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馬魯銘 :鐵基臭氧催化劑整砌填料的內(nèi)容與形式

發(fā)布時(shí)間:2022-08-05人氣:
馬魯銘 :鐵基臭氧催化劑整砌填料的內(nèi)容與形式
      本文來自馬魯銘教授 鐵基催化劑催化臭氧公眾號(hào)
      有位細(xì)心工程師找到我詢問:他已核過價(jià)格,整砌填料的外包裝占全部成本的比例顯著,為什么不能省去外包裝呢?其實(shí),這個(gè)問題也曾困擾過我團(tuán)隊(duì),隨著工程實(shí)踐,現(xiàn)在大家都明白了。
      對(duì)于砼結(jié)構(gòu)的催化臭氧化反應(yīng)池,我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了單元化鐵基催化劑整砌填料。外部特征為一個(gè)不銹鋼矩形外筐,比較美觀;內(nèi)部為“橫七豎八”鐵刨花構(gòu)成的“沙琪瑪”,一身“黃銹”,比較難看。“貨賣一張皮”,是不是這只不銹鋼的外包裝,就是為了好賣?真的不是,作為技術(shù)發(fā)明者肯定想把制造成本降至 很低!問題關(guān)鍵:不銹鋼外筐構(gòu)成整砌填料不可分割部分,是功能性包裝。打個(gè)比喻:罐裝鮮啤酒,很可能易拉罐比鮮啤酒成本更高,顧客購(gòu)買時(shí)會(huì)要求省去易拉罐嗎?
      我們的鐵基催化劑與其他催化劑不同,不是通過“浸漬”、“燒結(jié)”等工序制備的;而是通過在液相中迅速氧化,使鐵刨花表面形成致密γ-FeOOH膜(當(dāng)然是相對(duì)的,詳見XPS蝕刻表征圖,表面以Fe(III)為主),成為臭氧分解的催化層;同時(shí),它又是內(nèi)部Fe(0)氧化的鈍化層。這種制備方法優(yōu)點(diǎn):一是工藝簡(jiǎn)單,一步完成;二是表面主要成份為γ-FeOOH,催化臭氧效果好。而燒結(jié)方法,表面不會(huì)形成過渡金屬羥基化物(Me-OH),理論認(rèn)為:表面羥基(-OH)才是催化臭氧的有效官能團(tuán)。
      不論是燒結(jié)法還是表面改性法,催化劑僅在填料(擔(dān)體)表面薄薄的一層,不耐摩擦。因此,散裝填料(如數(shù)毫米的顆粒擔(dān)體)在運(yùn)輸和反沖洗過程中,表面易損傷。而我們的整砌填料是“沙琪瑪”狀,不會(huì)形成表面摩擦,這是整砌化填料 很大的優(yōu)點(diǎn)。
      確定了整砌填料形式,就要追求比表面積 很大化,當(dāng)然這個(gè)表面是供傳質(zhì)和反應(yīng)的,不包括“死空穴”面積。一種準(zhǔn)確表述:構(gòu)成“微通道”的比表面積才是有效比表面積。我們通過實(shí)驗(yàn),找出了堆積密度與有效比表面積的關(guān)系曲線,就是下圖中紅色的“風(fēng)阻拋物線”。這表明:當(dāng)堆積密度大于一定值后,有效比表面積迅速下降,內(nèi)部“通道”急速關(guān)門,變成了“死空穴”。
      綜合考慮,工程上采用的堆積密度值小于 很大值一截,實(shí)用整砌填料有效比表面積可達(dá)3500M2/M3(而我們承諾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)保守)。
 
      由于堆積密度較大,制備整砌填料要用油壓機(jī)械等;且將鐵刨花一次均勻壓縮到1米高度是困難的,一般須分塊多次壓縮;鐵刨花也沒有粘性,不可能壓縮成棱角分明的矩形;因此使用外筐,加工成內(nèi)部密度均勻、形狀規(guī)則的整砌填料是必要的。這里要強(qiáng)調(diào)水平截面鐵刨花密度均勻的重要性:由于反應(yīng)器(反應(yīng)池分割而成)流型是豎流式的,盡管該填料水流阻力不大,但布水的不均勻程度取決于水流截面阻力的不均勻程度。一個(gè)外筐,上下都有篩板,內(nèi)部是自由流場(chǎng);而每個(gè)外筐均放置于反應(yīng)器橫梁上,筐與筐之間水流不能竄流(壁隔離)。這些措施,都對(duì)整個(gè)反應(yīng)器均勻布水發(fā)揮重要作用。若不做成單元化整砌填料,根本無法實(shí)現(xiàn)。
      通常反應(yīng)池水深6米甚至更深;規(guī)范規(guī)定池體必須是密封的,池頂蓋板只能設(shè)人孔。故外筐不能太高,否則影響吊裝,二層以上的安裝方式是必然選擇。問題來了:當(dāng)上、下外筐篩板與篩板緊貼,若上、下兩孔完全對(duì)中,水流尚湊合;若上、下兩孔不完全對(duì)中,將造成短流、甚至斷流;總之,兩篩板緊貼問題很大。因此,我們?cè)谕饪鹕显O(shè)計(jì)了0.2米高的鏤空層(見照片,不填催化劑)。它在反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)功能是“二次配水”;在運(yùn)輸、吊裝過程中作用很大 — 方便使用叉車和纜繩(如照片顯示)。
      制備過程:先壓縮鐵刨花,均勻充填外筐;然后鐵刨花表面改性,清洗外筐。應(yīng)該看到,我們制備整砌填料的方法實(shí)際上揀到了大“便宜”:厚度很小、螺旋狀的鐵刨花,壓縮性好,具有較高強(qiáng)度,作為填料原料屬性優(yōu)秀,且是“廢品”的價(jià)錢。否則,若采用特定型鋼加工,恐怕制造成本要翻3至5倍。既然如此,外筐制造就甭想再能揀便宜了。
      很后聲明:該填料的表面改性方法、整砌填料制備方法、外框形式結(jié)構(gòu)等都已取得 權(quán)。
標(biāo)簽: 臭氧催化劑

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