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光催化氧化法VOCS污染控制

2017-7-7 10:19| 发布者:admin| 查看:490| 评论:0|原作者:admin

摘要:1、光催化氧化反应机理20世纪90年代以后, 光催化氧化法成为去除低浓度VOCS 的最热门研究课题。利用催化剂的光催化氧化性, 使吸附在其表面的VOCS 发生氧化还原反应, 最终转变为CO2、H2O及 ...

1、光催化氧化反应机理
20世纪90年代以后, 光催化氧化法成为去除低浓度VOCs 的最热门研究课题。利用催化剂的光催化氧化性, 使吸附在其表面的VOCS 发生氧化还原反应, 最终转变为CO2、H2O及无机小分子物质。
具有光催化作用的半导体催化剂, 在吸收了大于其带隙能( Eg) 的光子时, 电子从充满的价带跃迁到空的导带, 而在价带上留下带正电的空穴( h+) 。光致空穴具有很强的氧化性, 能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH, OH几乎可以氧化所有的有机物。常用的金属氧化物光催化剂有: Fe2O3、WO3、Cr2O3、ZnO、ZrO、TiO2 等。由于TiO2 来源广、化学稳定性和催化活性高, 没有毒性, 成为试验研究中最常用的光催化剂。

2、TiO2光催化氧化处理VOCS的研究进展
纳米TiO2 的带隙能为32eV, 相当于387. 5nm光子的能量。当受到波长小于387. 5nm的紫外光照射时, 价层电子会被激发到导带, 从而产生具有很强活性的电子 空穴对; 这些电子 空穴对迁移到TiO2颗粒表面后, 可以参加氧化还原反应, 加快光降解。
TiO2光催化处理VOCS 已成为继光催化处理废水之后的又一研究热点, 所用TiO2 形态有粉末和溶胶薄膜两类。研究结果认为, 纳米TiO2 会出现量子尺寸效应, 并随颗粒尺寸的减小和比表面积的增大而显著提高。对于晶体形态, 已得出锐钛型的活性高于金红石型的结论。故光催化氧化试验通常采用锐钛型, 或者采用以锐钛型为主的混晶型纳米TiO2粉末或薄膜固载于金属或金属氧化物( 如SiO2 与Al2O3) 、硅胶、玻璃、海沙、陶瓷等载体上使用。
张彭义等将经过碳黑改性的TiO2 负载在铝片或不锈钢网上, 用低压汞灯作光源, 在甲为10~14mg/ m3时得到了80%~88%的去除率。他们还将TiO2涂覆在玻璃、瓷砖、日光灯管上, 在普通日光下3h后对甲苯的去除率分别达到27. 8%、23. 1%、15. 8%。
赵莲花等用三氯乙烯对TiO2 薄膜进行预处理后, 甲苯的半衰期由35min缩短至8min, 很多VOCS的光催化反应速率明显加快, 原因是反应生成的氯吸附在催化剂表面生成氯游离基引发链反应, 加快了反应进程, 提高了气相光催化反应速率。
吴亚西用自制的光催化反应器, 以高压汞灯( 波长小于387. 5nm) 作光源, 就TiO2 的晶型、用量, 光照射的强度等因素对室内空气中常见的苯系物、烷烃、醇、醚、醛和卤代烃进行光催化氧化分解试验, 当锐钛型TiO2 占95%时, 除甲醛外, 其他VOCS的光催化分解速率都很快, 在8~9min后分解反应达到稳定, 经5min光催化氧化, 分解率达到或接近80%, 其中庚烷和乙醚3min后分解率高达90%。甲醛光催化分解效率小于15%。
周宇松等将TiO2 溶胶制成薄膜负载在玻璃上,用主波长254nm的紫外光源照射40min后, 甲醛的分解率达到了78. 3%。有人在TiO2 中掺入Ce后,较纯TiO2 薄膜的反应速率显著提高, 甲醛溶液和甲苯气体分别为15min和8min达到了90%以上的分解率。

上述研究结果表明, 在具有一定强度的紫外光照射下, 大气中常见的VOCS 都可以被TiO2 催化氧化, 并且去除率较高。光催化氧化法在常温、常压下即可进行, 国内外都有大量的文献报道, 还申请了一些专利, 一些空调生产厂家正在开发应用光触煤空气净化技术的产品。为了提高光催化氧化方法的适用性, 使其真正得以商业化, 需要在以下几方面开展深入研究:
( 1) 减少光催化剂的失活, 提高其活性和失活后的再生能力。
( 2) 拓宽半导体催化剂激发光源的波长范围, 最终实现以太阳光作激发光源。
( 3) 提高吸附能力和光催化效率, 开发具有吸附与光降解双重功能的空气净化器
( 4) 光催化反应器的设计。
( 5) 制备大孔径、高比表面积、固载量多、抗冲击性能好, 又不影响催化剂活性的载体。
( 6) 掺入其他金属元素, 构成二元或多元复合半导体催化剂。


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