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UV 光解氧化设备
  • 发布日期:2020-04-23      信息来源:本站      浏览次数:97
    • 技术原理:

      光催化净化是基于光催化剂 TiO2 在高能紫外线灯照射下具有的氧化还原能力而净化污

      染物。利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物具有以下特点:

      1、直接用空气中的氧气做氧化剂,反应条件温和(常温 常压)

      2、可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子,净化效果彻底。

      3、TiO2 催化剂化学性质稳定,氧化还原性强,成本低,不存在吸附饱和现象,使用

      寿命长。

      TiO2 的光催化机理:

      半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成,它们之

      间的区域称为禁带。禁带是一个不连续区域。当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此

      半导体催化剂时,处于价带的电子(e)就会被激发到导带上,价带生成空穴(h+),从而在半

      导体表面产生具有高度活性的空穴/电子对。

      TiO2 的带隙能为 3.2ev,相当于波长为 387.5nm 光子的能量,当 TiO2 受到波长小于

      387.5nm 的紫外光照射时,处于价带的电子就会被激发到导带上去,从而分别在价带和导带

      上产生高活性的光生空穴和光生电子。在电场的作用下,电子与空穴发生分离,迁移到粒子

      表面的不同位置。热力学理论表明,分布在 TiO2 表面的空穴可以将吸附在其表面的 OH-和

      H2O 分子氧化成•OH。而电子(e-)具有很强的还原性,可使得 TiO2 固体表面的电子受体如 O2

      被还原。O2 既可以抑制光催化剂上电子和空穴的复合,提高反应效率,同时也是氧化剂,

      可以氧化已经羟化的反应产物,是表面羟基自由基的另一个来源。缔合在 Ti4+表面的•OH

      的氧化能力极强,能够氧化大部分的有机污染物及部分无机污染物,将其降解为 CO2、

      H2O 等无害物质,并且对反应物几乎无选择性,因而在光催化氧化中起着决定性的作用。

      污染物分子由引风机引入光催化区,大体要经历紫外线光解、臭氧氧化、电子轰击、强

      氧化剂-OH 的氧化、正氧离子氧化等过程;从结构空间上讲,污染物依次经过光触媒催化区、

      紫外灯光解区、光触媒催化区、氧化区,设计停留时间 1.5s,双层催化剂结构不但保证了

      催化比表面积;同时发挥了均布导流的高能,在有限的空间保证空间上和紫外线无

      极灯的充分接触,增加和提高活性粒子和污染物的接触机会和时间。

      灯管数量计算:

      键 C-CC=CC≡CC-OC=OC-HO-HO=O

      键能(KJ/mol)345.6607829352724414463491

      真空紫外灯(VUV)可发射 185 nm 和 254 nm 波长的紫外光。其光子能量分别为 647 kJ/mol

      和 328 kJ/mol,能直接光解空气中的水和氧气,生成羟基自由基、臭氧等高级氧化剂氧化

      去除 VOCs

      一支 150 W 的真空紫外灯,我们依据质量较好的真空紫外灯的光电转化效率:185 nm

      紫外发光量为 9%,254 nm 紫外发光量为 35%。其极限输出可用能量:150 ×(9%+35%)= 3.6

      ×103 kJ

      0.066kwh=237.6kJ

      以降解甲苯为例:甲苯包括一个苯环和一个甲基(一个苯环,一个碳碳单键和三个碳氢

      键)。苯环键能在 2076 kJ/mol~2866 kJ/mol, C-C 键能 345.6 kJ/mol,C-H 键键能 415.3

      kJ/mol。因此,1 mol 甲苯完全转化为 CO2 和 H2O 需要 3667.5 kJ。设风量 10000 m3/h,使

      甲苯浓度降低 50 mg/m3。所需降解甲苯重量:10000 m3/h ×50 mg/m3=500 g,所需降解甲

      苯摩尔量:500÷92.14=5.4265 mol(1 mol 甲苯 92.14 g)降解 5.4265 mol 甲苯所需能量:

      5.4265 mol×3667.5 kJ/mol=19901.78kJ.提供 19901.78 kJ 所需 150 W 真空紫外灯量:

      19901.78÷237.6=83.76 支设备应用:

      1、室内空气中的 VOCs

      利用光催化氧化技术可以高效降解或完全矿化常见的气相有机污染物,而不产生二次污染。

      袭著革,李官贤研究表明,纳米级 TiO2 复合一种金属氧化物制成光催化剂对 NO2、 SO2、

      H2S 等酸性气体和 NH3、 CS2 等碱性气体去除效果较好,且这些有害气体可以较为容易地

      氧化成为 NO3-、 SO42-等。J.W Tang 等用合成的 CaBi2O4 做催化剂,在可见光下光降解乙

      醛,实验结果表明,光照 2 h 后,乙醛被完全分解。

      2、汽车尾气

      目前发达国家汽车尾气净化器所用的催化剂主要是资源稀少的铂、钌、铑等贵金属,从可持

      续发展的观点来看,用资源丰富的金属氧化物代替贵金属是发展趋势。因此,钙钛矿型催化

      剂和相关氧化物引起了人们的普遍关注,它们除了相对价廉易得外,还因为它们的结构稳定

      和具有良好的催化性能。薛屏,高玉琢用浸渍法将钙钛矿型复合氧化物成功地载于多孔陶瓷

      载体上,大幅度提高了它们的光催化氧化汽车尾气的活性。

      3.设备适合低浓度废气净化、室内空气净化,工艺组合“水喷淋+光催化”,例如:医

      院、实验室空气净化,市政污水处理厂除臭、污水泵站除臭、工业车间除臭、烘干工艺废气、

      垃圾中转站废气。

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