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光氧催化工業(yè)廢氣處理設(shè)備
從理論研究到實(shí)際應(yīng)用，光氧催化技術(shù)在廢水處理和廢氣凈化都是一項(xiàng)成熟的工藝，工藝有效性的關(guān)鍵在于紫外線的強(qiáng)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(shè)備，能夠發(fā)現(xiàn)許多非常不科學(xué)的設(shè)計(jì)，例如廢氣在處理設(shè)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(jié)構(gòu)；紫外線燈的設(shè)置（數(shù)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)說明
光氧催化處理污染物是一種新興的技術(shù),其中納米TiO2 光催化應(yīng)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(xì)菌和污染物,具有高催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、無二次污染、無刺激性、安全無毒等特點(diǎn),且能長(zhǎng)期有益于生態(tài)自然環(huán)境,是具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化技術(shù)之一.此外,由于顆粒的細(xì)微化,納米材料還具有塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng).
1 TiO2 的光催化機(jī)理
半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能價(jià)帶構(gòu)成,它們之間的區(qū)域稱為禁帶.禁帶是一個(gè)不連續(xù)區(qū)域.當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此半導(dǎo)體催化劑時(shí),處于價(jià)帶的電子(e)就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上,價(jià)帶生成空穴(h+),從而在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對(duì).TiO2 的帶隙能為 3.2ev,相當(dāng)于波長(zhǎng)為 387.5nm光子的能量,當(dāng)TiO2 受到波長(zhǎng)小于 387.5nm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(dǎo)帶上去,從而分別在價(jià)帶和導(dǎo)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(qiáng)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(fù)合,提高反應(yīng)效率,同時(shí)也是氧化劑,可以氧化已經(jīng)羥化的反應(yīng)產(chǎn)物,是表面羥基自由基的另一個(gè)來源.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(qiáng)的,能夠氧化大部分的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物,將其最終降解為CO2、H2O等無害物質(zhì),并且對(duì)反應(yīng)物幾乎無選擇性,因而在光催化氧化中起著決定性的作用.從理論上說,只要半導(dǎo)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(dǎo)體就可以作為光催化劑,但從實(shí)際來看,一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體光催化劑必須具有化學(xué)穩(wěn)定性、光照穩(wěn)定性、高效性和選擇性及較寬的光譜響應(yīng),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(jī)污染物
TiO2 具有無毒、催化活性高、光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及抗氧化能力強(qiáng)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 還可通過貴金屬及金屬氧化物、金屬離子摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體、外加電場(chǎng)等方式來提高光催化降解的效率.Jenks實(shí)驗(yàn)組研究了在TiO2懸浮液中 4-氯苯酚的光解過程,發(fā)現(xiàn) 4-氯苯酚在光催化作用下降解很徹底,最后可開環(huán)礦化為H2O、CO2、Cl-等無機(jī)小分子化合物L(fēng)gldo等人考4-硝基苯酚在TiO2(銳鈦礦型)/TiO2(金紅石型)光催化劑作用下的降解過程,并與TiO2(銳鈦礦型)/Al2O3 進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)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(fù)載Pt后能將有機(jī)磷殺蟲劑光催化降解的速率提高 4.5~6 倍.。
光催化氧化技術(shù)核心
催化劑比表面積；寬譜紫外線波長(zhǎng)小于387nm的比例；催化劑的固化技術(shù)；紫外線燈的使用壽命構(gòu)成了四大核，1：催化劑的比表面積，催化劑的比表面積1m2:1000m3設(shè)計(jì)裝配，是目前同類產(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(jié)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現(xiàn)象，催化劑和載體表面的附著力是困擾催化劑固化的主要問題，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)在凈油過程中又要防止載體表面的釉面的破壞，導(dǎo)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(jié)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：寬譜紫外線波長(zhǎng)小于387nm的比例，通用型的紫外線燈包括高臭氧燈，185nm以下的光波比例不到3%；185nm-387nm的也不到14%，瞬間光強(qiáng)催化的能力有道提高，紫外線燈的壽命國(guó)產(chǎn)只有5000小時(shí)，進(jìn)口也不超過10000小時(shí)，主要的原因是電極被氧化，采用無極燈技術(shù)，克服了傳統(tǒng)由于電極氧化造成的紫外線燈燒毀，設(shè)計(jì)壽命達(dá)到50000小時(shí)，由于無極燈采用高頻激發(fā)技術(shù)，185nm以下波長(zhǎng)的比例明顯提高，合理設(shè)計(jì)可以達(dá)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(tǒng)具備了雙重催化功能。
應(yīng)用領(lǐng)域：
設(shè)備適合低濃度廢氣凈化、室內(nèi)空氣凈化，工藝組合“水噴淋+光催化”，例如：醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室空氣凈化，市政污水處理廠除臭、污水泵站除臭、工業(yè)車間除臭、烘干工藝廢氣、垃圾中轉(zhuǎn)站廢氣。設(shè)備分有臭氧和無臭氧兩類。
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