光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置与流程

本发明所述的一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置，属于环境污染净化领域。

背景技术：

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是臭氧和二次有机颗粒物的重要前体物，在大气化学反应过程中扮演着极其重要的角色，相关污染控制技术已成为大气污染控制领域的研发热点。

VOCs废气净化技术可以简单分为两类：回收法和破坏法。对于高浓度VOCs废气(>5000mg/m3)，应优先采用冷凝(深冷)等技术对废气中的有机化合物进行回收利用。对于中低浓度的VOCs废气(<5000mg/m3)，宜采用吸附技术回收，或采用催化燃烧、直接焚烧或热力焚烧等破坏技术净化后达标排放，或采用低温等离子体、光催化、生物法以及多种技术联用等净化处理技术。

低温等离子体技术利用介质放电、电晕放电等产生的等离子体(由电子、离子、自由基和中性粒子组成)以极快的速度反复轰击废气中的VOCs分子，激活、电离、裂解废气中的各种成份，通过氧化等一系列复杂化学反应，打开分子内部的化学键，使复杂大分子VOCs转变为一些小分子的安全物质(如CO2、H2O等)，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。然而，低温等离子体技术存在分解不彻底等问题，难以作为单独处理工艺。

针对单一低温等离子体技术矿化效率较低(即对CO2的选择性差)、放电过程中生成高浓度的放电副产物(O3和NO2)等问题，早在20世纪初，研究者就提出了等离子体协同催化工艺，通过特殊催化剂的引入，显著提升VOCs处理效率，减少有毒副产物的产生。根 据等离子体和催化剂设置的位置和数量，协同工艺可以分为3种：①一段式，也称内置式，即两者设置在同一反应器内；②两段式，也称外置式，等离子和催化分别设置在前后相连的两个反应器中；③多段式，即一段式的串联，根据各段不同的处理目的，放置不同功能的催化剂。目前，多数的研究集中在一段式。

在一段式的反应器中，催化剂的引入，最初是为了吸收等离子放电过程中产生的辉光，因此，放置的催化剂通常是一些市场上出售的光催化剂。然而，越来越多的研究发现，放电过程中除了能产生紫外光外，还伴随升温过程，即整个反应体系温度会升高。

基于此，本发明提出了一种低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化VOCs的新型装置，通过放置光/热双驱动的金属复合氧化物催化剂，最大程度地利用低温等离子体过程中产生的辉光及热量，实现能量最大化利用，显著提升该工艺对于工业VOCs的定向转化。然后配以后置生物净化装置，利用微生物的特点，实现前置单元出气的彻底矿化。

申请号201610045034.1的专利名为一种低温等离子体协同催化治理有机废气的方法，公开了一种利用低温等离子体协同催化联合吸附工艺处理VOCs废气的方法。上述技术与本申请相比，主要区别在于①并未公开催化剂的具体信息，使得本技术领域人员无法判断究竟哪种催化剂适合。很显然，市售的催化剂种类繁多，催化性能差别较大，在选择催化剂方面具有盲目性；②后置吸附单元，吸附单元存在吸附剂饱和、需要处理等问题，使得该工艺无法连续运行，且吸附剂再生也是限制该技术推广应用的因素。本发明专利选择的催化剂具有特殊性，区别与普通催化剂，具有光/热双驱动的性能，区别与普通催化剂，能最大程度地提升低温等离子体体系的能量利用率；后置生 物净化单元不存在吸附单元存在的问题，通过低温等离子体驱动光/热催化效应，定向转化难降解VOCs，从而提高了出气的可生化性，使得其在生物净化单元内彻底矿化，不存在二次污染、吸附剂需要再生处理、工艺难以连续运行等弊端。

申请号201420305336.4的专利名为一种低温等离子体协同催化剂复合脱除NOx的实验装置，公开了一种利用低温等离子体协同催化工艺处理NOx的方法。上述专利与本申请相比，主要区别在于①未公开催化剂的具体信息，该专利适用于NOx的处理，VOCs和NOx是两种性质截然不同的气态污染物，适合NOx处理的催化剂可能不适合VOCs的处理，本技术领域人员无法通过该公开专利而联想到本专利的申请内容；②该装置无法实现NOx的彻底净化，即处理效果不彻底。本发明专利内容是针对VOCs这种污染物，因而催化剂设计及放置区别于申请号201420305336.4的专利，且本专利还有后续处理装置，可确保VOCs废气处理的彻底性和安全性。

申请号为201410275282.6的专利名称为以低温等离子体耦合生物法处理垃圾渗滤液的装置及方法，公开了一种两者耦合处理垃圾渗滤液的方法。上述专利与本申请相比，主要区别在于①低温等离子体工艺中没有添加催化剂，本技术领域人员无法通过该公开专利联想到本发明专利申请内容；②该专利公开的内容主要是处理垃圾渗滤液，即废液，而本发明专利内容针对废气处理，很显然，废气和废水处理的装置是完全不同的，本技术领域人员无法通过该专利内容联想到本发明专利内容。

技术实现要素：

本发明针对目前的低温等离子体耦合生物法处理VOCs的方法存在无法实现废气彻底净化、存在二次污染、吸附剂需要再生处理、 工艺难以连续运行等问题，提出了一种提高了出气的可生化性，使得其在生物净化单元内彻底矿化，不存在二次污染的光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法及其装置。

本发明所述的一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法，其特征在于：

1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％-80％；

2)根据特定湿度的VOCs废气中是否含有难生物降解组分，选择性调整三通气体换向阀的档位，使得特定湿度的VOCs废气进入主路系统(含难生物降解组分)或者旁路系统(不含难生物降解组分)，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；其中所述的难生物降解组分为含苯环VOCs、含氯原子VOCs等；

3)对进入主路系统的特定湿度的VOCs废气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；

4)将进入旁路系统的特定湿度的VOCs废气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs废气，引入生物净化单元，彻底转化为CO2和H2O。所述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。

步骤3)所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1-10kV。

所述的催化剂为金属氧化物复合催化剂，其中一种金属为基质载体，另一种为掺杂金属，若为贵金属掺杂量为1％-5％，若为非贵金属，掺杂量为20％-40％。

根据本发明所述的一种光/热催化耦合生物净化VOCs废气的方法构建的装置，其特征在于：包括湿度调节装置、光/热双驱动催化单元和生物净化单元，所述的湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，所述的湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与所述的光/热双驱动催化单元进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第二出气口、所述的光/热双驱动催化单元的出气口均与所述的生物净化单元的进气口管路连通；

所述的光/热双驱动催化单元包括低温等离子体反应器、交流电源以及设置在光/热催化反应釜内的放电极，所述的低温等离子体反应器的绝缘外层内壁贴覆用于导电的金属网，所述的放电极的下部安装在所述的低温等离子体反应器内底面上，并且所述的放电极与所述的低温等离子体反应器内壁间隙作为等离子体放电区域，所述的等离子体放电区域填充负载催化剂的石英棉；所述的交流电源的两电极分别与低温等离子体反应器的金属网、放电极串联形成放电回路；

所述的生物催化单元包括生物填料反应器、营养液储罐和水泵，所述的生物填料反应器的底部进气口与所述的低温等离子体反应器的出液口管路连通，所述的生物填料反应器顶部设有排气口，所述的生物填料反应器的内腔填充生物填料；所述的生物填料反应器的底部 出水口与所述的营养液储罐连通，所述的营养液储罐的出液口与所述的水泵的进液口连通，所述的水泵的出液口与所述的生物填料反应器的顶部进液口管路连通。

所述的低温等离子体反应器的进气口以及低温等离子体反应器的出气口的管路设有通入气体成分分析仪检测端的分支。

所述的生物填料反应器内装填滴滤或过滤填料，并且所述的填料内配有取至污水处理设施中的好氧池并经驯化的活性污泥，所述的营养液槽内装有用于提供降解菌生长所需的营养元素的无机营养盐。

所述的三通气体换向阀的第二出气口通过旁路系统与所述的生物净化单元的进气口管路连通。

具体的，所述的催化剂的制备方法为：①当制备非贵金属掺杂的催化剂时，取1～10g非贵金属碳酸盐(如碳酸锰)在O2气氛下400-500℃煅烧5-8h，制得多孔金属氧化物备用；取0.2～4g可溶性的金属盐(如硝酸铜)溶于2-10mL的去离子水中，称取0.5-10g多孔金属氧化物边搅拌边加入，在80-100℃下干燥12-16h，400-500℃O2气氛煅烧2-6h，冷却取出，制得金属氧化物复合催化剂(非贵金属掺杂比例20-40％)；②当制备贵金属掺杂的催化剂时，称取0.1～0.5g的贵金属盐溶于100mL的去离子水中，待固体完全溶解后，并用冰乙酸(CH3COOH)将贵金属盐溶液pH分别调至2.5，其后转移到三口烧瓶中制成贵金属盐溶液；在剧烈搅拌下用滴液漏斗将20～100mL的钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4)滴入上述溶液，滴完后继续搅拌3～6h；待反应完全后，将反应好的溶液置于80℃恒温水浴锅中烘干，把所得固体前驱物研磨后移至坩埚内，置入马弗炉中450℃O2气氛下煅烧并保 温1～5h，制得相应的贵金属复合催化剂催化剂，贵金属掺杂比例1％-5％。

采用压片机将制备好的粉末催化剂压片成型，填充在呈絮棉状石英棉孔隙中，然后将该石英棉装填在放电区域内，利用低温等离子体激发该催化剂的催化性能。

低温等离子体驱动光/热催化单元和生物净化单元前后依次串联，并设置旁路系统，若进气多含有可生物降解、浓度较低组分时可通过旁路系统直接进入生物净化单元，实现彻底矿化；若进气中难生物降解组分较多时，废气依次通过低温等离子体驱动光/热催化单元和生物净化单元，实现彻底矿化。

对于浓度100-2000mg/m3的VOCs废气处理效率80-100％，矿化率75-85％。

本发明的有益效果是：通过获得光/热双驱动催化剂，提高低温等离子体能量利用率，在低能量密度输入下获得较好的转化效果；后置生物净化单元，能强化低温等离子驱动催化的效果，实现VOCs的彻底矿化，解决单一技术易产生二次污染的弊端。本技术对于浓度100-2000mg/m3的VOCs废气处理效率80-100％，矿化率75-85％。在相同的处理效率下，本技术能耗是单一等离子技术的40-60％，是已报道的低温等离子体协同催化技术的50％-70％。同时，本发明技术适用性较强，无论是何种废气，无论是易降解VOCs还是难降解VOCs，都可以通过本发明技术快速、低耗、高效的净化。

附图说明

图1：低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化的装置示意图；

图2：光/热双驱动催化剂特性表征图；

图3：利用该装置净化含氯苯的废气处理效果图(去除负荷)；

图4：利用该装置净化含氯苯的废气处理效果图(CO2矿化负荷)；

图5：利用该装置净化含四氢呋喃的废气处理效果图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法，其特征在于：

1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％-80％；

2)根据特定湿度的VOCs废气中是否含有难生物降解组分(如含苯环VOCs、含氯原子VOCs等)，选择性调整三通气体换向阀的档位，使得特定湿度的VOCs废气进入主路系统(含难生物降解组分)或者旁路系统(不含难生物降解组分)，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；

3)对进入主路系统的特定湿度的VOCs废气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；

4)将进入旁路系统的特定湿度的VOCs废气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs废气，引入生物净化单元，实现彻底矿化；所 述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。

步骤3)所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1-10kV。

所述的催化剂为铜锰复合催化剂或贵金属复合催化剂。

实施例2根据实施例1所述的一种光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs废气的方法构建的装置，包括湿度调节装置1、光/热双驱动催化单元2和生物净化单元3，所述的湿度调节装置1的进气口与待净化的废气源4管路连通，所述的湿度调节装置1的出气口与三通气体换向阀11的进气口管路连通，所述的三通气体换向阀11的第一出气口通过主路系统与所述的光/热双驱动催化单元2进气口管路连通，所述的三通气体换向阀11的第二出气口、所述的光/热双驱动催化单元2的出气口均与所述的生物净化单元3的进气口管路连通；

所述的光/热双驱动催化单元2包括低温等离子体反应器21、交流电源22以及设置在光/热催化反应釜内的放电极23，所述的低温等离子体反应器21的绝缘外层内壁贴覆用于导电的金属网211，所述的放电极23的下部安装在所述的低温等离子体反应器21内底面上，并且所述的放电极23与所述的低温等离子体反应器21内壁间隙作为等离子体放电区域，所述的等离子体放电区域填充负载催化剂的石英棉212；所述的交流电源22的两电极分别与低温等离子体反应器21的金属网211、放电极23串联形成放电回路；

所述的生物催化单元3包括生物填料反应器31、营养液储罐32和水泵33，所述的生物填料反应器31的底部进气口与所述的低温等 离子体反应器21的出液口管路连通，所述的生物填料反应器31顶部设有排气口311，所述的生物填料反应器31的内腔填充生物填料312；所述的生物填料反应器31的底部出水口与所述的营养液储罐32连通，所述的营养液储罐32的出液口与所述的水泵33的进液口连通，所述的水泵33的出液口与所述的生物填料反应器31的顶部进液口管路连通。

所述的低温等离子体反应器21的进气口以及低温等离子体反应器21的出气口的管路设有通入气体成分分析仪5检测端的分支。

所述的生物填料反应器31内装填滴滤或过滤填料，并且所述的填料内配有驯化的活性污泥(取自污水处理设施中的好氧池)，所述的营养液槽内装有用于提供降解菌生长所需的营养元素的无机营养盐。

所述的三通气体换向阀21的第二出气口通过旁路系统与所述的生物净化单元3的进气口管路连通。

实施例3：光/热双驱动催化剂制备

铜-锰复合氧化物催化剂的制备

取2g的MnCO3置于马弗炉中在O2气氛下400℃下煅烧5h，制得多孔MnO2备用。取0.38g Cu(NO3)2·3H2O，溶于2mL的去离子水中，称取1.0gMnO2边搅拌边加入，在80℃下干燥12h，400℃O2气氛煅烧2h，冷却取出，制得40％CuO/MnO2。

贵金属银-钛复合催化剂的制备

称取0.075g的AgNO3溶于100mL的去离子水中，待固体完全溶解后，并用冰乙酸(CH3COOH)将AgNO3溶液pH分别调至2.5左右，其后转移到三口烧瓶中，并在剧烈搅拌下用滴液漏斗将21mL 的钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4)以大约3s/滴的速度滴入上述溶液，滴完后继续搅拌3h，反应完全后，将反应好的溶液置于80℃恒温水浴锅中烘干，把所得固体前驱物研磨后移至坩埚内，置入马弗炉中450℃O2气氛下煅烧并保温2h，制得1％Ag/TiO2。

附图2分别是CuO/MnO2和Ag/TiO2的UV-VIS图。可以看出，CuO/MnO2在全波长范围内均有较强的吸收，Ag/TiO2只在400nm内有较强的吸收。通过作切线，Ag/TiO2的截止吸收波长分别为475nm。制备的这两种催化剂均能较好地吸收低温等离子体放电过程中产生的UV光，激发形成强氧化性的物质参与VOCs转化，其中转化率为A：

A＝(C苯的进口浓度-C苯的出口浓度)/C苯的进口浓度*100％；

其中，C苯的进口浓度代表苯的进口浓度；C苯的出口浓度代表苯的出口浓度

考察了这两种催化剂在50-100℃黑暗条件下对苯的转化效果，并以室温作为空白对照，反应时间30s，结果如下表1所示。可以看出，制备的催化剂具有一定的热催化效应。

表1黑暗条件下催化剂对苯的转化效果

实施例4：低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化氯苯废气

以40％CuO/MnO2作为催化剂耦合生物滴滤塔处理氯苯废气。填料采用PU填料，具有一定的机械强度、相对较高的比表面积、较大的空隙率、较小的压降、抗老化能力强作等优点。污泥取自某药厂污水处理厂曝气池，污泥经静置沉降2h后，除去上层清液和悬浮杂质，用水反复清洗活性污泥，去掉上层漂浮物和下层大块沉积物，留下颗粒细小的污泥。采用氯苯作为唯一碳源对其进行驯化，每3d更换一次营养液，驯化时间大约为3周。

挂膜启动前，将含有氯苯降解菌Ralstonia pickettii H2的菌悬液(生物量为75mg蛋白·L-1)以体积比1:1与污泥(生物量为90mg蛋白/L)混合后接种到新鲜营养液中形成接种液，接入BTF。

当能量输入密度为1.3-3.5×103J·L-1时，5此时产物的水溶性和可生化性较好，该体系的能量利用率0.0554-0.0705mg·kJ-1。因此，将该能量输入密度对应的峰值电压和处理时间设置为预处理工艺条件。在整个考察期间，维持DBB协同工艺条件不变(即峰值电压和停留时间维持不变)，改变的是BTF内CB废气的停留时间，工艺运行性能如附图4所示。

考察了不同进气负荷对CB去除负荷的影响，结果如图4-5。对于耦合系统，EBRT 90s时(由于CB废气在DBD协同转化过程中停留时间3s左右，故忽略不计，下同)，当进口负荷较低时(11-20g·m-3·h-1)，CB的总去除率达到100％。随着进口负荷逐渐升高，CB的总去除率呈下降趋势，但去除负荷始终呈上升趋势，当CB进气负荷达到48g·m-3·h-1，去除负荷为42g·m-3·h-1，且并未出现去除负荷呈平稳趋势(即达到最大去除负荷)。EBRT 45s时，去除负荷随进气负荷变化的趋势与EBRT 90s时相类似，当进气负荷处于实验范围内最大值时(96g·m-3·h-1)，CB的总去除率还能维持在80％左右，此时去 除负荷为76g·m-3·h-1。

该系统对CB的矿化效果较为完全，矿化率达到95％。，在能量输入密度为1.3-3.5×103J·L-1时，DBD催化工艺能把CB转化为乙二醇、丙三醇、2-庚醇、3-羟基丁酸、2-羟基丙酸等，这些物质水溶性和可生化性均优于CB，进入到BTF能优先于CB分子被微生物利用，因此CO2生成量较大。

以普通单一等离子技术作为对比。处理CB废气，在停留时间相同的情况下，CB的转化率虽然较高，但CO2产生量极少，即无法矿化彻底，即使提高能量输入密度，其矿化率也提高甚微，无法与低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化相比。经过计算，在获得相同处理效率的条件下(不考虑矿化率)，本技术能耗是单一等离子技术的60％。

实施例5：低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化四氢呋喃废气

由于废气中含有四氢呋喃，属于易水溶易生物降解的组分，因此可以经过湿度调节后由转向阀直接进入生物净化装置，不需要经过低温等离子体驱动光/热催化单元。

污泥来源同实施例2，采用四氢呋喃作为唯一碳源进行驯化。菌种采用THF高效降解菌Pseudomonas oleovorans DT4。工艺运行性能如图4所示。

在空床停留时间31s、进气浓度～150mg/m3条件下，去除效率大幅度降低，但缓冲能力较强，第29d时总去除率重新回到100％。反应装置能在相对较短的时间内恢复，进一步说明优势菌引入对生物净化装置的稳定运行具有重要的作用。

不同菌株降解相同底物的耗氧速率的差异与其对底物的降解性 能一致，耗氧速率值越大，表明其对该底物的降解性能越强。反应器运行120d时，在生物反应器的不同层取样，测耗氧速率，结果见表3(已扣除内源呼吸)。从表中可知，耗氧速率较好，表明生物活性高，这与相应的去除率和生物量水平一致。

表3反应器不同位置耗氧速率比较

实施例6：低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化污水处理厂(站)产生的含VOCs的恶臭废气

某制药公司生产车间及污水站在正常运作过程中产生含甲苯、四氢呋喃、氯仿、H2S等挥发性有机废气与恶臭废气，需建设废气处理系统。采用低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化。考虑到该企业运行工况不稳定，废气成分、浓度波动较大，因此当实际工况废气中不含有难降解VOCs或各组分浓度较低时，换向阀打开，废气直接进入生物净化装置；若实际工况废气中含有难降解VOCs或组分浓度较大时，再次启动换向阀，废气进入低温等离子体驱动光/热催化耦合生物净化工艺。通过这样的操作，实现不同工况下废气的净化处理。

表4是不同时间段装置的工艺运行情况。可以看出，该工艺装置具有很好地适应性能。通过对进气成分的初步分析，决定换向阀的位置，以实现低耗高效的处理废气。与单一的等离子协同普通催化相比，无二次污染问题，在整个运行过程中总能量输入约是单一的60％。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：

1.光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法，其特征在于：

1)调节待净化的VOCs废气的湿度，控制待净化的VOCs废气的湿度保持在50％-80％；

2)根据步骤1)获得的VOCs气中是否含有难生物降解组分选择性调整三通气体换向阀的档位，使得VOCs气进入主路系统或者旁路系统，其中所述的主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通；其中，所述的难生物降解组分为含苯环VOCs或含氯原子VOCs；

3)对进入主路系统的VOCs气，进行低温等离子体驱动光/热催化处理，利用高能电子的强氧化、催化剂的光催化和热催化协同作用，短时间内将VOCs废气的难降解组分转化为易生物降解的组分；所述的所述的催化剂为具有光响应和热响应性能的金属氧化物复合催化剂；所述的低温等离子体驱动光/热催化处理过程中低温等离子体采用电晕放电或介质阻挡放电，高压高频放电电源输入电源为220VAC、50Hz，其输出高压交流电源电压峰值为1-10kV

4)将进入旁路系统的VOCs气或者经步骤3)处理获得的降解后VOCs气，引入生物净化单元，彻底转化为CO2和H2O；所述的生物净化单元所用的填料为滴滤或过滤填料。

2.如权利要求1所述的光/热催化耦合生物净化VOCs的方法，其特征在于：所述的催化剂为非贵金属氧化物复合催化剂或贵金属复合催化剂；其中一种金属为基质载体，另一种为掺杂金属，若为贵金属掺杂量为1％-5％，若为非贵金属，掺杂量为20％-40％。

3.根据权利要求1～2项任意一项权利要求所述的光/热催化耦合生物净化VOCs的方法构建的装置，其特征在于：包括湿度调节装置、光/热催化单元和生物净化单元，所述的湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，所述的湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与所述的光/热催化单元进气口管路连通，所述的三通气体换向阀的第二出气口、所述的光/热催化单元的出气口均与所述的生物净化单元的进气口管路连通；

所述的光/热催化单元包括低温等离子体反应器、交流电源以及设置在光/热催化反应釜内的放电极，所述的低温等离子体反应器的绝缘外层内壁贴覆用于导电的金属网，所述的放电极的下部安装在所述的低温等离子体反应器内底面上，并且所述的放电极与所述的低温等离子体反应器内壁间隙作为等离子体放电区域，所述的等离子体放电区域填充负载催化剂的石英棉；所述的交流电源的两电极分别与低温等离子体反应器的金属网、放电极串联形成放电回路；

所述的生物催化单元包括生物填料反应器、营养液储罐和水泵，所述的生物填料反应器的底部进气口与所述的低温等离子体反应器的出液口管路连通，所述的生物填料反应器顶部设有排气口，所述的生物填料反应器的内腔填充生物填料；所述的生物填料反应器的底部出水口与所述的营养液储罐连通，所述的营养液储罐的出液口与所述的水泵的进液口连通，所述的水泵的出液口与所述的生物填料反应器的顶部进液口管路连通。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的低温等离子体反应器的进气口以及低温等离子体反应器的出气口的管路设有通入气体成分分析仪检测端的分支。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的生物填料反应器内装填滴滤或过滤填料，并且所述的填料内配有取自污水处理设施中的好氧池并经驯化的活性污泥，所述的营养液槽内装有用于提供降解菌生长所需的营养元素的无机营养盐。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的三通气体换向阀的第二出气口通过旁路系统与所述的生物净化单元的进气口管路连通。

7.一种用于权利要求3所述的光/热催化耦合生物净化VOCs废气的方法中的催化剂制备方法，其特征在于：所述的催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取1～10g非贵金属碳酸盐在O2气氛下400-500℃煅烧5-8h，制得多孔金属氧化物备用；

(2)取0.2～4g可溶性的金属盐溶于2-10mL的去离子水中，称取0.5-10g多孔金属氧化物边搅拌边加入，在80-100℃下干燥12-16h，400-500℃O2气氛煅烧2-6h，冷却取出，制得金属氧化物复合催化剂；其中步骤(1)(2)中的金属为非贵金属；

(3)步骤(1)和(2)制备的金属氧化物复合催化剂掺杂比例20％-40％。

8.一种用于权利要求3所述的光/热催化耦合生物净化VOCs废气的方法中的催化剂制备方法，其特征在于：所述的贵金属复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取0.1～0.5g的贵金属盐溶于100mL的去离子水中，待固体完全溶解后，并用冰乙酸(CH3COOH)将贵金属盐溶液pH分别调至2.5，其后转移到三口烧瓶中制成贵金属盐溶液；

(2)在剧烈搅拌下用滴液漏斗将20～100mL的钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4)滴入上述溶液，滴完后继续搅拌3～6h；

(3)待反应完全后，将反应好的溶液置于80℃恒温水浴锅中烘干，把所得固体前驱物研磨后移至坩埚内，置入马弗炉中450℃O2气氛下煅烧并保温1～5h，制得相应的贵金属复合催化剂催化剂，贵金属掺杂比例1％-5％。

技术总结

光/热双驱动催化耦合生物净化VOCs的方法及其装置，所述的方法如下：将VOCs废气引入主路系统或者旁路系统，其中主路系统与低温等离子体驱动光/热催化单元连通，旁路系统与生物填料反应器连通，然后将VOCs废气引入生物净化单元彻底矿化；所述装置，包括湿度调节装置、光/热双驱动催化单元和生物净化单元，湿度调节装置的进气口与待净化的废气源管路连通，湿度调节装置的出气口与三通气体换向阀的进气口管路连通，三通气体换向阀的第一出气口通过主路系统与光/热双驱动催化单元进气口管路连通，三通气体换向阀的第二出气口、光/热双驱动催化单元的出气口与生物净化单元的进气口管路连通。本发明的有益效果是：去除效率高、净化效果好。

技术研发人员：王家德;成卓韦;王霞;徐丹华

受保护的技术使用者：浙江工业大学;山东派力迪环保工程有限公司

文档号码：201610751869

技术研发日：2016.08.29

技术公布日：2017.02.22