自制復合式臭氧消毒機及其應用

＊張坤 文勝祺 徐鐵軍

（沈陽工業大學石油化工學院 遼寧 111003）

引言

20世紀70年代中期才開始研究臭氧技術，隨著我國在桶裝水生產中強制使用臭氧技術的出臺，對整個臭氧行業的發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用的基礎研究少，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，臭氧發生的成本過高，臭氧發生器的產率過低。以上因素都影響了臭氧在我國的應用和推廣[6]。本文自制一臺簡易復合式臭氧消毒機，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.研究內容

利用自制的復合臭氧機對實驗室常見的有害氣體進行臭氧降解處理。具體內容如下：

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

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

（3）整合臭氧發生裝置與膜反應器，形成一個復合臭氧消毒機。

2.臭氧消毒機的制作

(1)臭氧發生器

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。臭氧輸出產量可達10g/h，臭氧濃度可達110mg/L。自制臭氧發生器的各主要部件見圖1。

圖1 臭氧發生器主要部件示意圖

(2)膜反應器

本文采用高通量的Al2O3材料作為膜基質，使用沉積-煅燒的方法優化制備CuMn2O4催化分離膜[8]。使用沉積結合煅燒的方法制備改性陶瓷膜：采用超聲波將復合催化劑CuMn2O4分散于去離子水中，用氮氣驅動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，負載3-4次。制備裝置如圖2所示。

圖2 催化分離復合膜制備裝置示意圖

(3)復合臭氧消毒機

整合臭氧發生器與膜反應器。設置一靜態混合器，使被處理物與臭氧充分接觸后進入膜反應器進行氧化降解。復合臭氧消毒機的整體工作流程示意圖見圖3。

圖3 復合臭氧消毒機的工作流程示意圖

3.臭氧消毒機的應用效果

(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，甲醇氣體次之，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.結論

通過自制的復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。但在臭氧發生器的產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。