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光催化氧化廢氣處理技術(shù)特點及應(yīng)用
2017-09-03
眾所周知，紫外線是由電磁波組成，其能量與波長直接有關(guān)，波長越短，能量越大。當(dāng)紫外線燈發(fā)射出不同的波長時，若要使廢氣中的VOC借紫外光直接通過自由基鏈鎖反應(yīng)降解，則VOC業(yè)必須能吸收這類波長，既紫外線的最大發(fā)射功率要與VOC的最大吸收一致。這種借紫外線產(chǎn)生的反應(yīng)成為光氧化或光解。若紫外光發(fā)射的強(qiáng)度越大，則空氣中的氧極易分解為臭氧，產(chǎn)生的臭氧也分解為自由基，從而加劇了光解過程。此外，空氣中的水分在紫外光作用下也可分解為OH-,同樣業(yè)參與了VOC氧化。因此，在紫外光作用下，通過上述幾種效應(yīng)疊加可以產(chǎn)生大量的活性自由基，從而高效使VOCs降解。如果后續(xù)催化反應(yīng)，既光催化氧化，則VOCs凈化效果更佳。
光催化氧化法是借助催化劑具有光催化作用的性能，將吸附在催化劑表面上的VOCs氧化成CO2和H2O。通常用于一些比較容易氧化的有機(jī)化合物。經(jīng)典的光催化劑都是半導(dǎo)體，其中最有效的光催化劑是TiO2，由于TiO2對紫外線有很高的吸收率，還具有很高的催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及無毒價廉等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛。
光催化氧化反應(yīng)機(jī)理：根據(jù)半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)理論，光催化性能取決于晶粒內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能導(dǎo)帶組成，兩者間又禁帶分開，其能差為帶隙能。在光照射半導(dǎo)體光催化劑情況下，當(dāng)吸收一個能量大于或等于其帶隙能的光子時，電子會從充滿的價帶躍遷到空的導(dǎo)帶，而在價帶留下帶正電的空穴。光致空穴具有很強(qiáng)的氧化性，并能奪取吸附在催化劑表面的有機(jī)污染物中電子，使不吸收光而無法被光子氧化的物質(zhì)，經(jīng)光催化活化、氧化。TiO2經(jīng)光激發(fā)后產(chǎn)生的高活性光致空穴和光生電子，并經(jīng)一系列反應(yīng)后生成大量的高活性自由基，因而TiO2表面的羥基化是光催化氧化VOCs的必要條件。此外，VOCs光催化降解速率主要取決于催化劑吸附VOCs性能和光催化反應(yīng)速率，因此尋求對VOCs具有高的吸附率和較快的降解速率的光催化劑是極為重要的。
光催化氧化法現(xiàn)在主要用于室內(nèi)外VOCs凈化和除臭，例如用于醫(yī)院、賓館、車站、機(jī)場、廚房、污水處理、發(fā)酵和食品加工等場所排放的臭氣凈化。
光催化氧化凈化法用在工業(yè)有機(jī)廢氣凈化和除臭上已經(jīng)有大量應(yīng)用，比如用在中央空調(diào)通風(fēng)凈化除臭上，用于噴漆車間廢氣處理上，橡膠廢氣處理上等。
