用于VOCs治理的光催化氧化设备和等离子体设备.ppt

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1、用于VOCs治理的光催化氧化设备和等离子体设备环科1211211703107吴玲一、光催化氧化技术（1）光催化空气净化技术概述1972年Fujishima和Honda首次报道了受辐射的TiO2为代表的光催化材料的应用研究十分活跃。1985年Formenti曾系统研究了使用TiO2为催化剂对气相烃进行催化氧化，但是他的研究是以制备含氧有机物为目的的。光催化反应处理有机物方法简单、不产生二次污染、适用范围广。（2）光催化反应的优点广谱性，迄今为止的研究表明光催化几乎对所有的污染物都具有治理能力；经济性，光催化在常温下进行

2、，直接利用空气中的氧气作氧化剂，气象催化可利用低能量的紫外灯，甚至直接利用太阳光；灭菌消毒，利用紫外线控制微生物的繁殖已在生活中广泛使用，光催化灭菌消毒不仅仅是单独的紫外线作用，而是紫外线和催化的共同作用。二、光催化反应原理（一）光催化反应机理光催化反应是光和催化剂同时存在时才发生的化学反应。光催化剂表面的光催化反应包括4个步骤。（1）光激发催化剂表面形成电子-空穴对：光催化剂接受适当光能后，价带电子受激发跃过带隙到达导带，价带电子因缺乏电子故形成空穴。（2）电子-空穴对必须能有效地分离：光催化反应必须由某些电子俘获剂

3、来捕集电子，以延迟电子-空穴对的再重组速率。（3）电子-空穴对在光催化剂表面与被吸附物发生氧化还原反应：此过程决定反应路径与反应产物。在某些操作条件下，电子-空穴对可与中间产物形成高反应性的自由基，造成催化剂中毒，所以此过程非常重要。（4）光催化剂表面产物的脱附与再吸附：若产物不易脱附，势必占据催化剂表面的活性位置，造成催化剂中毒，所以此过程非常重要。（二）光催化反应的影响参数气相光催化反应受很多因素的影响，总体上可以分为两大部分：一是催化剂本身的性质；二是外部反应条件。催化剂本身的性质主要由催化剂的制备方法决定。外部反

4、应条件对光催化反应的影响因素较多。1.光强的影响光强与反应速率的一般关系是光强越大，光催化反应速率越高。当光强较小时，有机物的光催化反应速率与光强成正比；当光强为中等强度时，光催化反应速率与光强的平方根成正比；当光强很大时，增大光强不会影响光催化反应速率。2.污染物浓度污染物的初始浓度会影响TiO2光催化反应的速率。如果气相中有机污染物的初始浓度过高，则不利于反应的进行。催化剂失活现象主要是由反应中间产物在催化剂表面上吸附并占据了活性位置所致，采用不含有机污染物的湿空气并同时用紫外线照射，可以使吸附的中间产物脱附或被氧化

5、，从而使催化剂得到再生。3.反应温度反应温度的升高对光催化反应速率会产生促进、抑制和先促进后抑制三种不同的影响。对光催化剂表面反应而言，反应温度升高有助于化学反应和脱附反应的进行，但会抑制反应物在光催化剂表面的吸附反应，当反应的控制步骤反应温度的升高在这3种反应之间转移时，就有可能造成反应速率随反应温度的升高而先升高后下降的情况。4.反应湿度水蒸气在光催化反应中起着很重要的作用，TiO2表面既有吸附的水分子又有由化学吸附的水形成的氢氧基。一般而言，在有水蒸气存在的条件下，水分子会解离吸附在Ti4+上形成氢氧基，氢氧基除与

6、表面空穴结合形成高反应性的.OH,借以促进有机物的分解外，也可吸附水分子和有机物分子成为光催化反应的活性位置。5.反应气体中含氧量氧气是光催化反应的必需因素，氧气是氧化剂，同时也是良好的电子俘获剂，吸附在光催化剂表面的氧分子会参与反应并消耗掉电子，也会增大带隙，使得电子-空穴对的再重组受到限制，从而促进氧化能力。在高氧气浓度时，反应速率与氧气浓度关系不大。6.反应停留时间反应停留时间对光催化反应的影响，即为反应物与光催化剂接触时间越长，光催化反应的效果就越好。但反应停留时间增长会加大反应器的尺寸，在空间上受到限制。因此，

7、需要通过试验确定最佳的反应停留时间。（三）光催化剂制备的方法多相光催化体系中，由于纳米二氧化钛晶体与污染物有着更大的接触面积，表现出更高的光催化活性。不同的二氧化钛制备方式，会造成晶型、晶型比例、粒径、比表面积、孔隙率和表面缺陷等不同，间接影响电子-空穴对的再重组速率和电荷传送速率，进而影响其光催化活性。二氧化钛的制备方法有3种：溶胶-凝胶法、化学气相沉积法和直接选用市售二氧化钛。（1）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将含钛的药品与水和溶剂混合后，经水解缩合反应形成凝胶，再经干燥和煅烧，即可得到超细粉体。溶液的pH、浓度、反应

8、温度和反应时间这4个主要参数对溶胶-凝胶化过程有重要影响。适当地控制以上参数，可制备出小至纳米级的超细粉体。（2）化学气相沉积法化学气相沉积法是将含钛的药品经加热蒸发，再与水蒸气在高温环境接触反应合成纳米材料的过程。可以通过选择适当的浓度、流速、温度和组成配比等条件，实现对粉体粒径和晶型的控制。此方法的优点是可以将反