烹饪油烟已成为我国大气污染的重要来源,也对人体健康产生极大危害,因此,油烟废气净化治理不容忽视。中国特色的高温烹饪,使得油烟废气成分复杂,包括了气、液、固三相。油烟污染问题在餐饮企业尤为突出,其治理难度大。然而,对于餐饮企业所排放的油烟,目前采用的净化技术形式单一、效率低下,很难达到理想效果。因此,根据餐饮企业油烟废气复杂性的特点,分阶段对其净化治理显得尤为重要。本论文旨在通过技术上的创新,从装置设计和材料制备角度出发,构建分级油烟净化治理技术框架。此外,还尝试将气敏传感技术引入油烟净化系统,通过气敏传感技术与分级油烟净化技术相结合,构建智能油烟净化模式。本论文的主要研究内容和结果如下:1.油脂分离旋转滤网的设计与应用(1)设计了单层油脂分离旋转滤网,并应用于实验室自行搭建的油脂分离测试系统。通过改变滤网的转速和孔径,考察旋转滤网对油脂分离度和颗粒物的截留情况。结果表明,对于同一孔径的滤网,油脂分离度随着转速的增大而增大,且对PM10、PM2.5、PM1和PM0.1均有明显的去除效果;在高转速下,减小滤网孔径可有效增加滤网与颗粒物的物理碰撞几率,从而增加整机油脂分离度和细颗粒物的拦截效果,当转速为1300 r/min,滤网孔径为0.73 mm(24目)时,整机油脂分离度达96.5%。此外,粘附于滤网上的油脂颗粒物在离心力作用下可向外甩出,保持滤网清洁,不堵塞。(2)利用Fluent软件对旋转滤网式油烟机的油气两相流动进行数值模拟,观察油脂颗粒物在滤网的运动状态。模拟结果表明,旋转滤网能有效地截留油脂颗粒物,但同时也存在导致油烟二次逃逸的死角位置。因此,可利用模拟结果对油烟机进行优化改造。(3)通过齿轮间的两两配合,设计了双层同轴异向油脂分离旋转滤网。双层滤网结构有效地增加了油脂颗粒物与滤网的物理碰撞几率,且使得油脂颗粒物在正、反漩涡中停留时间变长而将其有效截留。此外,通过在滤网上增加带导油槽结构辐条和将滤网倾斜,以利于粘附在滤网上的油脂颗粒物向外甩出,从而保持滤网清洁,不堵塞。2.超重力旋转填充床强化VOCs吸收及类芬顿催化降解有机废液(1)设计了并流式超重力旋转填充床,以次氯酸钠(NaClO)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液为吸收液,处理二甲苯有机气体。考察不同参数对二甲苯去除率和气相总传质系数的影响,以此评价该技术对有机气体的吸收能力。结果表明,二甲苯去除率与pH值和气体流量成反比关系,与液体流量、NaClO浓度和转速成正比关系,添加表面活性剂SDBS能有效增大旋转填充床对二甲苯的去除效率。此外,利用实验数据拟合气相总传质系数关联式,其计算值与实验值的偏差在±30%之间,二者较好地吻合。(2)以铁基金属有机骨架化合物为前驱物,通过两步煅烧法合成磁性多孔Fe304/C八面体类芬顿催化剂,并应用于有机废液的降解。该材料表现了优越的类芬顿催化性能和良好的循环稳定性,这归因于石墨化碳层的存在,并通过自牺牲作用而保护Fe304内核的活性位点((?)Fe2+)免受氧化。此外,介孔结构也有利于固-液接触和表面电子转移、传输,从而进一步提高催化性能。3.氧化锌基半导体气敏传感材料的制备与应用(1)以锌基金属有机骨架化合物为前驱物,直接煅烧合成ZnO空心纳米笼气敏传感材料,并应用于低浓度VOCs的检测。该结构具有的介/大孔通道有利于有机气体分子的吸附-脱附,也有利于充分暴露活性位点和氧空位,从而离子化表面吸附氧为活性氧物种,并提高低浓度VOCs的检测灵敏度。结果表明,ZnO空心纳米笼对0.1 ppm苯气体的灵敏度为2.3 ppm-1,对50 ppb丙酮气体的灵敏度为 15.3 ppm-1。(2)以锌-铁基金属有机骨架化合物为前驱物,直接煅烧合成ZnO/ZnFe2O4空心异质结气敏传感材料。该材料对还原性VOCs气体表现了反常的n-p-n半导体传导率转变现象。这是由于异质界面的存在,使得不同工作温度下界面处电子-空穴发生此消彼长过程,费米能下移或上移而造成的。该反常的传导率转变现象显著提高气敏传感器的选择性。