紫外光催化降解低浓度二硫化碳

陈宋辉

(南京工大环境科技有限公司，江苏 南京 210000)

紫外光催化降解低浓度二硫化碳

陈宋辉

(南京工大环境科技有限公司，江苏 南京 210000)

采用自制紫外光催化反应器降解低浓度二硫化碳模拟废气，考察了二硫化碳初始浓度、气速及相对湿度对二硫化碳降解率的影响。结果表明，在二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3、气速为2 m·s-1、相对湿度为50%时，二硫化碳降解率较高，达到76.8%；在紫外光催化反应器中填充蜂窝状分子筛能够改善反应器性能，二硫化碳降解率达到97.2%，较未填充时提高20.4%。

紫外光催化降解；二硫化碳；分子筛

作为一种重要的化学化工原料，二硫化碳在橡胶、冶金、粘胶纤维等行业得到广泛应用[1]。二硫化碳在使用过程中极易散发恶臭，且在平流层中容易发生光化学反应产生酸雨，严重影响环境和人体健康[2]。因此，如何降低二硫化碳对环境的危害、减少二硫化碳排放受到越来越多研究者的关注。

针对恶臭类污染物，目前常见的处理方法有吸收吸附法[3]、催化燃烧法、生物法、等离子体法等，这些方法经过不同程度的改进和优化，均在实际工程中得到很好的应用，但仍存在局限性。作者在此采用自制的紫外光催化反应器降解低浓度二硫化碳模拟废气，并考察了二硫化碳初始浓度、气速及相对湿度对二硫化碳降解率的影响，以期开发一种高效、低成本的废气处理技术。

1 实验

1.1 试剂与仪器

二硫化碳(分析纯)，高纯空气(99.999%)。

分光光度计，质量流量计，玻璃筛板式大气采样管。

1.2 实验装置(图1)

实验装置包括配气系统、反应器及检测系统。鼓吹气体发生瓶中的二硫化碳溶液带出二硫化碳蒸汽，并与另一支路的纯净空气在气体混合瓶中混合，通过质量流量计控制二硫化碳浓度，通过转子流量计控制自气体混合瓶进入紫外光催化反应器的气体流速。紫外光催化反应器为单管反应器，材质为石英，反应器长1 m，直径0.1 m，紫外灯管长度为0.8 m、功率为40 W。

图1 实验装置

1.3 二硫化碳浓度的测定

采用二乙胺分光光度法测定：串联2支各装有10 mL吸收液的玻璃筛板式大气采样管，以0.2～0.5 L·min-1的流量采样后，转移至容量瓶，稀释至10 mL，摇匀，15 min后测定吸光度。根据标准曲线按式(1)计算二硫化碳浓度，按式(2)计算二硫化碳降解率。

(1)

(2)

式中：c为二硫化碳浓度，mg·m-3；α为样品溶液中二硫化碳含量，μg；Vs为样品溶液定容体积，mL；Vnd为分析时所取样品溶液的体积，mL；V1为采样体积，L；η为二硫化碳降解率，%；c0为二硫化碳初始浓度，mg·m-3。

2 结果与讨论

2.1 二硫化碳初始浓度对二硫化碳降解率的影响

在室温(25 ℃)下，通过调节质量流量计得到不同初始浓度的二硫化碳气体，通过转子流量计控制紫外光催化反应器内气速为2 m·s-1，气体相对湿度保持在50%，考察二硫化碳初始浓度对二硫化碳降解率的影响，结果见图2。

由图2可知，二硫化碳降解率随着二硫化碳初始浓度的升高而降低。当二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3时，降解率最高，达到76.8%；当二硫化碳初始浓度升高到25 mg·m-3时，降解率降至27.8%。这是因为，反应器内紫外光激发产生的光量子数量是一定的，当二硫化碳初始浓度升高时，与单一二硫化碳分子碰撞的光量子数减少，导致二硫化碳降解率降低。因此，二硫化碳初始浓度以5 mg·m-3较为适宜。

图2 二硫化碳初始浓度对二硫化碳降解率的影响

2.2 气速对二硫化碳降解率的影响

二硫化碳在反应器内的停留时间是影响其降解率的重要因素。一般而言，停留时间越长，降解率越高；但停留时间过长，即气速过慢时，反应器在处理等量废气时会消耗更多的能量，从能量利用率和能耗方面来看，不适于工业化应用。

在室温(25 ℃)下，控制二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3、气体相对湿度为50%，通过转子流量计调节气速，考察气速对二硫化碳降解率的影响，结果见图3。

图3 气速对二硫化碳降解率的影响

由图3可知，随着气速的加快，反应器内二硫化碳停留时间缩短，二硫化碳降解率逐渐降低。当气速低于2 m· s-1时，二硫化碳降解率保持在较高水平，均在76.8%以上；当气速从2 m·s-1加快到5 m·s-1时，二硫化碳降解率明显降低；当气速继续加快至15 m·s-1时，降解率降至10.3%。表明，二硫化碳停留时间是影响其降解率的重要因素，气速过快导致气体在反应器内停留时间过短，二硫化碳降解不充分，导致降解率不高。因此，对于此自制紫外光催化反应器，当气速在2 m·s-1时，可以获得较高的二硫化碳降解率，同时能够相对降低由于停留时间过长而导致的能量消耗及单位时间处理量的减少。

2.3 相对湿度对二硫化碳降解率的影响

在实际应用时，由于空气湿度和生产工艺影响，二硫化碳废气中不可避免存在水气，且水气对185 nm紫外光具有较强的吸收能力。

为此，本实验在气体混合瓶与空气瓶之间加1个水洗瓶，通过控制两股气体流量调节气体相对湿度。在室温(25 ℃)、二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3、气速为2 m·s-1的条件下，考察相对湿度对二硫化碳降解率的影响，结果见图4。

图4 相对湿度对二硫化碳降解率的影响

由图4可知，相对湿度对紫外光催化降解低浓度二硫化碳影响较大。当相对湿度较高(89.3%)时，二硫化碳降解率达到95.3%；当相对湿度为0.5%时，二硫化碳降解率仅为10.4%。因此，在实际应用时，若相对湿度不高，应适当提高相对湿度，以提高降解率。综合考虑，相对湿度以50%较为适宜。

2.4 紫外光催化反应器性能优化

据报道[4]，185 nm紫外光下，空气中的O2会转化为O3，而O3具有强氧化性能够促进二硫化碳降解。因此在紫外光催化反应器中填充蜂窝状分子筛，延长O3在反应器内的停留时间可以进一步降解二硫化碳。同时由于分子筛具有较强的吸水能力(吸水率达到50%左右)，能够一定程度上截留气体中的水气，提高反应器内相对湿度，从而改善反应器性能。

为此，在二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3、气速为2 m·s-1、相对湿度为50%的最佳条件下，测定分子筛填充前后的二硫化碳降解率。结果发现，分子筛填充前后的二硫化碳降解率分别为76.8%和97.2%，填充分子筛后的二硫化碳降解率较填充前提高20.4%，且尾气中基本无O3。表明，填充分子筛能够提高紫外光催化反应器的性能。

3 结论

采用自制紫外光催化反应器降解低浓度二硫化碳模拟废气，考察了二硫化碳初始浓度、气速及相对湿度对二硫化碳降解率的影响。结果表明，在二硫化碳初始浓度为5 mg·m-3、气速为2 m·s-1、相对湿度为50%时，二硫化碳降解率较高，达到76.8%；在紫外光催化反应器中填充蜂窝状分子筛能够改善反应器性能，二硫化碳降解率达到97.2%，较未填充时提高20.4%。

[1] 白韬光.恶臭污染防治技术及工程实践[J].辽宁城乡环境科技,2002,22(5):36-40.

[2] 李续融,柳知非,庞德红.二硫化碳废气治理技术及其展望[J].污染防治技术,2010,23(5):72-76.

[3] 贾金平,李侃,方海军,等.活性炭及活性炭纤维对CS2的吸附行为研究及其方法探讨[J].环境化学,2011,30(1):351-356.

[4] 潘循皙,董文博,张仁熙,等.大气中紫外光作用下CS2及COS的转化反应[J].化学世界,2002(S1):94-96.

Ultraviolet Photocatalytic Degradation of Low-Concentration of Carbon Disulfide

CHEN Song-hui

(NJUTEnvironmentTechnologyCo.,Ltd.,Nanjing210000,China)

With a self-made ultraviolet photocatalytic reactor,the degradation of low-concentration of simulated waste carbon disulfide gas was conducted.The effects of initial concentration of carbon disulfide,gas velocity and relative humidity on degradation rate of carbon disulfide were investigated.Results indicated that,when the initial concentration of carbon disulfide was 5 mg·m-3,the gas velocity was 2 m·s-1,and the relative humidity was 50%,the degradation rate of carbon disulfide reached 76.8%.As adding honeycomb molecular sieves into the self-made ultraviolet photocatalytic reactor,the degradation rate of carbon disulfide could reach 97.2%,which improved by 20.4% than without honeycomb molecular sieves.

ultraviolet photocatalytic degradation;carbon disulfide;molecular sieve

2016-10-19

陈宋辉(1981-)，男，湖北黄梅人，工程师，主要从事材料研究应用与产业化工作，E-mail:13505174952@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.12.015

陈宋辉.紫外光催化降解低浓度二硫化碳[J].化学与生物工程，2016，33(12)：68-70.

X 701

A

1672-5425(2016)12-0068-03