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深入詳解廢氣處理中對于光氧催化技術(shù)的基本原理

返回列表 來源： 發(fā)布日期： 2020.01.11
　　目前，光催化氧化技術(shù)主要是利用光敏催化劑激發(fā)的電子-空穴對，在一定的光照下與吸附在催化劑上的溶解氧和水分子發(fā)生反應，生成強氧化性基團如·OH和O2-，最后通過添加、置換和電子轉(zhuǎn)移污染物溶液中的羥基來實現(xiàn)VOCs的還原。換言之，光催化氧化所需的主要能量是光能。TiO2具有化學穩(wěn)定性高、催化活性好、價格低廉等優(yōu)點，是最常用的光催化劑之一。晶體結(jié)構(gòu)有兩種：銳鈦礦型和金紅石型。金紅石型比較穩(wěn)定，即使在高溫下，也很難分解和轉(zhuǎn)化。金紅石型TiO2的禁帶寬度為3.0ev，而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度為3.2eV，即引發(fā)銳鈦礦型TiO2光催化反應所需的光能大于3.2eV，金紅石型TiO2的禁帶寬度僅大于3.0ev。對于銳鈦礦型TiO2，紫外光的激發(fā)波長應小于387.5nm。
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　　顧名思義，光催化氧化技術(shù)，它必須有“光”和“催化劑”一起工作。對于光，有兩個參數(shù)：波長和強度。TiO2催化劑只有在一定波長范圍內(nèi)吸收光，才能克服帶隙能，在其表面產(chǎn)生電子空穴。結(jié)果表明，在185～254nm范圍內(nèi)，短波紫外光更有利于生成更多的·Oh，從而加速了光催化活性的提高。光強度代表單位時間和單位截面的光能，它直接決定了紫外光提供的總能量是否足以使周圍的所有TiO2參與反應。因此，在光催化過程中，必須保證反應器內(nèi)光的均勻分布和一定強度的紫外光。

　　催化劑的活性組分主要為TiO2。粒徑越小，特別是在納米級，比表面和反應表面越大，單電子空穴復合速率越小，光催化活性越高；如果在TiO2中摻雜金屬或非金屬顆粒，由于銳鈦礦型具有較強的氧吸附能力，金紅石型具有較高的光利用率，且兩種類型的混合晶體的光催化性能均優(yōu)于單晶材料。影響光催化活性的其他因素包括孔隙率、平均孔徑、表面電荷、煅燒溫度和純度。水蒸氣也是光催化反應的重要因素。由于水分子提供的羥基能捕獲空穴，進而產(chǎn)生自由基·Oh，反應中適量的水蒸氣有利于反應，但如果水蒸氣過多，就會在TiO2表面產(chǎn)生競爭吸附，不利于光催化。此外，反應器中的初始濃度和停留時間也直接影響光催化氧化技術(shù)的去除效果。根據(jù)目前實驗室數(shù)據(jù)的結(jié)果，在優(yōu)化的條件下，濃度為10mg/m3的甲醛去除率需30min才能達到70%。