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光催化氧化反应器结构设计

发布时间:2018-12-13 14:21  文章来源:未知  文章作者:高级氧化技术工程

  目前, 用金属氧化物半导体作催化剂进行光催化氧化降解有机污染物的研究, 已引起了国内外众多学者的关注。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,还必须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,并取得了一些成果,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。
 

光催化氧化设计
 

  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。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,反应速度达到极限。 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。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。

  光催化氧化反应器的设计

  以层流降膜(L FFF) 悬浊液光催化氧化反应器为例,设计步骤如下:

  ① 灯的选择:灯源必须能够提供具有半导体带隙能的光子,TiO2 的带隙能是3. 2 eV ,可以用发射380 nm 波长或者较短波长的灯作为辐射源。“黑光”灯管的内壁覆盖有铈激活的Ca3 ( PO4) 2 ,该灯能发射300~410 nm 连续的宽波带的光,并在355 nm 处有一个峰值,因此L FFF 光催化氧化反应器选用了黑光灯。

  ② 反应器的几何形状及结构:反应器采用与灯同样的圆筒形状。液膜沿着带灯和反应器中心轴的外壁流下,或沿着灯安装中心轴柱的内表面流过。后者的结构可以不加反射器。

  ③ 反应器尺寸的确定:反应器尺寸对光子吸收率的影响可通过假设一个辐射源模式进行分析,对于长径比较大的灯可以用线型辐射源模式。
 

光催化氧化设备结构
 

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