中國氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進展

中國氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進展

隨著能源價格的持續(xù)上漲和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，半導(dǎo)體光催化污染治理技術(shù)近年來日益受到人們的重視 ^[1]。該技術(shù)具有工藝簡單、能耗低、無二次污染和降解*的特點。因為半導(dǎo)體受一定能量光照射而產(chǎn)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(dǎo)體顆粒表面的吸附物氧化還原為ＣＯ₂和Ｈ₂Ｏ。國內(nèi)外有關(guān)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，人們認(rèn)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(yīng)器是光催化過程的核心設(shè)備，它的設(shè)計和應(yīng)用勢必成為氣固相光催化研究的主要方向之一。由于流化床具有傳質(zhì)效率高、操作范圍寬、易實現(xiàn)工業(yè)化等特點，近年來出現(xiàn)了氣固相流化床光催化反應(yīng)器的研究熱潮。本文總結(jié)了國外近年來廢氣治理中氣固流化床光催化反應(yīng)器的研制及應(yīng)用情況，并對其發(fā)展趨勢進行了展望。

1 氣固相光催化反應(yīng)器的特點

　　光催化反應(yīng)器與傳統(tǒng)反應(yīng)器的不同之處在于需要有光源的存在，因此它的設(shè)計更加復(fù)雜，除了考慮傳統(tǒng)的反應(yīng)器所涉及的如質(zhì)量傳遞和混合、反應(yīng)物和催化劑的接觸、流動方式、反應(yīng)動力學(xué)、催化劑的安裝、溫度的控制等問題外，還要考慮光能在反應(yīng)器內(nèi)的傳播與均勻分布，因為只有吸收了適當(dāng)?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(yīng)的影響隨反應(yīng)物的不同而有所不同。但通常在較低光強下反應(yīng)速率與光通量呈一級反應(yīng)，在較高光強下反應(yīng)速率為半級，即光效率隨光強增加而下降。光催化反應(yīng)器的反應(yīng)能力受照射光分布和光強的影響這些特性給光反應(yīng)器的理論分析、實驗研究和工業(yè)化應(yīng)用均帶來了困難，多相體系中固體催化劑的存在更增加了問題的復(fù)雜性。

中國氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進展

　　根據(jù)相態(tài)的不同，光催化反應(yīng)器可分為氣固相光催化反應(yīng)器與液固相光催化反應(yīng)器。與液固相相比，氣固相光催化反應(yīng)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(yán)重或分散不均等不利情況而影響。

整個光催化效果（但一般認(rèn)為光催化劑固定后比表面積減小，其催化效率有所降低）。兩者的相同點是，都需要實現(xiàn)反應(yīng)物、催化劑與入射光的充分接觸，這可以通過改善反應(yīng)器中光的分布和提高催化劑的比表面積的方法來實現(xiàn)。氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進展

中國氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進展