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光催化技術對VOCs的降解及應用

    光催化劑是指在一定能量光子激發下價帶電子發生躍遷,產生光生電子和空穴,光生空穴與空氣中的水分子反應生成羥基自由基,而光生電子與空氣中的氧反應生成氧負離子。羥基自由基和氧負離子均具有較高的氧化還原電位,特別是羥基自由基的氧化還原電位可達2.8eV,可將一般有機物分解為二氧化碳和水,將含氯的有機物分解成二氧化碳、水和氯化氫。由於納米TiO2光催化劑具有生物降解無可比擬的速度快、無選擇性、降解完全,並且具有良好的化學穩定性、價格低和無毒等特點,已經應用在有機廢水和工業VOCs廢氣處理領域。

     

    自從DibbleRaupp先研究二氧化鈦光催化材料降解三氯乙烯開始,許多科研工作者在降解VOCs氣體方麵進行了大量的研究,並且已經證實:光催化技術能夠處理一係列的有機汙染物,包括烷烴、有機醇、芳香烴、含氯碳氫化合物等。華鈦高科介紹部分重要的光催化實驗結果與廣大光催化材料研發人員和工程技術人員相互學習與交流。

     

       係列VOCs在相同測試條件下(即催化劑本身的性質相同,包括相同的二氧化鈦粒徑尺寸、晶相、比表麵積等;測試裝置及測試條件相同,包括均使用254nm紫外燈,相同氣體流速、相對濕度、氧含量、30min後的穩態測試條件等)。情況見表1:




    從表1VOCs濃度和轉化率數據可知:在相同測試條件下,在VOCs濃度400-600ppm區間內,大多數VOCs氣體具有較高轉化率。然而,光催化降解異丙基苯、三氯乙烷、吡啶和四氯化碳的效率是不明顯的。

     

    隨著係列VOCs氣體測試時間延長,光催化劑的降解效率均沒有發現明顯的下降,說明光催化材料在使用過程中沒有失活。但特別強調的是,隨著測試時間的延長,甲苯的轉化率降低為20.9%,原因在於光催化劑失活,失活原因在於光催化劑表麵生成中間產物苯甲醛、苯甲酸和甲苯基苯甲酸等。

     

    同時也發現,當O2濃度不足時,甲醇的轉化率在90min照射後降低到10%;而當O2存在時,甲醇的轉化率一直保持在98%,所以甲醇的降解效率與O2濃度有很大的關係。

     

    此外,光催化劑在相對濕度較低的情況下,紫外燈光照一段時間光催化降解效率顯著降低,原因在於羥基自由基在非均相反應中不斷被消耗,需要大量的水補充羥基自由基的不斷消耗。

     

    總之,由於VOCs氣體本身性質的差異,在使用光催化對其進行光催化降解時其處理效果也有著很大的差異。另外,對采用光催化技術對VOCs氣體進行處理時,也應該關注光催化設備的配置,包括光催化劑本身的性質、紫外燈的陣列、濕度、溫度及氧氣濃度的控製等。

     

    根據近年來華鈦高科在VOCs治理方麵的經驗,催化劑本身的性質是至關重要的。催化劑的性質除了影響光催化降解效率外,還會影響光催化反應機理,如上麵所提到甲苯在光催化過程中的中間產物不會出現在公司生產的光催化板上,公司的光催化板不會失火並且可持久有效。

    本文由臨沂環保設備編輯整理