自制复合式臭氧消毒机及其应用

＊张坤 文胜祺 徐铁军

（沈阳工业大学石油化工学院 辽宁 111003）

引言

20世纪70年代中期才开始研究臭氧技术，随着我国在桶装水生产中强制使用臭氧技术的出台，对整个臭氧行业的发展起到了巨大的推动作用[1]。目前，市场上臭氧式消毒机可用于水果，蔬菜，饮用水，空气微生物等消毒，而作为净化空气或降解污水的研究也有大量报道[2-5]。臭氧在实验室的消毒应用的基础研究少，例如，臭氧在消毒实验室的同时还能进行药品的保鲜，相关的工艺研究偏少，在市面上至今也未见过此类消毒机。同时，臭氧发生的成本过高，臭氧发生器的产率过低。以上因素都影响了臭氧在我国的应用和推广[6]。本文自制一台简易复合式臭氧消毒机，采用氧化铝（Al2O3）膜固载铜-锰系催化剂，利用电极产生的臭氧在催化剂作用下分解一些实验室常见的有害气体，达到净化的目的。

1.研究内容

利用自制的复合臭氧机对实验室常见的有害气体进行臭氧降解处理。具体内容如下：

（1）以空气作为产生臭氧的气源，采用丝网印刷法制备臭氧发生片。选择合适的电极材料，包括：导电相（功能相）、粘结相和有机载体[7]；

（2）利用陶瓷膜负载铜-锰系催化剂，制作一个膜反应器，在臭氧作用下降解有害物；

（3）整合臭氧发生装置与膜反应器，形成一个复合臭氧消毒机。

2.臭氧消毒机的制作

(1)臭氧发生器

本文采用交变高压电场使含氧气体高能自由电子，从而离解氧分子并聚合生成臭氧分子。臭氧输出产量可达10g/h，臭氧浓度可达110mg/L。自制臭氧发生器的各主要部件见图1。

图1 臭氧发生器主要部件示意图

(2)膜反应器

本文采用高通量的Al2O3材料作为膜基质，使用沉积-煅烧的方法优化制备CuMn2O4催化分离膜[8]。使用沉积结合煅烧的方法制备改性陶瓷膜：采用超声波将复合催化剂CuMn2O4分散于去离子水中，用氮气驱动CuMn2O4水溶液覆盖至Al2O3膜上。将该膜在45℃的真空干燥箱中干燥12h，在马弗炉中300℃下煅烧，负载3-4次。制备装置如图2所示。

图2 催化分离复合膜制备装置示意图

(3)复合臭氧消毒机

整合臭氧发生器与膜反应器。设置一静态混合器，使被处理物与臭氧充分接触后进入膜反应器进行氧化降解。复合臭氧消毒机的整体工作流程示意图见图3。

图3 复合臭氧消毒机的工作流程示意图

3.臭氧消毒机的应用效果

(1)处理有害气体

分别选取甲苯、甲醇、三氯甲烷三种有害气体进行降解。有机物的浓度均为80mg/L，流量为20L/h，臭氧浓度为110mg/L，降解效果见图4。

图4

从图中可以看出随着臭氧通入量的升高，三种含有机物气体的降解效率均有明显的提高，在8～10g/h时效果趋于稳定；对于实验所选的三种含有机物气体，甲苯气体的降解效果最好，甲醇气体次之，三氯甲烷气体降解效果最弱。

(2)处理污水

以含苯酚的废水作为实验对象，苯酚的浓度为100mg/L，流量为6L/h；臭氧浓度为110mg/L，降解效果见图5。

图5

从图中可以看出随着臭氧通入量的升高，含有苯酚污水的去除率和COD降解率都大大提高，降解效率均有明显的提高，在臭氧通入量达到10g/h时，苯酚的去除率为92.3%，COD的降解率为86.0%。

4.结论

通过自制的复合式臭氧消毒机对实验室的常见的有害气体和污水进行了处理，效果显著。但在臭氧发生器的产气量和臭氧浓度方面可以有进一步的提高，另外可不同的催化剂负载成膜组件，对实验室可能存在的其他有害气体、污水进行降解实验。