光催化是指在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，繼而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)或變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。光催化劑是指在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。它利用光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)反應(yīng)所需的能量，產(chǎn)生催化作用，使周圍的氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由基或負(fù)離子。
光催化氧化分為均相光催化氧化和非均相光催化氧化。均相光催化氧化主要為UV/Fenton試劑法。Fenton試劑為Fe2+和H2O2的組合，其氧化機(jī)理為Fe2++H2O2→˙OH+OH-+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++˙HO2+H+，因此Fenton試劑在水處理中具有氧化和混凝兩種作用，在黑暗中就能降解有機(jī)物，節(jié)省了設(shè)備投資，然而H2O2利用率不高，不能充分礦化有機(jī)物。當(dāng)有光輻射(如紫外光)時(shí)，F(xiàn)enton試劑氧化性顯著提高。UV/Fenton法也叫光助Fenton法，是普通Fenton法與UV/H2O2兩種系統(tǒng)的復(fù)合產(chǎn)物，降低Fe2+用量的同時(shí)保持H2O2較高的利用率，而UV和Fe2+對H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng)，˙OH的生成速率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)Fenton法和紫外催化分解H2O2速率的簡單加和。因此UV/Fenton試劑法在處理難降解有機(jī)污染物時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，很有應(yīng)用前景。
非均相光催化氧化技術(shù)主要為TiO2光催化氧化技術(shù)。自從日本學(xué)者Fujishima和Honda于1972年在半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，開辟了半導(dǎo)體光催化這一新領(lǐng)域。1977年，Yokota等發(fā)現(xiàn)TiO2在光照條件下對丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化的應(yīng)用范圍，為有機(jī)物氧化反應(yīng)提供了一條新的思路。此后世界范圍內(nèi)便開始了光催化氧化技術(shù)在污水處理、空氣凈化、抗菌殺毒、有機(jī)合成等方面的應(yīng)用研究，半導(dǎo)體光催化技術(shù)受到全世界的廣泛關(guān)注，并得到了快速發(fā)展，成為國際上做活躍的研究領(lǐng)域之一。
不同類型有機(jī)物的光催化降解
半導(dǎo)體光催化劑大多是n型半導(dǎo)體材料(當(dāng)前以TiO2使用*廣泛)，具有區(qū)別于金屬或絕緣物質(zhì)的特別的能帶結(jié)構(gòu)，即在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在一個(gè)禁帶。由于半導(dǎo)體的光吸收閾值與帶隙具有公式K=1240/Eg(eV)的關(guān)系，因此常用的寬帶隙半導(dǎo)體的吸收波長閾值大都在紫外區(qū)域。在光照下，如果光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度，其價(jià)帶上的電子(e-)就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴(h+)。當(dāng)存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時(shí)，電子和空穴的復(fù)合得到抑制，就會在催化劑表面發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。價(jià)帶空穴是良好的氧化劑，導(dǎo)帶電子是良好的還原劑，在半導(dǎo)體光催化反應(yīng)中，一般與表面吸附的H2O、O2反應(yīng)生成˙OH和超氧離子O2-，能夠把各種有機(jī)物直接氧化成CO2、H2O等無機(jī)小分子，電子也具有強(qiáng)還原性，可以還原吸附在其表面的物質(zhì)。激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴能重新合并，并產(chǎn)生熱能或其他形式散發(fā)掉。
特制活性炭纖維過濾層、金屬絲均流網(wǎng)用于過濾粉塵及部分VOCs氣體
光催化氧化具有以下特點(diǎn)：
一、低溫深度反應(yīng)：光催化氧化適合在常溫下將廢臭氣體完全氧化成無毒無害的物質(zhì)，適合處理高濃度、氣量大、穩(wěn)定性強(qiáng)的有毒有害氣體的廢氣處理。
二、有效凈化徹底：通過光催化氧化可直接將空氣中的廢臭氣體完全氧化成無毒無害的物質(zhì)，不留二次污染。
三、綠色能源：光催化氧化利用人工紫外線燈管產(chǎn)生的真空波紫外光的同時(shí)可望利用太陽光作為能源來活化催化劑，驅(qū)動(dòng)氧化—還原反應(yīng)，而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效降解有毒有害廢臭氣體成為光催化氧化節(jié)約能源的*大特點(diǎn)。
四、氧化性強(qiáng)：半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯都能有效加以分解，所以對難以降解的有機(jī)物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是羥基自由基(OH-)和超氧離子自由基(O2-、O-)，其氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。
五、廣譜性：光催化氧化對從羥到羧酸的種類眾多的有機(jī)物都有效，即使對原子有機(jī)物如鹵代烴、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑也有很好的去除效果，只要經(jīng)過一定時(shí)間的反應(yīng)便可達(dá)到完全凈化。
六、壽命長：理論上，光催化劑的壽命是無限長的，無需更換。
TiO2作為目前應(yīng)用*為廣泛的半導(dǎo)體光催化劑，有三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：銳鈦礦結(jié)構(gòu)、金紅石結(jié)構(gòu)和板鈦礦結(jié)構(gòu)。金紅石結(jié)構(gòu)*為穩(wěn)定，從低溫到熔點(diǎn)都不會發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變;銳鈦礦結(jié)構(gòu)次之，在室溫下穩(wěn)定;板鈦礦結(jié)構(gòu)則很少見。具有光催化作用的主要是銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)，其中以銳鈦礦結(jié)構(gòu)的催化活性*高。銳鈦礦型TiO2吸收波長小于387nm的光，金紅石型TiO2吸收波長小于413nm的光。TiO2作為光催化劑具有以下特點(diǎn)：具有合適的半導(dǎo)體禁帶寬度;具有良好的抗光腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性;價(jià)格低廉，原料來源豐富，成本低;光催化活性高(吸收紫外光性能強(qiáng)，禁帶和導(dǎo)帶之間的能隙大，光生電子的還原性和空穴的氧化性強(qiáng))；對很多有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用。
為使光催化劑具有合適的形狀、尺寸和機(jī)械強(qiáng)度以符合工業(yè)反應(yīng)器的操作要求，光催化劑需要載體以支持活性組分，使化劑具有特定的物理性狀。光催化劑載體要能改善所擔(dān)載的物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)(如增加孔隙、表面積等)，有利于光催化劑再生。良好的光催化劑載體應(yīng)具有以下特點(diǎn)：良好的透光性;在不影響光催化活性的前提下，與TiO2顆粒間具有較強(qiáng)的結(jié)合力;比表面積大;對被降解的污染物有較強(qiáng)的吸附性;易于固液分離;有利于固—液傳質(zhì);化學(xué)惰性和光穩(wěn)定性;材料易得，價(jià)格低廉。
設(shè)備工作原理
特制UV紫外線燈：利用特制的高能高臭氧UV紫外線光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣如：氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC類，苯、甲苯、二甲苯的分子鏈結(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無機(jī)高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。 UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧)，眾所周知臭氧對有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，對工業(yè)廢氣及其它刺激性異味有立竿見影的清除效果。工業(yè)廢氣利用排風(fēng)設(shè)備輸入到本凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運(yùn)用高能UV紫外線光束及臭氧對工業(yè)廢氣進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使工業(yè)廢氣物質(zhì)其降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風(fēng)管道排出室外。利用高能-C光束裂解工業(yè)廢氣中細(xì)菌的分子鍵，破壞細(xì)菌的核酸（DNA），再通過臭氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，徹底達(dá)到凈化及殺滅細(xì)菌的目的．從凈化空氣效率考慮，我們選擇了-C波段紫外線和臭氧發(fā)結(jié)合電暈電流較高化裝置采用脈沖電暈放吸附技術(shù)相結(jié)合的原理對有害氣體進(jìn)行消除，其中-C波段紫外線主要用來去除硫化氫、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、丙酮、尿烷、樹脂等氣體的分解和裂變，使有機(jī)物變?yōu)闊o機(jī)化合物。
特制催化劑：根據(jù)不同的廢氣成分配置27種以上相對應(yīng)的惰性催化劑，催化劑采用蜂窩狀金屬網(wǎng)孔作為載體，全方位與光源接觸，惰性催化劑在338納米光源以下發(fā)生催化反應(yīng)，放大10-30倍光源效果，使其與廢氣進(jìn)行充分反應(yīng)，縮短廢氣與光源接觸時(shí)間，從而提高廢氣凈化效率。
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