一种管道式油烟催化氧化净化设备及方法与流程

本发明属于餐饮油烟中细颗粒脱除和有害气体净化研究领域，具体涉及一种管道式油烟催化氧化净化设备及方法。

背景技术：

中式不同烹饪体系的餐馆在营业期间的PM2.5瞬时排放质量浓度高达11mg/m³，数量浓度排放因子在10¹²-10¹⁴#/min，经过市场上的油烟净化设备净化后，其排放浓度仍然在100-600ug/m³。目前国家饮食行业排放标准(GB18483-2001)中，只对大中小型餐馆的最高排放浓度和油烟净化设备的去除效率做出规定，而没有对排放颗粒物的数量浓度做出规定。一些地区已经开始重视油烟对环境的危害，例如上海、天津都已经制定了更为严格的地方标准控制油烟排放规定。

烹饪过程中产生的油烟由亚微米级颗粒物和气态污染物组成，这些颗粒物的粒径较小，通常在200nm以内，其数量占据总数量排放浓度的80％以上。目前油烟颗粒物的处理手段有机械脱除法、静电法、洗涤法、吸附法、催化燃烧法以及不同方法结合技术，但这些技术对微米级的油烟颗粒脱除效率较高，而对细颗粒物的脱除效率效果不明显，而这些难以脱除的细颗粒物对环境和人体的危害远大于大颗粒物。另外，油烟中的气态污染物含有多种致癌物质以及对人体的呼吸道也有很大的刺激，目前针对油烟的气态污染物的方法有吸附、吸收、膜分离、低温等离子体技术、催化燃烧、生物降解等手段，这些技术都存在一定的缺陷，如能耗较高、催化燃烧温度过高、净化烟气量受限等。光电催化是近几年来较为热门的技术手段，其较低的能耗和对有机污染物的良好深度氧化效果，被视为一种极具前途的技术。鉴于以上，本发明提供一种管道式小型油烟颗粒物和气态污染物净化设备。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种管道式油烟催化氧化净化设备及方法，能同时脱除油烟中细颗粒物和气态污染物。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种管道式油烟催化氧化净化设备，包括：外壳、臭氧发生器、供电及控制系统；所述外壳的一端为油烟入口；自外壳的内壁向内依次设置加热层、燃烧催化剂层、介孔过滤壁；所述介孔过滤壁远离油烟入口的一端设置密封挡板；所述介孔过滤壁围成油烟通道，油烟通道内设置石英管，石英管内设置紫外光灯，紫外光灯和石英管的一端固定在挡板上；所述介孔过滤壁内侧固定光电催化剂层，所述光电催化剂层的正负极通过绝缘板分隔；所述臭氧发生器的臭氧注射口位于油烟入口处；

所述供电及控制系统包括温度传感器、控制模块、供电模块；所述温度传感器设置于燃烧催化剂层内，与控制模块连接，并将燃烧催化剂层的温度信号发送给控制模块；所述供电模块分别与紫外光灯、臭氧发生器、加热层、光电催化剂层连接，用于给紫外光灯、臭氧发生器、加热层、光电催化剂层供电；控制模块根据温度传感器发送的温度信号，控制供电模块工作。

进一步的，所述油烟入口处设置导流板。

进一步的，所述介孔过滤壁的材质为碳化硅材料。

进一步的，所述介孔过滤壁围成两个六柱体形状的油烟通道。

进一步的，所述光电催化剂层的材质为金属掺杂氧化钛。

进一步的，所述燃烧催化剂层的材质为Fe(OH)₃纳米颗粒负载SBA-15分子筛颗粒。

利用权利要求1所述设备的油烟催化氧化净化方法，包括以下步骤：

步骤(1)：油烟在油烟入口处与臭氧注射口的臭氧混合，共同进入介孔过滤壁围成的油烟通道；

步骤(2)：当油烟通过介孔过滤壁时，油烟中的颗粒相污染物被截留在介孔过滤壁上的光电催化剂层上，供电及控制系统施加给光电催化剂层电压，停留在光电催化层表面的颗粒物在紫外光照射下被氧化成二氧化碳和水；

步骤(3)：供电及控制系统通过温度传感器的反馈信号给加热层供电加热以维持燃烧催化剂层的温度处于180-190℃，当油烟经过燃烧催化剂层时，油烟中的气态污染物被完全氧化成二氧化碳和水。

进一步的，所述步骤(1)中臭氧的浓度为200-600ppm。

进一步的，所述步骤(2)中紫外光的波长<400nm。

进一步的，所述步骤(2)中供电及控制系统通过直流稳压方式给光电催化剂层的正负极供电，供电电压为20V。

本发明的有益效果是：本发明将光电催化、催化燃烧、高效颗粒物捕集技术相结合，应用于小型商业餐饮油烟净化处理，具有结构简单，催化温度低，能耗低，材料更换周期长，对环境无污染等特点。能够对油烟中的对直径30nm以上颗粒相以及气相污染物进行深度氧化，将其转换成无害气体排放。

附图说明

图1为本发明的B-B剖面图；

图2为本发明的A-A剖面图；

图3为本发明的前视图；

图4为本发明的后视图；

图中标号：1、外壳；2、加热层；3、紫外光灯；4、石英管；5、臭氧发生器；6、供电及控制系统；7、燃烧催化剂层；8、臭氧注射口；9、介孔过滤壁；10、光电催化剂层；11、导流板；12、绝缘层；13、挡板；14、固定网；15、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

如附图所示一种管道式油烟催化氧化净化设备，包括：外壳1、臭氧发生器5、供电及控制系统6；外壳1的一端为油烟入口，油烟入口处设置导流板11；自外壳1的内壁向内依次设置加热层2、燃烧催化剂层7、介孔过滤壁9；介孔过滤壁9远离油烟入口的一端设置密封挡板13；介孔过滤壁9围成两个六柱体形状的油烟通道，介孔过滤壁9优选碳化硅材料。油烟通道内设置石英管4，石英管4内设置紫外光灯3，紫外光灯3和石英管4的一端固定在挡板13上。紫外光灯3位于油烟通道中心位置，优选波长<400nm的紫外光灯。介孔过滤壁9内侧固定光电催化剂层10，光电催化剂层10的正负极通过绝缘板12分隔，光电催化剂层10优选金属掺杂氧化钛(M/TiO₂)材料，负载在不锈钢丝网上，不锈钢丝网网孔尺寸为0.1um。臭氧发生器5的臭氧注射口8位于油烟入口处。

燃烧催化剂层7的一端通过固定网14固定于设备内，固定网14优选不锈钢材质，网孔尺寸为100目。燃烧催化剂层7优选Fe(OH)₃纳米颗粒负载在SBA-15分子筛颗粒，颗粒大小40～60目。挡板13和导流板11优选耐热、耐腐蚀、耐光腐蚀性能较好绝缘材质。绝缘层12优选耐腐蚀、耐高温、耐光腐蚀性能较好的材质。

供电及控制系统6包括温度传感器15、控制模块、供电模块；温度传感器15设置于燃烧催化剂层7内，与控制模块连接，并将燃烧催化剂层7的温度信号发送给控制模块；供电模块分别与紫外光灯3、臭氧发生器5、加热层2、光电催化剂层10连接，用于给紫外光灯3、臭氧发生器5、加热层2、光电催化剂层10供电；控制模块根据温度传感器15发送的温度信号，控制供电模块工作。

利用本发明所述设备的油烟催化氧化净化方法，包括以下步骤：

步骤(1)：油烟在油烟入口处与臭氧注射口的臭氧混合，共同进入介孔过滤壁围成的油烟通道；臭氧的浓度为200-600ppm；

步骤(2)：当油烟通过介孔过滤壁时，油烟中的颗粒相污染物被截留在介孔过滤壁上的光电催化剂层上，供电及控制系统通过直流稳压方式给光电催化剂层的正负极供电，供电电压为20V，停留在光电催化层表面的颗粒物在紫外光照射下被氧化成二氧化碳和水；

步骤(3)：供电及控制系统通过温度传感器的反馈信号给加热层供电加热以维持燃烧催化剂层的温度处于180-190℃，当油烟经过燃烧催化剂层时，油烟中的气态污染物被完全氧化成二氧化碳和水。温度传感器15的测量范围优选0-250℃。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。