技術(shù)介紹:
從理論研究到實(shí)際應用,光催化氧化技術(shù)在廢水處理和廢氣凈化都是一項成熟的工藝,工藝有效性的關(guān)鍵在于紫外線(xiàn)的強度和催化劑的催化能力以及催化時(shí)間。從光觸媒空氣凈化器到光催化廢氣凈化設備,能夠發(fā)現許多非常不科學(xué)的設計,例如廢氣在處理設備中的停留時(shí)間;催化劑的面積;催化劑的純度和TiO2的納米直徑;催化劑的固化結構;紫外線(xiàn)燈的設置 ( 數量、距離),都直接決定和影響光催化氧化的能力。
TiO2通用技術(shù)說(shuō)明:
光催化氧化處理污染物是一種新興的技術(shù),其中納米TiO2光催化應用技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,利用自然光即可催化分解細菌和污染物,具有高催化活性、良好的化學(xué)穩定性和熱穩定性、無(wú)二次污染、無(wú)刺激性、安全無(wú)毒等特點(diǎn),且能長(cháng)期有益于生態(tài)自然環(huán)境,是具有開(kāi)發(fā)前累的綠色環(huán)保催化技術(shù)之一.此外,由于顆粒的細微化,納米材料還具有塊狀材料所不具備的表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應。
應用領(lǐng)域:
設備適合低濃度廢氣凈化、室內空氣凈化,工藝組合“水噴淋+光催化”,例如:醫院、實(shí)驗室空氣凈化,市政污水處理廠(chǎng)除臭、污水泵站除臭、工業(yè)車(chē)間除臭、烘干工藝廢氣、垃圾中轉站廢氣。設備分有臭氧和無(wú)臭氧兩類(lèi)。
1、Tio2的光催化機理
半導體的能帶結構通常是由一個(gè)充滿(mǎn)電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能
價(jià)帶構成,它們之間的區域稱(chēng)為禁帶.禁帶是一個(gè)不連續區域.當能量大于或等于半導體帶隙能的光波輻射此半導體催化劑時(shí),處于價(jià)帶的電子(e)就會(huì )被激發(fā)到導帶上,價(jià)帶生成空穴(h+),從而在半導體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對.TiO2的帶隙能為3.2eV,相當于波長(cháng)為387.5nm光子的能量,當TiO2受到波長(cháng)小于387.5m的紫外光照射時(shí),處于價(jià)帶的電子就會(huì )被激發(fā)到導帶上去,從而分別在價(jià)帶和導帶上產(chǎn)生高活性的光生空穴和光生電子.在電場(chǎng)的作用下,電子與空穴發(fā)生分離,遷移到粒子表面的不同位置.熱力學(xué)理論表明,分布在TiO2表面的空穴可以將吸附在其表面的OH-和H2O分子氧化成·OH.而電子(e-)具有很強的還原性,可使得TiO2固體表面的電子受體如O2被還原.O2既可以抑制光催化劑上電子和空穴的復合,提高反應效率,同時(shí)也是氧化劑,可以氧化已經(jīng)羥化的反應產(chǎn)物,是表面羥基自由基的另一個(gè)來(lái)源.締合在Ti4+表面的·OH的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的,能夠氧化大部分的有機污染物及部分無(wú)機污染物,將其最終降解為CO2、H2O等無(wú)害物質(zhì),并且對反應物幾乎無(wú)選擇性,因而在光催化氧化中起著(zhù)決定性的作用.從理論上說(shuō),只要半導體吸收的光能大于等于其帶隙能,就能被激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴,該半導體就可以作為光催化劑,但從實(shí)際來(lái)看,一個(gè)具有實(shí)際應用價(jià)值的半導體光催化劑必須具有化學(xué)穩定性、光照穩定性、高效性和選擇性及較寬的光譜響應,同時(shí)還要考慮到材料成本和光匹配性等因素。
2、Tio2光催化氧化處理有機污染物
TiO2具有無(wú)毒、催化活性高、光化學(xué)性質(zhì)穩定以及抗氧化能力強等優(yōu)點(diǎn),是光催化氧化法中常用的催化劑,其催化活性與催化劑的粒徑、表面狀態(tài)及晶型等因素有關(guān),同時(shí)TiO2還可通過(guò)貴金屬及金屬氧化物、金屬離子摻雜、復合半導體、外加電場(chǎng)等方式來(lái)提高光催化降解的效率. Jenks實(shí)驗組研究了在TiO2懸浮液中4-氯苯酚的光解過(guò)程,發(fā)現4-氯苯酚在光催化作用下降解很徹底,最后可開(kāi)環(huán)礦化為H2O、CO2、CI-等無(wú)機小分子化合物L(fēng)gIdo等人考4-硝基基苯酚在TiO2(銳鈦礦型)TiO2金紅石型)光催化劑作用下的降解過(guò)程,并與TiO2(銳鈦礦型/)AL2O3進(jìn)行了比較,發(fā)現兩種催化劑都有活性,而且它們的活性隨銳鈦礦型TiO2含量的增加而提高TiO2負載Pt后能將有機磷殺蟲(chóng)劑光催化降解的速率提高4.5~6倍。
催化劑比表面積、寬譜紫外線(xiàn)波長(cháng)小于387nm的比例、催化劑的固化技術(shù)、紫外線(xiàn)燈的使用壽命構成了的四大核心。
1:催化劑的比表面積,催化劑的比表面積1m2:1000m3設計裝配,是目前同類(lèi)產(chǎn)品中比表面積最大的,光觸媒載體經(jīng)科學(xué)選料,特殊處理,耐高溫,耐腐蝕,呈燒結態(tài);
2:催化劑的固化技術(shù),催化劑的脫落是催化劑固化的常見(jiàn)現象,催化劑和載體表面的附著(zhù)力是困擾催化劑固化的主要問(wèn)題,首先采用真空固化技術(shù),最大限度除去載體表面的油性和水份,同時(shí)在凈油過(guò)程中又要防止載體表面的釉面的破壞,導致催化劑的滲入,真空固化的載體,再經(jīng)高溫烘烤,使光觸媒涂層呈燒結態(tài)和立體凹凸,在固化的同時(shí)增加催化
劑的比表面積;
3:寬譜紫外線(xiàn)波長(cháng)小于387nm的比例,通用型的紫外線(xiàn)燈包括高臭氧燈,185nm以下的光波比例不到3%;185nm-387nm的也不到14%,瞬間光強催化的能力有道提高,紫外線(xiàn)燈的壽命國產(chǎn)只有5000小時(shí),進(jìn)口也不超過(guò)10000小時(shí),主要的原因是電極被氧化,采用無(wú)極燈技術(shù),克服了傳統由于電極氧化造成的紫外線(xiàn)燈燒毀,設計壽命達到50000小時(shí),由于無(wú)極燈采用高頻激發(fā)技術(shù),185nm以下波長(cháng)的比例明顯提高,合理設計可以達到12%,同時(shí)由于高頻技術(shù)的空間傳播特性,微波本身就具有催化功能,因此某種程度上講,系統具備了雙重催化功能。
光催化氧化技術(shù)是污染物分子有引風(fēng)機引入光催化區,大體要經(jīng)歷電子轟擊、強氧化劑-OH的氧化、185nm以下紫外線(xiàn)光解、臭氧氧化、電子轟擊、強氧化劑-OH的氧化、臭氧氧化、正氧離子氧化等過(guò)程;從結構空間上講,污染物依次經(jīng)過(guò)光觸媒催化區、無(wú)極燈光解區、光觸媒催化區、氧化區,設計停留時(shí)間1.5s,雙層催化劑結構不但保證了催化比表面積;同時(shí)發(fā)揮了均布導流的高能,在有限的空間最大限度保證空間上和紫外線(xiàn)無(wú)極燈的充分接觸,增加和提高活性粒子和污染物的接觸機會(huì )和時(shí)間。