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    光催化氧化法處理揮發(fā)性有機(jī)物研究進(jìn)展

    文章出處:華康中天    人氣:188     發(fā)表時間:2019-05-18

           隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)排放的物量增加,嚴(yán)重的污染環(huán)境和危害人們的身體健康,為此須進(jìn)行處理。目前處理VOC的常用方法有兩類:一類是破壞性方法,如焚燒和催化燃燒法等,即將VOC轉(zhuǎn)化為CO2和H2O;另一類是非破壞方法,如吸附、冷凝和膜分離等。這些工藝雖能在程度上處理VOC,但設(shè)備和操作費(fèi)用高,且易造成二次污染,往往需進(jìn)一步處理。

      90年代,上開始嘗試用光催化法去除VOC光催化氧化法在正常環(huán)境條件下常溫、常壓),能將揮發(fā)性廢氣分解為CO2, H2O和無機(jī)物質(zhì),與前述處理方法相比,反應(yīng)過程,且無二次污染問題,因而具有非常大的潛在應(yīng)用價值,已成為VOC治理技術(shù)中一個活躍的研究方向.根據(jù)相關(guān)報(bào)道,目前在循環(huán)流動間歇反應(yīng)器中已進(jìn)行了一氧化氮、乙醇、乙醛、丙醛等的光催化氧化研究;用連續(xù)流動固定床反應(yīng)器光催化氧化一氧化碳、二氧化氮、三氯乙烯、乙烯、三氯丙烯、異丙醇、苯、甲硫醚W一丁醇、甲基丁醇等;使用流化床中光催化處理三氯乙烯等。

      近年來有關(guān)光催化氧化法處理VOC的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動力學(xué)、催化劑制備與改性、反應(yīng)器設(shè)計(jì)及光催化反應(yīng)的各種影響因素等問題。對光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提出了一些見解。

      半導(dǎo)體粒子具有能帶結(jié)構(gòu),由填滿電子的低能價帶和空的導(dǎo)帶構(gòu)成,價帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶.當(dāng)用能量等于或大于禁帶寬度(Eg)的光照射半導(dǎo)體時,價帶上的電子被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶,在價帶上產(chǎn)生空穴,并在電場作用下分離并遷移到粒子表面.光生空穴因具有的得電子能力,而具有的氧化能力。

      半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電子一空穴對存在著分離破俘獲與復(fù)合的競爭,電子與空穴復(fù)合的幾率越小,光催化活性越高一般認(rèn)為,半導(dǎo)體粒子尺寸越小,電子與空穴遷移到表面的時間越短,復(fù)合的幾率越小;同時粒子尺寸越小,比表面越大,越有利于反應(yīng)物的吸附,從而增大反應(yīng)幾率日。故目前光催化技術(shù)研究主要集中在粒子尺寸的納米級1100nm)半導(dǎo)體。

      但也有學(xué)者認(rèn)為,由于催化劑制備的熱處理過程中伴隨著結(jié)晶、晶格缺陷、表面輕基等變化,在光催化反應(yīng)中又涉及到光吸收以及載流子俘獲復(fù)合等因素,因此,催化劑的粒徑和比表面積與活性之間并不存在嚴(yán)格的相關(guān)關(guān)系。只有結(jié)晶度、相組成、晶格缺陷密度以及表面輕基相同或相近時,才能認(rèn)為小粒徑和大比表面積的催化劑具有較高的活性.此外,有研究表明氣相光催化反應(yīng)并不主要通過輕基自由基反應(yīng)進(jìn)行。即便催化劑表面存在大量輕基,氣相光催化反應(yīng)主要是物與光致空穴直接。

      氯苯酚的光降解并不需要通過輕基自由基完成。雖然氣相光催化反應(yīng)并不主要通過輕基自由基進(jìn)行,但催化劑表面存在的水仍有和空穴作用生成輕基自由基的可能,同時還有利于光的吸附,在大多數(shù)情況下水將加快光催化反應(yīng)的進(jìn)行。由此可見,氣相光催化反應(yīng)的機(jī)理與VOC的種類有關(guān),且不同的研究者對同一現(xiàn)象也提出了不同解釋,反應(yīng)機(jī)理尚無統(tǒng)論,仍有待深入研究。


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