步的提高，另外可不同的催化劑負(fù)載成膜組件，對實驗室可能存在的其他有害氣體、污水進行降解實驗。