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深入详解废气处理中对于光氧催化技术的基本原理

返回列表 来源: 发布日期: 2020.01.11
  目前,光催化氧化技术主要是利用光敏催化剂激发的电子-空穴对,在一定的光照下与吸附在催化剂上的溶解氧和水分子发生反应,生成强氧化性基团如·OH和O2-,最后通过添加、置换和电子转移污染物溶液中的羟基来实现VOCs的还原。换言之,光催化氧化所需的主要能量是光能。TiO2具有化学稳定性高、催化活性好、价格低廉等优点,是最常用的光催化剂之一。晶体结构有两种:锐钛矿型和金红石型。金红石型比较稳定,即使在高温下,也很难分解和转化。金红石型TiO2的禁带宽度为3.0ev,而锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV,即引发锐钛矿型TiO2光催化反应所需的光能大于3.2eV,金红石型TiO2的禁带宽度仅大于3.0ev。对于锐钛矿型TiO2,紫外光的激发波长应小于387.5nm。
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  顾名思义,光催化氧化技术,它必须有“光”和“催化剂”一起工作。对于光,有两个参数:波长和强度。TiO2催化剂只有在一定波长范围内吸取光,才能克服带隙能,在其表面产生电子空穴。结果表明,在185~254nm范围内,短波紫外光更有利于生成更多的·Oh,从而加速了光催化活性的提高。光强度代表单位时间和单位截面的光能,它直接决定了紫外光提供的总能量是否足以使周围的所有TiO2参与反应。因此,在光催化过程中,必须保证反应器内光的均匀分布和一定强度的紫外光。

  催化剂的活性组分主要为TiO2。粒径越小,特别是在纳米级,比表面和反应表面越大,单电子空穴复合速率越小,光催化活性越高;如果在TiO2中掺杂金属或非金属颗粒,由于锐钛矿型具有较强的氧吸附能力,金红石型具有较高的光利用率,且两种类型的混合晶体的光催化性能均优于单晶材料。影响光催化活性的其他因素包括孔隙率、平均孔径、表面电荷、煅烧温度和纯度。水蒸气也是光催化反应的重要因素。由于水分子提供的羟基能捕获空穴,进而产生自由基·Oh,反应中适量的水蒸气有利于反应,但如果水蒸气过多,就会在TiO2表面产生竞争吸附,不利于光催化。此外,反应器中的初始浓度和停留时间也直接影响光催化氧化技术的去除效果。根据目前实验室数据的结果,在优化的条件下,浓度为10mg/m3的甲醛去除率需30min才能达到70%。

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