光催化反应器技术更加理想的应用方法

光化学反应器是近20年才出现的处理技术,光催化反应器在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O等简单无机物,避免了二次污染,光化学反应器简单高效而有发展前途。由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题,影响了该技术在实际中的应用,因此光化学反应器固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。

  目前,国内外对光化学反应器的研究主要有两种。第一种是非填充式固定床型的固定技术,它以烧结或沉积方法直接将催化剂沉积在光化学反应器内壁,进行污水处理时以泵为动力,光化学反应器使污水在污水槽与光催化反应器之间循环回流,光催化反应在反应器里进行。譬如,张彭义等人研究了苯甲酸类物质的光催化降解,光化学反应器其TiO2的固定方法如下:用两个120W高压汞灯辐射铝板,同时含有TiO2粉末的酸性悬浮液不断循环流过被辐射的铝板,光化学反应器悬浮液中的TiO2在紫外光和酸性条件的作用下沉积在铝板上而形成固定膜。第二种是填充式固定床型的固定技术,光化学反应器即将TiO2烧结在载体(如砂、硅胶颗粒、玻璃珠、玻璃 纤维等)表面,然后将上述颗粒填充到反应器里。此类固定技术虽可增大光催化剂与液相的接触面积(反应速率比悬浮型光反应器还要高),光化学反应器但载体颗粒较小,还需进行繁琐的分离、回收过程。

  有研究表明,光化学反应器一种类似于非填充式固定床型的催化剂固定技术,即布置于反应器底部、载有TiO2膜的玻璃纤维经过表面修饰(在TiO2表面担载某些重金属或金属氧化物 ,光化学反应器如Ag、Au、Pt、Pd、Nb、RuO2和Pt-RuO2等)能提高TiO2光催化活性。考虑到采取 此项技术进行饮用水深度净化时,金属含量低则不起作用,光化学反应器含量高则使水中重金属含量超过饮用水标准,故笔者试图从另一角度,即提高TiO2吸附能力方面来研究催化剂的固定化问题。

  光化学反应器活性炭因其比表面积大、吸附能力强及疏水性能好等优点,一直被广泛应用在水处理方面。笔者借助于活性炭这一优点来提高固定催化剂的光催化降解性能,光化学反应器即将TiO2粉末连同粉末 活性炭一起被固定在反应容器内壁,然后对自来水进行深度处理试验。作为对比,同时对纯TiO2进行了试验。

  为便于比较,光化学反应器进行了不同工艺条件下的试验。光催化反应器一种是以牛皮纸代替反应器内壁,将催化剂固定在牛皮纸一侧,按所需催化剂用量将相应大小的牛皮纸衬在反应器内壁进行试验。光化学反应器另一种直接以TiO2粉末为催化剂进行试验,处理后的水用0.45μm滤膜进行抽滤。试验装置如图1所示,光化学反应器由玻璃制做,尺寸为6×56cm,容积为1582cm3,实际容积( 除去紫外灯)为1287cm3;石英紫外线杀菌灯的功率为20W,光化学反应器主波长为253.7nm,在本试 验条件下光强E为3.90×103μW/cm2;气泵的作用除进行曝气以促使TiO2在溶 液中呈悬浮态以外,还提供空气,实际光化学反应器是利用空气中的O2为氧化剂作为电子接受体,防止电子和空穴的复合。

 光化学反应器在紫外线照射下单纯活性炭膜的UVA去除率与单纯紫外线照射并无多大区别,可见活性炭只有与TiO2联合才能发挥二者的吸附与催化性能。光化学反应器与粉末活性炭联合固定的TiO2膜其催化剂的附着性和去除效果均优于纯TiO2膜,光化学反应器技术找到了更加理想的复合催化剂及其工程应用的方法。

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