多功能光催化反應器提高光催化效率
隨著能源價格的持續(xù)上漲和環(huán)境污染的日趨嚴重,半導體光催化污染治理技術近年來日益受到人們的重視 [1]。該技術具有工藝簡單、能耗低、無二次污染和降解徹底的特點。因為半導體受一定能量光照射而產生的光生空穴和電子具有很強的氧化性和還原性,可以無選擇的將半導體顆粒表面的吸附物氧化還原為CO2和H2O。國內外有關光催化降解水中有機污染物的研究已有十余年歷史,近幾年來,隨著對低濃度(μg/m3)揮發(fā)性有機物(VOCs)所帶來的空氣污染問題的重視,多功能光催化反應器人們認識到氣固相光催化處理VOCs的潛在優(yōu)勢,開始了這方面的研究。氣固相光催化反應器是光催化過程的核心設備,它的設計和應用勢必成為氣固相光催化研究的主要方向之一。
光催化反應器與傳統(tǒng)反應器的不同之處在于需要有光源的存在,因此它的設計更加復雜,除了考慮傳統(tǒng)的反應器所涉及的如質量傳遞和混合、反應物和催化劑的接觸、流動方式、反應動力學、催化劑的安裝、溫度的控制等問題外,還要考慮光能在反應器內的傳播與均勻分布,因為只有吸收了適當?shù)墓庾佣患せ畹拇呋瘎┎啪哂写呋钚?。另外,光強的選擇也極為重要,它對光催化反應的影響隨反應物的不同而有所不同。但通常在較低光強下反應速率與光通量呈一級反應,在較高光強下反應速率為半級,即光效率隨光強增加而下降。根據(jù)相態(tài)的不同,光催化反應器可分為氣固相光催化反應器與液固相光催化反應器。與液固相相比,氣固相光催化反應器通常需要在高氣體體積流量下操作[2],要求有很好的氣密性,同時要便于物料的裝卸;需要固定化的催化劑,若使用粉末催化劑,只能造成氣阻增大,催化劑流失嚴重或分散不均等不利情況而影響。
流化床的結構相對復雜,操作中需要滿足壓降小、高氣速的要求,多功能光催化反應器過程不易控制,因此研究難度較大,報道得較少。然而,流化床可改善傳質條件,提供光對顆粒的連續(xù)照射,提高催化劑表面積與反應器容積之比,可通過調節(jié)載體膨脹率提高光的透射率。與固定床的比較研究表明[15,16],流化床比固定床能更好地實現(xiàn)反應物、催化劑與入射光的充分接觸,提高光催化效率。并且,由于流化床極大的改善了污染物與催化劑的傳質條件,比固定床更適合于處理較高濃度的有機廢氣。流化床的這些優(yōu)點已逐漸引起了人們的注意,為使氣固相光催化反應實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應用,流化床光反應器的研制和開發(fā)勢在必行,國內外已有不少研究人員投入了該項工作,并取得了不菲的成績。
下一頁:光化學反應儀器反應釜材質