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光催化技术对VOCs的降解及应用

日期: 2019-04-03
来源: 华钛高科
作者:

光催化剂是指在一定能量光子激发下价带电子发生跃迁,产生光生电子和空穴,光生空穴与空气中的水分子反应生成羟基自由基,而光生电子与空气中的氧反应生成氧负离子。羟基自由基和氧负离子均具有较高的氧化还原电位,特别是羟基自由基的氧化还原电位可达2.8eV,可将一般有机物分解为二氧化碳和水,将含氯的有机物分解成二氧化碳、水和氯化氢。由于纳米TiO2光催化剂具有生物降解无可比拟的速度快、无选择性、降解完全,并且具有良好的化学稳定性、价格低和无毒等特点,已经应用在有机废水和工业VOCs废气处理领域。

自从Dibble和Raupp最先研究二氧化钛光催化材料降解三氯乙烯开始,许多科研工作者在降解VOCs气体方面进行了大量的研究,并且已经证实:光催化技术能够处理一系列的有机污染物,包括烷烃、有机醇、芳香烃、含氯碳氢化合物等。华钛高科介绍部分重要的光催化实验结果与广大光催化材料研发人员和工程技术人员相互学习与交流。

系列VOCs在相同测试条件下(即催化剂本身的性质相同,包括相同的二氧化钛粒径尺寸、晶相、比表面积等;测试装置及测试条件相同,包括均使用254nm紫外灯,相同气体流速、相对湿度、氧含量、30min后的稳态测试条件等)。情况见表1:

从表1VOCs浓度和转化率数据可知:在相同测试条件下,在VOCs浓度400-600ppm区间内,大多数VOCs气体具有较高转化率。然而,光催化降解异丙基苯、三氯乙烷、吡啶和四氯化碳的效率是不明显的。

随着系列VOCs气体测试时间延长,光催化剂的降解效率均没有发现明显的下降,说明光催化材料在使用过程中没有失活。但特别强调的是,随着测试时间的延长,甲苯的转化率降低为20.9%,原因在于光催化剂失活,失活原因在于光催化剂表面生成中间产物苯甲醛、苯甲酸和甲苯基苯甲酸等。

同时也发现,当O2浓度不足时,甲醇的转化率在90min照射后降低到10%;而当O2存在时,甲醇的转化率一直保持在98%,所以甲醇的降解效率与O2浓度有很大的关系。

此外,光催化剂在相对湿度较低的情况下,紫外灯光照一段时间光催化降解效率显著降低,原因在于羟基自由基在非均相反应中不断被消耗,需要大量的水补充羟基自由基的不断消耗。

总之,由于VOCs气体本身性质的差异,在使用光催化对其进行光催化降解时其处理效果也有着很大的差异。另外,对采用光催化技术对VOCs气体进行处理时,也应该关注光催化设备的配置,包括光催化剂本身的性质、紫外灯的阵列、湿度、温度及氧气浓度的控制等。

根据近年来华钛高科在VOCs治理方面的经验,催化剂本身的性质是至关重要的。催化剂的性质除了影响光催化降解效率外,还会影响光催化反应机理,如上面所提到甲苯在光催化过程中的中间产物不会出现在公司生产的光催化板上,公司的光催化板不会失火并且可持久有效。


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