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      2022-08-05????來源:北京同林臭氧發生器???瀏覽量:????
      馬魯銘 :鐵基臭氧催化劑整砌填料的內容與形式
            本文來自馬魯銘教授 鐵基催化劑催化臭氧公眾號
            有位細心工程師找到我詢問:他已核過價格,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,這個問題也曾困擾過我團隊,隨著工程實踐,現在大家都明白了。
            對于砼結構的催化臭氧化反應池,我們設計并制備了單元化鐵基催化劑整砌填料。外部特征為一個不銹鋼矩形外筐,比較美觀;內部為“橫七豎八”鐵刨花構成的“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,作為技術發明者肯定想把制造成本降至最低!問題關鍵:不銹鋼外筐構成整砌填料不可分割部分,是功能性包裝。打個比喻:罐裝鮮啤酒,很可能易拉罐比鮮啤酒成本更高,顧客購買時會要求省去易拉罐嗎?
            我們的鐵基催化劑與其他催化劑不同,不是通過“浸漬”、“燒結”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(當然是相對的,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,它又是內部Fe(0)氧化的鈍化層。這種制備方法優點:一是工藝簡單,一步完成;二是表面主要成份為γ-FeOOH,催化臭氧效果好。而燒結方法,表面不會形成過渡金屬羥基化物(Me-OH),理論認為:表面羥基(-OH)才是催化臭氧的有效官能團。
            不論是燒結法還是表面改性法,催化劑僅在填料(擔體)表面薄薄的一層,不耐摩擦。因此,散裝填料(如數毫米的顆粒擔體)在運輸和反沖洗過程中,表面易損傷。而我們的整砌填料是“沙琪瑪”狀,不會形成表面摩擦,這是整砌化填料最大的優點。
            確定了整砌填料形式,就要追求比表面積最大化,當然這個表面是供傳質和反應的,不包括“死空穴”面積。一種準確表述:構成“微通道”的比表面積才是有效比表面積。我們通過實驗,找出了堆積密度與有效比表面積的關系曲線,就是下圖中紅色的“風阻拋物線”。這表明:當堆積密度大于一定值后,有效比表面積迅速下降,內部“通道”急速關門,變成了“死空穴”。
            綜合考慮,工程上采用的堆積密度值小于最大值一截,實用整砌填料有效比表面積可達3500M2/M3(而我們承諾值遠遠保守)。
       
            由于堆積密度較大,制備整砌填料要用油壓機械等;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,加工成內部密度均勻、形狀規則的整砌填料是必要的。這里要強調水平截面鐵刨花密度均勻的重要性:由于反應器(反應池分割而成)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。一個外筐,上下都有篩板,內部是自由流場;而每個外筐均放置于反應器橫梁上,筐與筐之間水流不能竄流(壁隔離)。這些措施,都對整個反應器均勻布水發揮重要作用。若不做成單元化整砌填料,根本無法實現。
            通常反應池水深6米甚至更深;規范規定池體必須是密封的,池頂蓋板只能設人孔。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:當上、下外筐篩板與篩板緊貼,若上、下兩孔完全對中,水流尚湊合;若上、下兩孔不完全對中,將造成短流、甚至斷流;總之,兩篩板緊貼問題很大。因此,我們在外筐上設計了0.2米高的鏤空層(見照片,不填催化劑)。它在反應器運行時功能是“二次配水”;在運輸、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。應該看到,我們制備整砌填料的方法實際上揀到了大“便宜”:厚度很小、螺旋狀的鐵刨花,壓縮性好,具有較高強度,作為填料原料屬性優秀,且是“廢品”的價錢。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。
            最后聲明:該填料的表面改性方法、整砌填料制備方法、外框形式結構等都已取得專利權。

      標簽:臭氧催化劑(2)


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