UV光解氧化設(shè)備

技術(shù)原理：

　   光催化凈化是基于光催化劑TiO2在高能紫外線燈照射下具有的氧化還原能力而凈化污染物。利用光催化凈化技術(shù)去除空氣中的有機(jī)污染物具有以下特點：

　   1、直接用空氣中的氧氣做氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫 常壓）

　   2、可以將有機(jī)污染物分解為二氧化碳和水等無機(jī)小分子，凈化效果。

　   3、TiO2催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸附飽和現(xiàn)象，使用壽命長。

TiO2 的光催化機(jī)理：

　   半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能價帶構(gòu)成，它們之間的區(qū)域稱為禁帶。禁帶是一個不連續(xù)區(qū)域。當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此半導(dǎo)體催化劑時，處于價帶的電子(e)就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上，價帶生成空穴(h+)，從而在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對。

TiO2 的帶隙能為 3.2ev，相當(dāng)于波長為 387.5nm光子的能量，當(dāng)TiO2 受到波長小于387.5nm的紫外光照射時，處于價帶的電子就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而分別在價帶和導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性的光生空穴和光生電子。在電場的作用下，電子與空穴發(fā)生分離，遷移到粒子表面的不同位置。熱力學(xué)理論表明，分布在TiO2表面的空穴可以將吸附在其表面的OH-和H2O分子氧化成?OH。而電子(e-)具有很強(qiáng)的還原性，可使得TiO2固體表面的電子受體如O2 被還原。O2 既可以抑制光催化劑上電子和空穴的復(fù)合，提高反應(yīng)效率，同時也是氧化劑，可以氧化已經(jīng)羥化的反應(yīng)產(chǎn)物，是表面羥基自由基的另一個來源。締合在Ti4+表面的?OH的氧化能力，能夠氧化大部分的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物，將其最終降解為CO2、H2O等無害物質(zhì)，并且對反應(yīng)物幾乎無選擇性，因而在光催化氧化中起著決定性的作用。

污染物分子由引風(fēng)機(jī)引入光催化區(qū)，大體要經(jīng)歷紫外線光解、臭氧氧化、電子轟擊、強(qiáng)氧化劑-OH的氧化、正氧離子氧化等過程；從結(jié)構(gòu)空間上講，污染物依次經(jīng)過光觸媒催化區(qū)、紫外燈光解區(qū)、光觸媒催化區(qū)、氧化區(qū)，設(shè)計停留時間1.5s，雙層催化劑結(jié)構(gòu)不但保證了催化比表面積；同時發(fā)揮了均布導(dǎo)流的高能，在有限的空間限度保證空間上和紫外線無極燈的充分接觸，增加和提高活性粒子和污染物的接觸機(jī)會和時間。

燈管數(shù)量計算：

鍵           C-C  C=C C≡C C-O C=O C-H O-H O=O

鍵能(KJ/mol)345.6 607 829  352 724 414 463 491

真空紫外燈（VUV）可發(fā)射185 nm和254 nm波長的紫外光。其光子能量分別為647 kJ/mol和328 kJ/mol，能直接光解空氣中的水和氧氣，生成羥基自由基、臭氧等高級氧化劑氧化去除VOCs

一支150 W的真空紫外燈，我們依據(jù)質(zhì)量較好的真空紫外燈的光電轉(zhuǎn)化效率：185 nm紫外發(fā)光量為9%，254 nm紫外發(fā)光量為35%。其極限輸出可用能量：150 ×(9%+35%)= 3.6 ×103 kJ   0.066kw?h=237.6kJ

以降解甲苯為例：甲苯包括一個苯環(huán)和一個甲基（一個苯環(huán)，一個碳碳單鍵和三個碳?xì)滏I）。苯環(huán)鍵能在2076 kJ/mol~2866 kJ/mol, C-C鍵能345.6 kJ/mol，C-H鍵鍵能415.3 kJ/mol。因此，1 mol甲苯轉(zhuǎn)化為CO2和H2O需要3667.5 kJ。設(shè)風(fēng)量10000 m3/h，使甲苯濃度降低50 mg/m3。所需降解甲苯重量：10000 m3/h ×50 mg/m3=500 g，所需降解甲苯摩爾量：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真空紫外燈量：19901.78÷237.6=83.76支

設(shè)備應(yīng)用：

　   1、室內(nèi)空氣中的VOCs

　   利用光催化氧化技術(shù)可以高效降解或礦化常見的氣相有機(jī)污染物，而不產(chǎn)生二次污染。襲著革，李官賢研究表明，納米級 TiO2 復(fù)合一種金屬氧化物制成光催化劑對 NO2、 SO2、 H2S 等酸性氣體和 NH3、 CS2 等堿性氣體去除效果較好，且這些有害氣體可以較為容易地氧化成為 NO3-、 SO42-等。J.W Tang等用合成的CaBi2O4 做催化劑，在可見光下光降解乙醛，實驗結(jié)果表明，光照 2 h 后，乙醛被分解。

　   2、汽車尾氣

　   目前發(fā)達(dá)國家汽車尾氣凈化器所用的催化劑主要是資源稀少的鉑、釕、銠等貴金屬，從可持續(xù)發(fā)展的觀點來看，用資源豐富的金屬氧化物代替貴金屬是發(fā)展趨勢。因此，鈣鈦礦型催化劑和相關(guān)氧化物引起了人們的普遍關(guān)注，它們除了相對價廉易得外，還因為它們的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和具有良好的催化性能。薛屏，高玉琢用浸漬法將鈣鈦礦型復(fù)合氧化物成功地載于多孔陶瓷載體上，大幅度提高了它們的光催化氧化汽車尾氣的活性。

　   3.設(shè)備適合低濃度廢氣凈化、室內(nèi)空氣凈化，工藝組合“水噴淋+光催化”，例如：醫(yī)院、實驗室空氣凈化，市政污水處理廠除臭、污水泵站除臭、工業(yè)車間除臭、烘干工藝廢氣、垃圾中轉(zhuǎn)站廢氣。