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NBL光催化氧化廢氣凈化技術-東源中大環?萍加邢薰
NBL光催化氧化廢氣凈化技術

發布人:      發布時間:2019年11月29日      此新聞已被瀏覽 1823

從理論研究到實際應用,光催化氧化技術在廢水處理和廢氣凈化都是一項成熟的工藝,工藝有效性的關鍵在于紫外線的強度和催化劑的催化能力以及催化時間。從光觸媒空氣凈化器到光催化廢氣凈化設備,能夠發現許多非常不科學的設計,例如廢氣在處理設備中的停留時間;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通用技術說明
光催化氧化處理污染物是一種新興的技術,其中納米TiO2 光催化應用技術工藝簡單、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、良好的化學穩定性和熱穩定性、無二次污染、無刺激性、安全無毒等特點,且能長期有益于生態自然環境,是具有開發前景的綠色環保催化技術之一.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、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應.
1 TiO2 的光催化機理
 半導體的能帶結構通常是由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能價帶構成,它們之間的區域稱為禁帶.禁帶是一個不連續區域.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,處于價帶的電子(e)就會被激發到導帶上,價帶生成空穴(h+),從而在半導體表面產生具有高度活性的空穴/電子對.TiO2 的帶隙能為 3.2ev,相當于波長為 387.5nm光子的能量,當TiO2 受到波長小于 387.5nm的紫外光照射時,處于價帶的電子就會被激發到導帶上去,從而分別在價帶和導帶上產生高活性的光生空穴和光生電子.在電場的作用下,電子與空穴發生分離,遷移到粒子表面的不同位置.熱力學理論表明,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,同時也是氧化劑,可以氧化已經羥化的反應產物,是表面羥基自由基的另一個來源.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的,能夠氧化大部分的有機污染物及部分無機污染物,將其最終降解為CO2、H2O等無害物質,并且對反應物幾乎無選擇性,因而在光催化氧化中起著決定性的作用.從理論上說,只要半導體吸收的光能大于等于其帶隙能,就能被激發產生光生電子和光生空穴,該半導體就可以作為光催化劑,但從實際來看,一個具有實際應用價值的半導體光催化劑必須具有化學穩定性、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 具有無毒、催化活性高、光化學性質穩定以及抗氧化能力強等優點,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、表面狀態及晶型等因素有關, 同時TiO2 還可通過貴金屬及金屬氧化物、金屬離子摻雜、復合半導體、外加電場等方式來提高光催化降解的效率.Jenks實驗組研究了在TiO2懸浮液中 4-氯苯酚的光解過程,發現 4-氯苯酚在光催化作用下降解很徹底,最后可開環礦化為H2O、CO2、Cl-等無機小分子化合物;Lgldo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 進行了比較,發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后能將有機磷殺蟲劑光催化降解的速率提高 4.5~6 倍.。
NBL光催化氧化技術核心
 催化劑比表面積;寬譜紫外線波長小于387nm的比例;催化劑的固化技術;紫外線燈的使用壽命構成了NBL的四大核,1:催化劑的比表面積,NBL催化劑的比表面積1m2:1000m3設計裝配,是目前同類產品中比表面積最大的,光觸媒載體經科學選料,特殊處理,耐高溫,耐腐蝕,呈燒結態;2:催化劑的固化技術,催化劑的脫落是催化劑固化的常見現象,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,NBL首先采用真空固化技術,最大限度除去載體表面的油性和水份,同時在凈油過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,再經高溫烘烤,使光觸媒涂層呈燒結態和立體凹凸,在固化的同時增加催化劑的比表面積;3:寬譜紫外線波長小于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%,瞬間光強催化的能力有道提高,紫外線燈的壽命國產只有5000小時,進口也不超過10000小時,主要的原因是電極被氧化,NBL采用無極燈技術,克服了傳統由于電極氧化造成的紫外線燈燒毀,設計壽命達到50000小時,由于無極燈采用高頻激發技術,185nm以下波長的比例明顯提高,合理設計可以達到12%,同時由于高頻技術的空間傳播特性,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。
 NBL光催化氧化技術是有NBL公司微波低溫等離子體廢氣凈化設備(專利號ZL201020269930.4)升華而成,污染物分子有引風機引入光催化區,大體要經歷電子轟擊、強氧化劑-OH的氧化、185nm以下紫外線光解、臭氧氧化、電子轟擊、強氧化劑-OH的氧化、臭氧氧化、正氧離子氧化等過程;從結構空間上講,污染物依次經過光觸媒催化區、無極燈光解區、光觸媒催化區、氧化區,設計停留時間1.5s,雙層催化劑結構不但保證了催化比表面積;同時發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無極燈的充分接觸,增加和提高活性粒子和污染物的接觸機會和時間。
幾種常見污染物的氧化
降解硫化氫、氨、甲硫醇
1
、 硫化氫
      
硫化氫的光化學反應如下
     O3+hv
O2+O
     
O+H2O2OH
     
O+O2O3
     H2S+O3+hv
S2-+H2O+O2
2
、 
      
氨同樣可以在光化學離子有害氣體處理設備中得到較好的去除,發生初級光化學離子反應后的分子或者自由基吸收輻射后繼續發生化學變化,產生的產物能夠進一步參與次級化學過程。氨的光降解涉及以下反應:
1)觸發反應
      O3+hv
O2+O
      O2+hv
→•O +O
      NH3+hv
→•NH+2H
      O3+OH-
→•HO2 +O2-
      
HO2→•O2-+H+
2)傳遞過程
      
O+H2O2OH
      
O+O2O3
      
O2-+O3→•O3-+O2
      
O3-+H+→••HO3
      2
NHN2+2H
3)終止反應
      2
NH+ON2+H2O
3
、 甲硫醇
      
甲硫醇的光化學離子反應和硫化氫的類似,同樣是因為HS-結構型式的破壞而失去臭味。
      O3+hv
O2+O
      
O+H2O2OH
      
O+O2O3
      HS-+O3+hv
S2-+OH +O2
,
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