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光催化氧化廢氣處理技術

作者: 來源: 日期:2019-4-22 16:08:26 人氣:28

光氧催化技術,主要利用光敏催化劑在一定量的光照射下激發產生的電子-空穴對,與吸附在催化劑面積的溶解氧和水分子等發生作用,進而產生˙OH與˙O2-等強氧化性自由基,再通過與污染物的羥基加和、取代、電子轉移等方式礦化,實現VOCs的降解。說白了,光催化氧化反應所需的能量主要來源光照能量。



     TiO2具有較高的化學穩定性和催化活性,且價廉無毒,所以是目前常用的光催化劑之一。其常用的晶型結構有2種:銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型相對更穩定,即使在高溫的情況下也難以發生分解和轉化。并且金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0eV,而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度是3.2eV,也就是說,引發銳鈦礦型TiO2進行光催化反應所需的光能量需大于3.2eV,金紅石型TiO2僅需大于3.0eV。對于銳鈦礦型TiO2,紫外光的激發波長需要小于387.5nm。




  顧名思義,光氧催化技術,那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行。



  對于光,有兩個參數:波長與光強。只有吸收了一定波長范圍內的光,TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量,在其表面會產生電子-空穴。研究結果表明,短波長的紫外光,尤其是在185~254nm,更有利于生成更多的˙OH,從而加快光催化反應活性。而表示單位時間內、通過單位橫截面光能大小的光強,直接決定了紫外光所提供的總能量是否足以使周圍的TiO2全部參與到反應中來。所以,光催化過程中要保證反應器內布光均勻且紫外光達到一定強度。



  對于催化劑,其活性組分主要是TiO2。其顆粒粒徑越小,尤其是納米級,比表面與反應面就越大,電子-空穴的簡單復合率就小,光催化活性也就高;若在TiO2中摻雜金屬或非金屬粒子,還可拓展其可接受的光照射響應范圍;因為銳鈦礦型具有強吸附氧氣能力,金紅石型具有較高的光利用率,二者的混晶型物質在光催化性能方面的表現要比單一晶型物質要好。其它影響光催化活性的因素還包括,孔隙率、平均孔徑、表面電荷、焙燒溫度、純度等。



  水蒸氣也是在光催化反應不可忽視的因素。因為水分子提供了可俘獲空穴的羥基,進而產生自由基˙OH,反應中適量的水蒸氣有利于反應的進行,但如果水蒸氣過多,會在TiO2表面產生競爭吸附,反而不利于光催化的進行。



  此外,廢氣的初始濃度和在反應器內部的停留時間,也直接影響光氧催化技術的去除效果。從目前的實驗室數據結果看,在各條件優化后的情況下,處理濃度10mg/m3的甲醛尚需30min才能達到70%的去除效率。


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