氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展
隨著能源價(jià)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(lái)日益受到人們的重視 [1]。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、無(wú)二次污染和降解*的特點(diǎn)。因?yàn)榘雽?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(qiáng)的氧化性和還原性,可以無(wú)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(guó)內(nèi)外有關(guān)光催化降解水中有機(jī)污染物的研究已有十余年歷史,近幾年來(lái),隨著對(duì)低濃度(μg/m3)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)所帶來(lái)的空氣污染問(wèn)題的重視,人們認(rèn)識(shí)到氣固相光催化處理VOCs的潛在優(yōu)勢(shì),開(kāi)始了這方面的研究。氣固相光催化反應(yīng)器是光催化過(guò)程的核心設(shè)備,它的設(shè)計(jì)和應(yīng)用勢(shì)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化等特點(diǎn),近年來(lái)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(guó)外近年來(lái)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(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
1 氣固相光催化反應(yīng)器的特點(diǎn)
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(jì)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(dòng)方式、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、催化劑的安裝、溫度的控制等問(wèn)題外,還要考慮光能在反應(yīng)器內(nèi)的傳播與均勻分布,因?yàn)橹挥形樟诉m當(dāng)?shù)墓庾佣患せ畹拇呋瘎┎啪哂写呋钚浴A硗?,光?qiáng)的選擇也極為重要,它對(duì)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(qiáng)下反應(yīng)速率與光通量呈一級(jí)反應(yīng),在較高光強(qiáng)下反應(yīng)速率為半級(jí),即光效率隨光強(qiáng)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(qiáng)的影響這些特性給光反應(yīng)器的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)化應(yīng)用均帶來(lái)了困難,多相體系中固體催化劑的存在更增加了問(wèn)題的復(fù)雜性。
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(shí)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。