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發(fā)酵廢氣治理——光催化氧化技術(shù)
1.光催化機(jī)理與催化工藝
光催化降解VOCs屬于多相催化反應(yīng)，是氣相反應(yīng)物（VOC）與固相光催化劑的表面進(jìn)行接觸而發(fā)生在兩相界面上的一種反應(yīng)。該過程一般可分為以下六個(gè)步驟：
光催化降解VOCs反應(yīng)步驟圖
文獻(xiàn)中涉及較多的光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式主要包括：平板型、管狀、蜂窩型和光纖反應(yīng)器等。下圖列舉了三種常見的反應(yīng)器形式。
三種常見光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)，當(dāng)半導(dǎo)體（光催化劑）吸收一個(gè)能量大于其帶隙能（Eg）的光子時(shí)，電子（e-）會(huì)從充滿的價(jià)帶躍遷到空的導(dǎo)帶，而在價(jià)帶留下帶正電的空穴（h+）。價(jià)帶空穴具有強(qiáng)氧化性，而導(dǎo)帶電子具有強(qiáng)還原性，它們可以直接與反應(yīng)物作用，還可以與吸附在光催化劑上的其他電子給體和受體反應(yīng)。納米光催化是利用TiO2作為催化劑的光催化過程，反應(yīng)條件溫和，光解迅速，產(chǎn)物為CO2和H2O或其他的離子如 NO3-、PO43-、Cl-等，而且適用范圍廣，包括烴、醇、醛、酮、氨等有機(jī)物，都能通過TiO2光催化清除。其機(jī)理主要是光催化劑二氧化鈦吸收光子，與表面的水反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（•OH）和活性氧物質(zhì)（•O，H2O2），其中羥基自由基（•OH）是光催化反應(yīng)的一種主要的活性物質(zhì)，對(duì)光催化氧化起決定作用。羥基自由基具有120kJ/mol的反應(yīng)能，高于有機(jī)物中的各類化學(xué)鍵能，如：C-C（83kJ/mol），C-H（99 kJ/mol），C-N（73kJ/mol），C-O （84kJ/mol），H-O （111kJ/mol），N-H（93 kJ/mol），因而能迅速有效地分解揮發(fā)性有機(jī)物和構(gòu)成細(xì)菌的有機(jī)物，再加上其它活性氧物質(zhì)（•O，H2O2）的協(xié)同作用，其殺菌效果更為迅速。
TiO2的帶隙能Eg=3.2eV，只有波長小于380nm的紫外光才能激發(fā)TiO2產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，導(dǎo)致VOCs的氧化分解。光催化劑 TiO2反應(yīng)效率很高，但顆粒微小而極易流失，因此將 TiO2 固定在活性炭載體上解決其分離回收問題。
TiO2光催化降解VOCs反應(yīng)機(jī)理圖
2.光催化劑
VOCs光催化降解的速率主要受吸附效率和光催化反應(yīng)速率的影響，具有較高吸附性能的VOCs不一定有較快的降解速率，因此選擇光催化劑至關(guān)重要。
目前，研究中經(jīng)常采用的紫外光催化劑大多為金屬氧化物或硫化物，如TiO2、ZnO、ZrO2、SnO2、WO3、CeO2、Fe2O3、Al2O3、ZnS及CdS等。其中，TiO2的綜合性能最好，其光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、氧化還原性強(qiáng)、抗陰極腐蝕性強(qiáng)、難溶、無毒且成本低，是研究應(yīng)用中使用最廣泛的單一化合物光催化劑。TiO2晶型對(duì)催化活性的影響很大。其晶型主要有三種：板鈦型（不穩(wěn)定）、銳鈦型（表面對(duì)O2吸附能力較強(qiáng)，具有較高活性）和金紅石型（表面電子-空穴復(fù)合速度快，幾乎沒有光催化活性）。以一定比例共存的銳鈦型和金紅石型混晶型TiO2的催化活性最高。其中，德國Degussa公司使用氣相法生產(chǎn)的TiO2-P25（平均粒徑30nm，比表面積50m2/g，30%金紅石型，70%銳鈦型）光催化活性高，是研究中經(jīng)常采用的一種光催化劑。
3.光催化氧化的特點(diǎn)
1)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)的且能吸收光子的有毒有害氣體的廢氣處理。
2)光催化氧化利用人工紫外線燈管產(chǎn)生的真空波紫外光作為能源來活化光催化劑，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，有效地降解有毒有害廢臭氣體成為光催化節(jié)約能源的最大特點(diǎn)。
3)氧化性強(qiáng)：半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以對(duì)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。
4)廣譜性：光催化氧化對(duì)從烴到羧酸的種類眾多有機(jī)物都有效，即使對(duì)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)可達(dá)到完全凈化。
5)壽命長：在理論上，光催化劑的壽命是無限長的，無需更換。
在光催化TiO2的產(chǎn)物上一直存在爭論，不能確定中間產(chǎn)物是否會(huì)造成二次污染；光催化氧化法存在著催化劑的失活、催化劑難以固定，且催化劑固定后催化效率降低的缺點(diǎn)；對(duì)不能吸收光子的污染物質(zhì)效果差，對(duì)于成分復(fù)雜的廢氣無法達(dá)到預(yù)期處理效果。
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工程方案配套設(shè)備 / Related Products
當(dāng)前方案下面的配套產(chǎn)品
[方案中心]
- 除臭治理設(shè)備凈化催化裝置除臭治理設(shè)備原理 將烘干室的有機(jī)氣體通過引風(fēng)機(jī)作用送入凈化裝置，首先通過除塵阻火器系統(tǒng)，然后進(jìn)入換熱器，再送入到加熱室，通過加熱裝置，使氣體達(dá)到燃燒反應(yīng)溫度，再通過催化床的作用，使有機(jī)氣體分解成二氧化碳和水，再進(jìn)入換熱器與低溫氣體進(jìn)行熱交換，使進(jìn)入的氣體溫度升高達(dá)到反應(yīng)溫度。如達(dá)不到反應(yīng)溫度，這樣加熱系統(tǒng)就可以通過自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償加熱，使它完全燃燒，這樣節(jié)省了能源，廢氣有效去除率達(dá)到97%以上。
- 微波光氧催化一、本產(chǎn)品利用特制的高能光束照射惡臭氣體，裂解惡臭氣體如：氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、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。 二、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(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，對(duì)惡臭氣體及其它刺激性異味有立竿見影的清除效果。 三、惡臭氣體利用排風(fēng)設(shè)備輸入到本凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運(yùn)用高能C波光束及臭氧對(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(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。 四、利用高能UV光束裂解惡臭氣體中細(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)到脫臭及殺滅細(xì)菌的目的。
- 有機(jī)廢氣處理設(shè)備-微波光氧催化惡臭氣體利用排風(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(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(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。
- 有機(jī)廢氣處理設(shè)備-微波光氧催化設(shè)備微波光氧催化 技術(shù)原理：
微波光氧催化采用等離子體、強(qiáng)電場、紫外、光觸媒等新進(jìn)尖端技術(shù)的合理優(yōu)化組合，協(xié)同高效處理臭氣、工業(yè)廢氣的排放。通過協(xié)同效應(yīng)，使臭氧的生產(chǎn)量成幾何量增加，同時(shí)利用微波的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)，通過多級(jí)處理工藝，大大加快了反應(yīng)速度，有效增強(qiáng)了設(shè)備的處理能力。
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