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微波紫外线光触媒复合模块
    发布时间: 2020-12-09 17:19    
微波紫外线光触媒复合模块


一、内外结构
1、304 不锈钢外箱体。
2、内部 304 不锈钢灯管支架及光触媒网板。
3、微波专用固汞无极灯管 19*800mm (可定制)
4、外形尺寸： L900*W300*H300mm （可定制）

二、输出功率及性能
输出功率： 1250W
波 长： 253.7nm+185.0nm (253.7nm 系破坏生物的 DNA 杀菌消毒； 185.0nm
可激发 O2 氧分子而产生 O3 臭氧，加强氧化和光解。 )
处理低浓度的ⅤOCs，浓度≤200mg/㎥的废气 2000 ㎥/h。
UVC 照射光触媒能产生大量的羟基氧化基(-HO)其断健能(BDE)是臭氧的 13 倍，光催化效果更好。 

三、无臭氧“微波紫外线光触媒复合技术模块”。
在标准的微波模块中UVC射线中的185.0nm在光解ⅤOCs的同时也会激发出大量的O3臭氧。无法达标。在标准模块的中间二排灯管之间安装一片陶瓷光触媒网板。陶瓷光触媒网板能吸收>90%的臭氧转换成羟基氧化基，其催化氧化效率比臭氧高13倍。因此催化氧化ⅤOCs的效果更好，断健更彻底。

四、寿命
寿命为5万小时，光衰5000小时<5%。

五、工作环境
不得有灰尘和油污（影响紫外线输出）定期清洁石英管表面。
废气含水量不宜过高。

六、安全事项
1.输出端为高频高压小心操作。
2.微波有辐射，人员应离开微波腔 0.5 米以上的距离。
3.紫外线对人身有害不可直视灯管，必须戴有色眼镜。
4.紫外线会产生臭氧必须通风到室外。
5.有机废气的分子键能以及紫外线的激发能 

Binding Key

Binding Energy（KJ/mol）

Binding Key

Binding Energy（KJ/mol）

H-H

436.2

C-H

413.6

H-C

347.9

C-F

441.2

C=C

607.0

C-N

291.2

C≡C

828.8

C≡N

791.2

N-N

160.7

C-O

351.6

O-O

139.0

C=O

724.2

O=O

490.6

O-H

463.0


UVC 的激发能： 253.7nm 的激发能量 472（ KJ/mol）
185.0nm 的激发能量 647（ KJ/mol）
172nm 的激发能量 696（ KJ/mol）
因此，表格中的红字气体 UVC 无法光解，但是，羟基氧化基(-HO)的(BDE)断键
能是 14.01ev 即 1351KJ/mol，完全有能力断键光解。

七、知识产权


微波+紫外线+光触媒"三合一的复合技术应用于净化VOCs废气的作用机理。
1、ⅤOCs在模块内受到三重催化氧化处理，a，微波超高频电磁场对ⅤOCs分子进行预分裂，切割成小分子，b，UVC射线253.7nm对小分子VOCs气体进行断键光解，同时照射TiO2产生羟基氧化基(-HO)，C，羟基氧化基的断键能(BDE)是臭氧(O3)断键能的13倍，因此光催化效率更高，断键更彻底。
2、微波专用无极UVC射线灯管，寿命长6万小时，光衰小8000小时﹤5%.
3、因此复合技术模块的光催化效率高>85%.寿命长5万小时。产品质保三年。运行成本低。特别是，本技术的关键:依靠微波电磁场+253.7nm射线+羟基自由基断键VOCs废气，并不依赖185.0nm射线，不会产生臭氧。微波专用无极UVC射线灯管不能用液汞.必须采用汞齐(Amalgam)   
4、紫外线灯管并非越亮越好。因为等离子体中的价电子回归穩态时释放出许多射线（如上图所示）。253，7nm和185，0nm是UVC波段。而546 ，1nm绿光和435，8nm（兰光）是我们能看到的可见光线（无用光）。可见光与汞气压成正比，汞气压与管壁温度成正比。因此管壁温度越高灯越亮，但是253，7nm的最佳汞气压在0，8Par附近（相应于采用液汞的管壁温度40度），超过此温反而下降。每超一度降低0，8个点。因此，当管壁温度达到80度时，灯管更亮，而紫外线却下降了30%左右。                
5、液汞灯管，內部汞气压高容易浸入石英晶格，形成黑斑，黑管影响透过率，形成早期光衰。 
6、灯管内的汞珠与微波电磁场产生高频放电，电火花高达2000℃.击穿石英管壁而漏气。
7、不符合"国际水俣公约"，破损灯管和寿终废弃灯管属于危废，污染环境！

另外说明为什么必须用不銹钢灯头：
一，微波紫外线灯不能用液汞，微波要加热石管高达80度（远超液汞的最佳温度40度）。
二，微波也要加热固汞（amalgam），把固汞吸附于石英管无效，置于排气管内也会烧熔而流失。 
三，必须设计用不锈钢等金属灯头保护金片和固汞（amalgam）。这是首创。但微波腔内与灯头接触的支架必须是陶瓷，塑料等绝缘材料，若用不锈钢支架必须紧密接触灯头，避免产生电火花。若用于易燃易爆炸气体须用四氟支架。

目前能产生UVC灯管射线的光源主要是低压汞灯。而低压汞灯能发射253.7nm和185.0nm的技术手段，目前有三种技术:
1、传统的热阴极，冷阴极UVC灯管
2、电磁感应激发UVC灯管
3、微波电磁场激励UVC灯管。第一技术已经落后(光衰大，寿命短)。我公司从2008年开始研发后面二个技术的UVC灯管。目前均有自主知识产权。

复合技术标准模块A
原装进口的磁控管正常寿命2万小时，产品接通电源即可使用，质保三年，电源一年(以旧换新)。 可以处理低浓度的VOCs，浓度<200mg/m的废气2000m/ 板除外)。外形尺寸：300X300mm，长900mm，侧面通风。 长800mm的专用无极灯管12支，外壳体全部304(光触媒网 输入功率1250w，输出微波功率1000w，配置中19mm。



网板孔边长2mm,235X1280X10mm.铝材边框。配置中19X1200mm长的灯管X10支。二侧铝材蜂窝光触媒或陶瓷蜂窝触媒 输入功能1500w，模块外形尺寸：300X300X1302mm。 微波紫外线光触媒复合技术模块B型



"微波紫外线光触媒复合技术模块及其专用无极UVC灯管"的研发及其应用
吴承立   朱升和   梁锡殿  叶冬源
   高邮高和光电器材有限公司   上海志钊气体净化技术有限公司

摘要：本文论述了“微波+紫外线+光触媒”复合技术应用于净化挥发性有机物（VOCs）废气的作用机理。同时介绍了复合技术模块的的结构及实际运用。
关键词：复合技术；vocs有机废气处理实际运用
第一发明人简介：朱升和，高邮高和光电器材有限公司董事长，国家照明电器高级工程师  1966年东南大学毕业
引言
单纯的传统的UVC光解技术，由于断健能(BDE)小，光解效率低，UVC射线衰减大，有效寿命很短，所以传统的UV光解技术已被许多专家否认或被管理部门叫停。“微波+UVC+光触媒”三合一的复合技术基于微波的超高频电磁场对VOCs分子的预分裂和切割作用，将大分子分解为小分子，更有利于光催化氧化，UVC射线对分解后的小分子断键光解的同时，激发光触媒的纳米TO2 产生大量的羟基氧化基-HO和电子空穴对。其断健能(BDE)是单纯UVC的十多倍，所以效果高，而且有效寿命长六倍以上。

一、复合技术模块的作用机理
“微波+紫外线+光触媒”三合一的复合技术应用于净化VOCs废气的作用机理为VOCs在模块内受到三重催化氧化处理，a.微波超高频电磁场对VOCs分子进行预分裂，切割成小分子；b.UVC射线对小分子VOCs气体进行断键光解，同时照射TiO2产生羟基氧化基(-HO)；c.羟基氧化基的断键能(BDE)是臭氧(O3)断键能的13倍，因此光催化效率更高，断键更彻底。微波专用无极UVC射线灯管，寿命长6万小时，光衰8000小时＜5%。因此复合技术模块的光催化效率高＞85%，产品质保三年，运行成本低。
特别是，本技术的关键依靠微波电磁场+253.7nm射线+羟基自由基断键VOCs废气，并不依赖185.0nm射线，不会产生臭氧。

二、微波专用无极UVC射线灯管的应用
微波专用无极UVC射线灯管选料精良，采用进口料的高透石英管，透过率≥90%，低羟基﹤5ppm，内层采用进口Ar.Ne.ke等惰性气体，外层采用进口纳米保护膜。灯管性能优良，寿命长达五万小时，低光衰8000小时≤5%，质保三年，适应工作温度40℃~120℃，由于微波场的热效应，通常灯管的温度约在80℃左右。自主研发开创采用双汞齐制造，领先国际水平，生产设备先进，工艺精湛，排气车电脑控制，封离真空度可达2.4*10-3Pa。





三、复合技术模块设计研发
首先有个关闭微波场的腔(类似于微波炉)，二侧面必须既要关闭微波场也要能通风，所用采用铝质金属的蜂窝状的光触媒网板，腔内安装有二排无极的专用 UVC 灯管，在二排灯管之间安装有陶瓷的光触媒网板，加强羟基氧化基的产生。腔外安装有辐射微波能量的微波头(由磁控管和波导管组合)及提供电能的开关电源。当电源接通后模块工作时，腔内同时产生:微波电磁场、UVC射线、羟基氧化基和电子空穴对。有机废气VOCs分子进入模块的腔内将同时受到微波场， UVC射线和羟基氧化基的三重催化氧化作用，最终生成无害的H2O和CO2，极少有VOCs分子的残留物和中间的小分子有害物。
复合技术标准模块分为A/B两个类型。A型模块输入功率1250W，输出微波功率1000W，配置φ19mm×800mm的专用无极灯管12支，模块外形尺寸300×300×900mm。B型模块输入功率1500W，配置φ19mm×1200mm的灯管10支，模块外形尺寸300×300×1302mm。外壳体全部304不锈钢材质，侧面通风，两侧铝材蜂窝光触媒网板（光触媒网板规格235×1280×10mm，孔边长2mm）。产品接通电源即可使用，质保三年，电源一年(以旧换新)。原装进口的磁控管正常寿命2万小时，无质保期。


标准复合技术模块



腔内安装的微波专用无极UVC灯管



浓度较高或大风量侧面通风的灯管中间安装有陶瓷光触媒网板，增强模块內羟基氧化基浓度

　　微波专用无极UVC射线灯管不能用液汞，必须采用汞齐(Amalgam) ，且紫外线灯管并非越亮越好，因为等离子体中的价电子回归稳态时释放出许多射线，253.7nm和185.0nm是UVC波段，而546.1nm（绿光）和435.8nm（兰光）是我们能看到的可见光线（无用光）。可见光与汞气压成正比，汞气压与管壁温度成正比。因此管壁温度越高灯越亮，但是253.7nm的最佳汞气压在0.8Par附近（相应于采用液汞的管壁温度40度），超过此温反而下降。每超一度降低0.8个点。因此，当管壁温度达到80度时，灯管更亮，而紫外线却下降了30%左右。液汞灯管，內部汞气压高容易浸入石英晶格，形成黑斑，黑管影响透过率，形成早期光衰。灯管内的汞珠与微波电磁场产生高频放电，电火花高达2000℃，击穿石英管壁而漏气。且液汞不符合《国际水俣公约》，破损灯管和寿终废弃灯管属于危废，污染环境。
　　其中，微波也要加热固汞（amalgam），把固汞吸附于石英管无效，置于排气管内也会烧熔而流失。必须设计用不锈钢等金属灯头保护金片和固汞，这是首创。但微波腔内与灯头接触的支架必须是陶瓷，塑料等绝缘材料，若用不锈钢支架必须紧密接触灯头，避免产生电火花。若用于易燃易爆炸气体须用四氟支架。
　　在应用过程中，电源箱散热至关紧要，每个电源箱采用一个轴流风机通风散热。此乃设备的成败关键。


客户安装施工实例（微波头和微波电源的电源箱5套／箱，二箱并排）

＂微波紫外线光触媒复合技术模块"应用于VOCs废气净化。高效>85%，长寿5万小时.无臭氧。该模块设计研发技术已成功申请国家实用新型专利，且正在申请国际发明专利审批中。



实用新型专利证书



国际发明专利申请书

四、复合技术模块应用案例
①广东某环保科技有限公司采购一批复合技术模块应用于印刷有机废气净化治理项目；

   
②青岛某环保科技有限公司采购18套复合技术模块应用于覆膜废气净化治理项目；
 


 
③上海某环保科技有限公司采购一批复合技术模块应用于涂料生产有机废气净化治理项目，现已稳定运行三年多时间；

    
④西安某环保科技有限公司采购一批复合技术模块应用于复合上胶机生产线有机废气净化治理项目，现已完成竣工验收；

 
⑤南京某大学环境科技有限公司2019年采购了10套复合技术模块应用于美资企业松香废气治理项目，效果良好，污染物去除率稳定在64%以上，2020年继续采购共计86套模块分别应用于注塑、制药等三个有机废气净化治理工程，建立了良好的供需关系。

五、应用注意事项
①输出端为高频高压，小心操作。
②安装微波发射头和电源的外箱必须降温，否则微波性能不稳，磁控灯管易损。
③装有微波灯管的模块会产生辐射，人员应离开微波腔0.5米以上的距离。
④紫外线对人身有害，不可直视灯管，必须戴有色眼镜。
⑤紫外线会产生臭氧，必须通风到室外。

六、问题与研究
“微波+紫外线+光触媒”复合技术模块微波腔内UVC射线的强度和羟基自由基的浓度，我们尚无可靠的测量仪器，恕未提供相关数据。

参考文献
（1）朱升和.用于光解有机废气的微波驱动紫外线灯管的开发.中国照明电器，2018-1
（2）朱升和，吴承立.微波紫外线光触媒复合技术模块及专用灯光的开发与应用.中国照明电器，2018-11