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                光催化技术对VOCs的降解及应用


                光催化剂是指在一定能量光子激发下价带电子发生跃迁,产生光生电子和空穴,光生空穴与空气中的水分子反应生成羟基自由基,而光生电子与空气中的氧反应生成氧负离子。羟基自由基和氧负离子均具有较高的氧化还原电位,特别是羟基自由基的氧化还原电位可达2.8eV,可将一般有机物分解为二氧化碳和水,将含氯的有机物分解成二氧化碳、水和氯化氢。由于纳米TiO2光催化剂具有生物降解无可比拟的速度快、无选择性、降解完全,并且具有良好的化学稳定性、价格低和无毒△等特点,已经应用在有机废水和工业VOCs废气处理领域。

                自从Dibble和Raupp最先研究二氧化钛光催化材料降解三氯乙烯←开始,许多科研工作者在降解VOCs气体方面进行了大量的研究,并且已经证实:光催化技术能够处理→一系列的有机污染物,包括烷烃、有机醇、芳香烃、含氯碳氢化合物等。

                系列VOCs在相同测试条件下(即催化剂本身的性质相同,包括相同的二氧化钛粒径尺寸、晶相、比表面积等;测试装置及测试条件相同,包括均使用254nm紫外灯,相同气体流速、相对湿度、氧含量、30min后的稳态测试条件等)。

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                从表1VOCs浓度和转化率数据可知:在相同测试条件下,在VOCs浓度400-600ppm区间内,大多数VOCs气体具有较高转化率。然而,光催化降解异丙基苯、三氯乙烷、吡啶和四氯化碳的效率是不明显的。

                随着系列VOCs气体测试时间延长,光催化剂的降解效率均没有发现明显的下降,说明光催化材料在使用过程中没有失活。但特】别强调的是,随着№测试时间的延长,甲苯的转化率降低为20.9%,原因在于光催化剂失活,失活原因在于光催化剂表面⊙生成中间产物苯甲醛、苯甲酸和甲苯基苯甲酸等。

                同时也发现,当O2浓度不足时,甲醇的转化率在90min照射后降低到10%;而当O2存在时,甲醇的转化率一直保持在98%,所以甲醇的降解效率与O2浓度有很大的关系。

                此外,光催化剂在相对湿度较低的情况下,紫外灯光照一段时间光催化降解效率显著降低,原因在于羟基自由基在非均相反应中不断被消耗,需要大量的水补充羟基自由基的不断消耗。

                总之,由于VOCs气体本身性质的差异,在使用光催化对其进行光催化降解时其处理效果也有着很大的差异。另外,对采用光催化▂技术对VOCs气体进行处理时,也应该关注光催化设备的配置,包括光催化剂本身的性质、紫外灯的阵列、湿度、温度及氧气浓度的控制等。

                催化剂本身的性质是至关重要的。催化剂的性质除了影响光催化降解效率外,还会影响光催化反应机理,如上面所提到甲苯在光催化过程♀中的中间产物不会出现在公司生产的光催化板上,公司的光催化板不会失火并且可持久有效。