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基本信息

項目名稱：
一種防治煤礦瓦斯爆炸事故的新技術(shù)--光催化瓦斯凈化器
小類：
能源化工
簡介：
本作品是以特制的復(fù)合光催化劑為氣體凈化載體，采用將催化劑粉體分散于液相中的形式，制作而成的光催化瓦斯凈化器。瓦斯氣體在抽風(fēng)泵的作用下進入反應(yīng)器，在復(fù)合光催化劑的高效光催化作用下被分解成CO2和H2O，從而達到降低瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯爆炸發(fā)生的目的！ 本裝置靈巧簡便，操作簡單，便于安裝；成本低，能耗小，安全性高，降解產(chǎn)物清潔無污染，是一項綠色環(huán)保技術(shù)。
詳細介紹：
光催化瓦斯凈化器，以其獨特的光催化降解原理，有別于其他瓦斯凈化系統(tǒng)，具有獨創(chuàng)性、先進性，是一項防治煤礦瓦斯爆炸事故的全新技術(shù)。 凈化器中的凈化材料以特制的復(fù)合二氧化鈦為主，采用將二氧化鈦粉體分散于液相中的形式，催化劑在溶液中呈高分散的納米狀態(tài)，利于與待降解的污染氣體充分接觸。反應(yīng)器主要由送風(fēng)系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、檢測監(jiān)控系統(tǒng)四大部分組成。以小型氣泵作為送風(fēng)系統(tǒng)，用于向反應(yīng)器中連續(xù)輸送污染氣體；過濾系統(tǒng)用于除去硫化氫、粉塵等雜質(zhì)；檢測器采用甲烷檢測器，可數(shù)字顯示甲烷氣體體積濃度，精度為0.01%。 瓦斯氣體在氣泵的作用下通過過濾系統(tǒng)進入主反應(yīng)器，在復(fù)合二氧化鈦的高效光催化作用下被分解成CO2和H2O等非可燃無害氣體，從而達到降低瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯爆炸發(fā)生的目的！ 本裝置靈巧簡便，操作簡單，便于安裝；成本低，能耗小，安全性高，降解產(chǎn)物清潔無污染，是一項綠色環(huán)保技術(shù)。

作品圖片

  • 一種防治煤礦瓦斯爆炸事故的新技術(shù)--光催化瓦斯凈化器
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  • 一種防治煤礦瓦斯爆炸事故的新技術(shù)--光催化瓦斯凈化器
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作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品發(fā)明的目的： 1、開發(fā)一種新的氣體凈化技術(shù)； 2、研制一套新型光催化瓦斯凈化裝置。 基本思路： 1、在前人對光催化劑改性研究的基礎(chǔ)上，制備合成不易團聚、分散性能優(yōu)良的納米復(fù)合光催化材料； 2、將研制的光催化材料用于瓦斯氣體凈化,研制一種新型光催化瓦斯凈化裝置； 3、以甲烷為凈化模型，對凈化裝置進行性能測試與評價，并作進一步改進與完善。 創(chuàng)新點： 1、利用復(fù)合光催化劑的穩(wěn)定性和高的催化活性，對瓦斯進行光催化降解，消除瓦斯爆炸隱患，與其他瓦斯防爆措施相比，本作品應(yīng)用于煤礦瓦斯凈化是一次嶄新而大膽的嘗試； 2、光催化劑可重復(fù)使用，降解終產(chǎn)物清潔，無二次污染，本技術(shù)是一項綠色環(huán)保技術(shù)； 3、本裝置使用方便,操作簡單，具有能耗低、靈活性高、成本低廉、可行性強等獨特優(yōu)點。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、光催化劑粒徑大小和光催化活性是本作品的技術(shù)關(guān)鍵之一； 2、光催化瓦斯氣體凈化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及連續(xù)性操作是本作品的技術(shù)核心。 技術(shù)指標(biāo)： 1、納米復(fù)合光催化劑能高度分散于液相中,而且無明顯沉淀，保持時間t＞15天； 2、對模擬甲烷氣體具有明顯降解效果（降解率η>60%）；

科學(xué)性、先進性

目前瓦斯處理技術(shù)主要有：瓦斯抽放、生物催化降解等。本作品利用光催化氧化技術(shù)降解瓦斯氣體，技術(shù)先進,具有科學(xué)創(chuàng)新性。 TiO2作為性能最穩(wěn)定的光催化劑，能降解大多數(shù)有機污染物。但TiO2存在以下不足： 1、納米TiO2極易團聚，分散性差，導(dǎo)致比表面減小，催化效果降低； 2、粉體TiO2回收困難，在實際應(yīng)用中受到很大限制； 3、負(fù)載型光催化劑雖然可重復(fù)使用,但比表面過小，膜層容易脫落流失,不宜推廣使用。 本作品針對以上不足,開展了以下研究工作： 1、在TiO2表面包一層無機薄膜,使催化劑在液相中不易團聚； 2、進氣方式采用由下往上鼓泡進入，與復(fù)合TiO2的高分散性、重復(fù)使用性相結(jié)合，可使催化劑長期處于懸浮狀態(tài)，從而不用考慮回收問題； 3、與其他瓦斯處理方法相比，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，有利于煤礦隨時隨地現(xiàn)場處理。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2008年在某大學(xué)科技節(jié)上獲院級特等獎； 2008年在某大學(xué)?？萍脊?jié)上獲校級特等獎； 2009年某省第七屆“挑戰(zhàn)杯”科技競賽上獲省級特等獎.

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

面議

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片。

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

瓦斯是礦井安全生產(chǎn)的最大威脅。目前常見的瓦斯處理技術(shù)有：瓦斯抽放、生物降解、超重力場裂解瓦斯等，但它們存在運行費用高，降解率低，二次污染嚴(yán)重等局限性?；谝陨蠁栴}，本小隊提出以TiO2為凈化原料的光催化瓦斯凈化器的創(chuàng)新想法。 純的TiO2應(yīng)用于氣體凈化中存在分散性差、易團聚等缺陷。本作品中的復(fù)合TiO2能長期分散于液相中而不易團聚，催化活性高、使用壽命長。采用液相反應(yīng)器進一步增大了催化劑的比表面積。與其他瓦斯處理系統(tǒng)相比，本裝置具有能耗低、成本小、無二次污染等優(yōu)勢。 瓦斯爆炸的頻率在近幾年呈上升趨勢，在此嚴(yán)峻形勢之下，國家急需一種安全性更好、性能更優(yōu)越的瓦斯防爆系統(tǒng)，本作品在經(jīng)過進一步優(yōu)化與完善后將趨于成熟化、實用化，極有希望在瓦斯防爆方面得到大力推廣。由于復(fù)合TiO2 的光催化氧化性是無選擇性的，本作品還可應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化，石油工業(yè)廢氣凈化，坑道中H2S的凈化等。加上凈化裝置的制作工藝簡單，TiO2價格低廉，本作品具有廣闊的市場前景與可觀的經(jīng)濟效益。

同類課題研究水平概述

自1972年日本學(xué)者Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)通過光電子化學(xué)法在TiO2單晶電極上能分解水以來，半導(dǎo)體TiO2光催化劑引起了人們的廣泛關(guān)注。在隨后的進一步研究中，人們發(fā)現(xiàn)：半導(dǎo)體TiO2以及其光催化、無毒無害等優(yōu)良性質(zhì)，具有十分廣闊的前景，可應(yīng)用于太陽能轉(zhuǎn)換與存儲、污水治理、空氣凈化、抗菌除臭等各個發(fā)面。1976年，J.H.Carry報道了TiO2水濁液在近紫外光照射下，可使多氯聯(lián)苯脫氯，使TiO2在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用研究日新月異，直至1995年，Blake報道了能被TiO2光催化處理的有機物達300多種。TiO2與污染物作用的主要特點是在常溫常壓下，利用光催化劑、光、空氣就能將有機污染物降解，并最終全部礦化為二氧化碳、水、毒性較小的有機物和無機離子等，能徹底破壞有機物，達到無害處理的要求。納米二氧化鈦雖然具有比表面積大、表面能高，光催化活性好等特點，但是這些特點又導(dǎo)致其熱力學(xué)上不穩(wěn)定、易于團聚，從而影響納米二氧化鈦的光催化活性，降低了納米顆粒的實際應(yīng)用效果。要制備具有優(yōu)越性能的納米材料，必須使納米二氧化鈦呈分散狀態(tài)，提高產(chǎn)品的應(yīng)用性能。因此，為了防止團聚現(xiàn)象的發(fā)生，獲得粒徑小、粒徑分布窄、分散性好的納米粒子就需要對納米粒子進行表面包覆，從而使粒子保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。對TiO2的包覆主要分無機包覆與有機包覆，其中對以二氧化硅來包覆的研究最為活躍，并有效提高了光催化劑的分散性與光催化活性。 氣體凈化器也逐漸成為國內(nèi)外科學(xué)工作者的研究熱點之一。目前,光催化反應(yīng)器種類較多。按光源類型可分為聚光型和非聚光型反應(yīng)器,按光源的位置可分為外置型和浸入型反應(yīng)器,按催化劑在溶液中的存在狀態(tài),可分為懸浮型、鍍膜型和填充型反應(yīng)器。鍍膜型和填充床型又被稱為負(fù)載型光催化反應(yīng)器。高效的光催化反應(yīng)器研制比傳統(tǒng)的反應(yīng)器要求較高,在許多方面都需要進一步的優(yōu)化,如光源類型的選擇和布置,高效光催化劑的制備,尤其是反應(yīng)器的動力學(xué)模型還需要進行系統(tǒng)的試驗研究。 氣體凈化器的種類雖然較多，但很少能真正投入到生產(chǎn)應(yīng)用中，特別是在煤礦瓦斯處理上幾乎沒有光催化反應(yīng)器的先例，這也說明在這個領(lǐng)域還有許多困難需要我們共同解決，但隨著光催化技術(shù)的發(fā)展和研究的深入,光催化技術(shù)將會發(fā)揮出自身的技術(shù)價值,必將給我們帶來更多的工業(yè)效益、環(huán)境效益和社會效益。
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