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(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)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(shì)，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(duì)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(guó)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(zhǎng)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(huì)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(huì)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(wú)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(guò)濾層、金屬絲均流網(wǎng)用于過(guò)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(wú)毒無(wú)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(guò)光催化氧化可直接將空氣中的廢臭氣體完全氧化成無(wú)毒無(wú)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(yáng)光作為能源來(lái)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(guò)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(duì)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(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。
五、廣譜性：光催化氧化對(duì)從羥到羧酸的種類眾多的有機(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(guò)一定時(shí)間的反應(yīng)便可達(dá)到完全凈化。
六、壽命長(zhǎng)：理論上，光催化劑的壽命是無(wú)限長(zhǎng)的，無(wú)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(huì)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(zhǎng)小于387nm的光，金紅石型TiO2吸收波長(zhǎng)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(lái)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(duì)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(duì)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(wú)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(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)有害氣體進(jìn)行消除，其中-C波段紫外線主要用來(lái)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(wú)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(duì)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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