光催化氧化反应器设计综述

时间：2025-01-03

目前, 用金属氧化物半导体作催化剂进行光催化氧化降解**污染物的研究, 已引起了国内外众多学者的关注[1] 。为了提高光催化氧化反应效率，光催化氧化反应器是必不可少的。应用光催化氧化反应器可进行化学氧化、光氧化、光化学氧化、光催化氧化和光化学催化氧化等多种类型氧化反应, 并可进行多种组合试验, 为环境科研、环境工程提供试验设备, 亦可为高等院校师生提供教学试验设备。光催化氧化反应器的设计远比传统的化学反应器复杂,除了涉及质量传递与混合、反应物与催化剂的接触、流动方式、反应动力学、催化剂的安装、温度控制等问题外,还考虑光辐射这一重要因素。目前已有多种形式的光催化氧化反应器应用于光降解的研究及实际废水的处理,并了一些成果,但同时也暴露出许多问题,为此有许多人从不同的角度对如何提高光催化氧化反应器的效能及实用性开展了大量的工作[2]。
1 光催化氧化反应器的结构形式催化剂以两种形式存在于反应器中:一是光催化剂颗粒分散于整个反应器系统中,二是光催化剂颗粒固定在载体上(如反应器壁或尼龙丝网等) ,据此可将相应的反应器形式称为悬浮式和固定式。
悬浮式是TiO2粉末直接与废水混合组成悬浮体系。优点是结构简单，能充分利用催化剂活性[3]。缺点是存在固液分离问题，无法连续使用；易流失；悬浮粒子阻挡光辐射深度， TiO2 =0.5mg/m3左右，反应速度达到限[4]。固定式是TiO2粉末喷涂在多孔玻璃、玻璃纤维或玻璃板上。优点是TiO2不易流失，可连续使用；缺点是催化剂固定后降低了活性[5]。固定式又分非填充式和填充式两种。非填充式固定床型：以烧结或沉积法直接将光催化剂沉积在反应器内壁，部分光催化表面积与液相接触。填充式固定床型：烧结在载体上，然后填充到反应器里，与非填充式固定床型相比，增大了光催化剂与液相接触面积，克服了悬浮型固液分离问题。
Geisen 等[6 ]针对典型化合物二氯yi酸(DCA) 的降解分别进行了悬浮式TiO2和固定式TiO2 液膜反应器( Flow-Film Reactor ，FFR) 研究，结果表明：与固定式催化剂反应系统相比，悬浮式系统能够获得高的DCA降解率,达到了固定式系统的3倍，这是因为催化剂的固定限制了传质和降低了光催化活性。因此，如果能够通过固/ 液分离技术实现TiO2颗粒与处理水的分离及回收利用,那么悬浮式反应器将比固定式反应器有着明显的优势。为此，Xi等[7 ]采用带有斜板和不带有斜板的沉淀池及微滤膜继续进行了悬浮催化剂的分离研究:当进水的催化剂浓度> 5 g/ L、pH 在零电荷点附近时，通过沉淀作用可以对Degussa P 25 TiO2 实现分离；在沉淀池内添加斜板可以减少沉淀面积，确保出水浓度< 5 mg TiO2/ L ：为进一步降低出水TiO2 浓度,可采用微波技术同时实现TiO2 和病菌的截留。此外，膜对高分子物质的截留将增加其在光反应器内的浓度，从而获得较高的反应速率。
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