紫外光催化降解低濃度二硫化碳

陳宋輝

(南京工大環境科技有限公司，江蘇 南京 210000)

紫外光催化降解低濃度二硫化碳

陳宋輝

(南京工大環境科技有限公司，江蘇 南京 210000)

采用自制紫外光催化反應器降解低濃度二硫化碳模擬廢氣，考察了二硫化碳初始濃度、氣速及相對濕度對二硫化碳降解率的影響。結果表明，在二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3、氣速為2 m·s-1、相對濕度為50%時，二硫化碳降解率較高，達到76.8%；在紫外光催化反應器中填充蜂窩狀分子篩能夠改善反應器性能，二硫化碳降解率達到97.2%，較未填充時提高20.4%。

紫外光催化降解；二硫化碳；分子篩

作為一種重要的化學化工原料，二硫化碳在橡膠、冶金、粘膠纖維等行業得到廣泛應用[1]。二硫化碳在使用過程中極易散發惡臭，且在平流層中容易發生光化學反應產生酸雨，嚴重影響環境和人體健康[2]。因此，如何降低二硫化碳對環境的危害、減少二硫化碳排放受到越來越多研究者的關注。

針對惡臭類污染物，目前常見的處理方法有吸收吸附法[3]、催化燃燒法、生物法、等離子體法等，這些方法經過不同程度的改進和優化，均在實際工程中得到很好的應用，但仍存在局限性。作者在此采用自制的紫外光催化反應器降解低濃度二硫化碳模擬廢氣，并考察了二硫化碳初始濃度、氣速及相對濕度對二硫化碳降解率的影響，以期開發一種高效、低成本的廢氣處理技術。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

二硫化碳(分析純)，高純空氣(99.999%)。

分光光度計，質量流量計，玻璃篩板式大氣采樣管。

1.2 實驗裝置(圖1)

實驗裝置包括配氣系統、反應器及檢測系統。鼓吹氣體發生瓶中的二硫化碳溶液帶出二硫化碳蒸汽，并與另一支路的純凈空氣在氣體混合瓶中混合，通過質量流量計控制二硫化碳濃度，通過轉子流量計控制自氣體混合瓶進入紫外光催化反應器的氣體流速。紫外光催化反應器為單管反應器，材質為石英，反應器長1 m，直徑0.1 m，紫外燈管長度為0.8 m、功率為40 W。

圖1 實驗裝置

1.3 二硫化碳濃度的測定

采用二乙胺分光光度法測定：串聯2支各裝有10 mL吸收液的玻璃篩板式大氣采樣管，以0.2～0.5 L·min-1的流量采樣后，轉移至容量瓶，稀釋至10 mL，搖勻，15 min后測定吸光度。根據標準曲線按式(1)計算二硫化碳濃度，按式(2)計算二硫化碳降解率。

(1)

(2)

式中：c為二硫化碳濃度，mg·m-3；α為樣品溶液中二硫化碳含量，μg；Vs為樣品溶液定容體積，mL；Vnd為分析時所取樣品溶液的體積，mL；V1為采樣體積，L；η為二硫化碳降解率，%；c0為二硫化碳初始濃度，mg·m-3。

2 結果與討論

2.1 二硫化碳初始濃度對二硫化碳降解率的影響

在室溫(25 ℃)下，通過調節質量流量計得到不同初始濃度的二硫化碳氣體，通過轉子流量計控制紫外光催化反應器內氣速為2 m·s-1，氣體相對濕度保持在50%，考察二硫化碳初始濃度對二硫化碳降解率的影響，結果見圖2。

由圖2可知，二硫化碳降解率隨著二硫化碳初始濃度的升高而降低。當二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3時，降解率最高，達到76.8%；當二硫化碳初始濃度升高到25 mg·m-3時，降解率降至27.8%。這是因為，反應器內紫外光激發產生的光量子數量是一定的，當二硫化碳初始濃度升高時，與單一二硫化碳分子碰撞的光量子數減少，導致二硫化碳降解率降低。因此，二硫化碳初始濃度以5 mg·m-3較為適宜。

圖2 二硫化碳初始濃度對二硫化碳降解率的影響

2.2 氣速對二硫化碳降解率的影響

二硫化碳在反應器內的停留時間是影響其降解率的重要因素。一般而言，停留時間越長，降解率越高；但停留時間過長，即氣速過慢時，反應器在處理等量廢氣時會消耗更多的能量，從能量利用率和能耗方面來看，不適于工業化應用。

在室溫(25 ℃)下，控制二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3、氣體相對濕度為50%，通過轉子流量計調節氣速，考察氣速對二硫化碳降解率的影響，結果見圖3。

圖3 氣速對二硫化碳降解率的影響

由圖3可知，隨著氣速的加快，反應器內二硫化碳停留時間縮短，二硫化碳降解率逐漸降低。當氣速低于2 m· s-1時，二硫化碳降解率保持在較高水平，均在76.8%以上；當氣速從2 m·s-1加快到5 m·s-1時，二硫化碳降解率明顯降低；當氣速繼續加快至15 m·s-1時，降解率降至10.3%。表明，二硫化碳停留時間是影響其降解率的重要因素，氣速過快導致氣體在反應器內停留時間過短，二硫化碳降解不充分，導致降解率不高。因此，對于此自制紫外光催化反應器，當氣速在2 m·s-1時，可以獲得較高的二硫化碳降解率，同時能夠相對降低由于停留時間過長而導致的能量消耗及單位時間處理量的減少。

2.3 相對濕度對二硫化碳降解率的影響

在實際應用時，由于空氣濕度和生產工藝影響，二硫化碳廢氣中不可避免存在水氣，且水氣對185 nm紫外光具有較強的吸收能力。

為此，本實驗在氣體混合瓶與空氣瓶之間加1個水洗瓶，通過控制兩股氣體流量調節氣體相對濕度。在室溫(25 ℃)、二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3、氣速為2 m·s-1的條件下，考察相對濕度對二硫化碳降解率的影響，結果見圖4。

圖4 相對濕度對二硫化碳降解率的影響

由圖4可知，相對濕度對紫外光催化降解低濃度二硫化碳影響較大。當相對濕度較高(89.3%)時，二硫化碳降解率達到95.3%；當相對濕度為0.5%時，二硫化碳降解率僅為10.4%。因此，在實際應用時，若相對濕度不高，應適當提高相對濕度，以提高降解率。綜合考慮，相對濕度以50%較為適宜。

2.4 紫外光催化反應器性能優化

據報道[4]，185 nm紫外光下，空氣中的O2會轉化為O3，而O3具有強氧化性能夠促進二硫化碳降解。因此在紫外光催化反應器中填充蜂窩狀分子篩，延長O3在反應器內的停留時間可以進一步降解二硫化碳。同時由于分子篩具有較強的吸水能力(吸水率達到50%左右)，能夠一定程度上截留氣體中的水氣，提高反應器內相對濕度，從而改善反應器性能。

為此，在二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3、氣速為2 m·s-1、相對濕度為50%的最佳條件下，測定分子篩填充前后的二硫化碳降解率。結果發現，分子篩填充前后的二硫化碳降解率分別為76.8%和97.2%，填充分子篩后的二硫化碳降解率較填充前提高20.4%，且尾氣中基本無O3。表明，填充分子篩能夠提高紫外光催化反應器的性能。

3 結論

采用自制紫外光催化反應器降解低濃度二硫化碳模擬廢氣，考察了二硫化碳初始濃度、氣速及相對濕度對二硫化碳降解率的影響。結果表明，在二硫化碳初始濃度為5 mg·m-3、氣速為2 m·s-1、相對濕度為50%時，二硫化碳降解率較高，達到76.8%；在紫外光催化反應器中填充蜂窩狀分子篩能夠改善反應器性能，二硫化碳降解率達到97.2%，較未填充時提高20.4%。

[1] 白韜光.惡臭污染防治技術及工程實踐[J].遼寧城鄉環境科技,2002,22(5):36-40.

[2] 李續融,柳知非,龐德紅.二硫化碳廢氣治理技術及其展望[J].污染防治技術,2010,23(5):72-76.

[3] 賈金平,李侃,方海軍,等.活性炭及活性炭纖維對CS2的吸附行為研究及其方法探討[J].環境化學,2011,30(1):351-356.

[4] 潘循皙,董文博,張仁熙,等.大氣中紫外光作用下CS2及COS的轉化反應[J].化學世界,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

陳宋輝(1981-)，男，湖北黃梅人，工程師，主要從事材料研究應用與產業化工作，E-mail:13505174952@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.12.015

陳宋輝.紫外光催化降解低濃度二硫化碳[J].化學與生物工程，2016，33(12)：68-70.

X 701

A

1672-5425(2016)12-0068-03