典型的光催化反應器

典型的光催化反應器
光催化是廢水淨化的一個很有前途的技術，因而引起了國內外的重視，已經有了二十多年的經驗積累，在光催化降解有機汙染物、光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)改(gai)性(xing)等(deng)方(fang)麵(mian)受(shou)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu)
，有(you)關(guan)光(guang)催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)法(fa)在(zai)水(shui)汙(wu)染(ran)治(zhi)理(li)方(fang)麵(mian)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)的(de)報(bao)道(dao)很(hen)多(duo)，而(er)在(zai)反(fan)應(ying)器(qi)的(de)設(she)計(ji)和(he)選(xuan)材(cai)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)相(xiang)關(guan)的(de)報(bao)道(dao)，但(dan)涉(she)及(ji)到(dao)光(guang)反(fan)應(ying)器(qi)應(ying)用(yong)的(de)報(bao)道(dao)較(jiao)少(shao)。在(zai)光(guang)催(cui)化(hua)反(fan)應(ying)中(zhong)，反(fan)應(ying)器(qi)的材料
、結構、形狀、guangyuandejiheweizhidenghenduoyinsuduiguangcuihuafanyingsulvyouhendadeyingxiang。qixiangguangcuihuafanyingqideshejiyoujingtaipeiqihedongtaipeiqideliangzhong，zhongleihexiangguandeyanjiujiaoshao，suoyixiamianzhezhongjieshaoyexiangguangcuihuafanyingqidejiegou、種類和影響因素。 影響光催化反應器效率的因素很多，如光源(光源強度、波段與光照方式)、催化劑性質(催化劑粒徑
、類型與載體)、廢液的外加氧化劑(如O2 ,H2O2 ,O3等)、待處理廢水性質(廢液的初始濃度組成、pH值、抑製物含量)、溫度、廢液的流動力學特征、停留時間等因素對反應器的zui佳運行都有影響，反應器的整體設計要綜合考慮這些因素。

1. 光源

用於光催化的光源有電光源和太陽光源。電光源有高壓汞燈
、熒光燈、黑光燈
、氨燈等。光源的選擇、布bu置zhi及ji使shi用yong既ji要yao考kao慮lv效xiao能neng又you必bi須xu考kao慮lv經jing濟ji性xing，因yin此ci
，在zai設she計ji光guang催cui化hua反fan應ying器qi時shi，要yao綜zong合he考kao慮lv各ge方fang麵mian的de影ying響xiang因yin素su。過guo去qu
，更geng多duo研yan究jiu放fang在zai電dian光guang源yuan上shang，使shi用yong的de光guang波bo多duo限xian於yu光guang譜pu紫zi外wai區qu。太tai陽yang光guang源yuan是shi經jing濟ji又you環huan保bao的de光guang源yuan，開kai發fa出chu利li用yong太tai陽yang能neng的de光guang催cui化hua反fan應ying器qi一yi直zhi是shi研yan究jiu者zhe追zhui求qiu的de目mu標biao，但dan是shi由you於yu在zai光guang催cui化hua反fan應ying中zhong
，太tai陽yang光guang的de利li用yong率lv很hen低di，因yin此ci這zhe類lei反fan應ying器qi的de成cheng功gong開kai發fa和he真zhen正zheng實shi現xian工gong業ye應ying用yong目mu前qian還hai有you很hen大da難nan度du，需xu要yao解jie決jue催cui化hua劑ji改gai性xing等deng許xu多duo方fang麵mian的de技ji術shu問wen題ti。
光源波長、光強及光源幾何位置對催化反應有至關重要的影響，一般情況下
，光源波長越短，效率越高;在zai同tong等deng波bo長chang的de條tiao件jian下xia
，光guang強qiang越yue高gao
，效xiao率lv越yue高gao
，但dan並bing非fei線xian性xing相xiang關guan的de。一yi般ban在zai低di光guang強qiang時shi

，有you機ji物wu降jiang解jie速su度du與yu光guang強qiang呈cheng線xian性xing關guan係xi，高gao光guang強qiang時shi
，降jiang解jie速su度du與yu光guang強qiang的de平ping方fang根gen存cun在zai線xian性xing關guan係xi。
光線的照射方式可分為直接照射和直接一反光結合照射，後者的使用更能充分利用光能。光源與廢水、催化劑的位置對光轉化效果有重要的影響，研究結果表明，催化劑處在廢水中時

，在光源與催化劑之間的液層會吸收光、散射光，從而使催化劑的光吸收減弱。因此，浸在液體中的負載催化劑應盡量靠近液體的近光麵
，減少光吸收障礙。

 2. 催化劑在應用中的存在形態

cuihuajizaiguangcuihuafanyingqizhongyouliangzhongcunzaixingshi


，jixuanfutaihegudingtai。zaixuanfuxiangguangcuihuaguochengzhong
，cuihuajiyixuanfutaicunzaiyushuirongyezhong，yuwuranwujiechumianjida
，dancuihuajizairongyezhongrongyiningjuqiehuishoukunnan

，bushiheguimocaozuo。cuihuajiyigudingtaicunzaishi，fuzaizaizaitishang
，zheyangsuirankebimiancuihuajidefenlihehuishouguocheng
，danjinbufencuihuajidemianjiyouxiaodiyuyexiangjiechu，huoxingjiangdi。cuihuajizhibeihuoxuanzezaitiyaokaolvduozhongyinsuyingxiang，yingjinliangmanzu：
(1)吸光性能強。
(2)催化劑粒徑小
，比表麵積大。
(3)不易中毒，能保持催化劑有高活性。
(4)吸附反應物及反應後易於固液分離。
(5)載體與催化劑結合牢固，抗衝擊
、耐腐蝕。
負載型催化劑所使用的載體要求透光性好，與催化劑結合較牢固，易於分散

，不影響傳質等。可選形狀有顆粒型、管型、絲網、平板型和轉盤型等。顆粒型載體一般有玻璃球、矽膠
、砂石、活性炭、沸石等。

3. 光催化反應器材料

要保證光催化反應的順利進行
，zui首shou要yao的de條tiao件jian之zhi一yi是shi光guang催cui化hua反fan應ying器qi的de材cai料liao必bi須xu透tou光guang性xing能neng好hao，尤you其qi是shi對dui催cui化hua反fan應ying所suo需xu波bo長chang範fan圍wei的de光guang的de透tou過guo率lv要yao好hao。一yi般ban光guang催cui化hua反fan應ying利li用yong紫zi外wai光guang，所suo以yi要yao使shi用yong對dui紫zi外wai光guang不bu吸xi收shou或huo吸xi收shou很hen少shao的de材cai料liao
，很hen多duo人ren選xuan用yong石shi英ying玻bo璃li。石shi英ying玻bo璃li是shi高gao純chun單dan組zu分fen玻bo璃li
，具ju有you優you良liang的de熱re，光guang，電dian和he機ji械xie性xing能neng
，耐nai腐fu蝕shi
，對dui大da多duo數shu物wu質zhi是shi穩wen定ding的de，包bao括kuo除chu氫qing氟fu酸suan以yi外wai的de大da多duo數shu酸suan，可ke以yi長chang期qi應ying用yong在zai惡e劣lie的de環huan境jing中zhong。而er且qie，石shi英ying玻bo璃li在zai紫zi外wai線xian到dao紅hong外wai線xian的de整zheng個ge光guang譜pu波bo段duan都dou有you優you良liang的de透tou過guo性xing能neng，和he普pu通tong矽gui酸suan鹽yan玻bo璃li相xiang比bi，在zai紅hong外wai區qu光guang譜pu透tou過guo比bi普pu通tong玻bo璃li大da;在可見區
，石英玻璃的透過率也是比較高的。特別是在紫外光譜區，光譜透過比其他玻璃好的多。能透過的zui小波長可達160nm。
個別的光催化反應器也有使用石英以外的其他物質，如含氟聚合物[87]，它對紫外光有很好的穩定性和透過率(T)
，波長在300~400nm時，0.735≤T≤0.846。在非入射光經過的重要部位，選材的要求不高，可以使用軟質玻璃、硬質玻璃或其它材料，如金屬材料。由於玻璃製品容易加工成型
，而且便於觀察，所以在實驗室的研究中多使用玻璃材質。

4. 光催化反應器的分類
光催化反應器的整體結構的設計要考慮光源、催化劑、待處理液的合理的幾何位置關係，盡量增大光照麵積與溶液體積的比率
，增大光利用率，使光、固
、液或者光、固、qidexianghuzuoyongchaozheyouliyucuihuafanyingfashengdefangxiang，tigaofanyingsulvjijiangjiexiaoguo。erqieguangcuihuafanyingqideshejiyaojiegoujiandan
，yiyucaozuojiweixiu，shixianjingjihaoyong。
 光催化反應器按光源的照射方式不同可分為非聚光式反應器(non-concentrating reactor)和聚光式反應器(concentrating reactor)。非聚光式反應器的光源可以是電光源也可以是天然的日光，大多垂直反應麵進行照射，其優點是結構簡單、操(cao)作(zuo)方(fang)便(bian)，缺(que)點(dian)是(shi)用(yong)電(dian)光(guang)源(yuan)的(de)反(fan)應(ying)器(qi)運(yun)行(xing)費(fei)用(yong)過(guo)高(gao)，而(er)用(yong)太(tai)陽(yang)光(guang)的(de)反(fan)應(ying)器(qi)則(ze)反(fan)應(ying)速(su)率(lv)較(jiao)慢(man)。聚(ju)光(guang)式(shi)光(guang)反(fan)應(ying)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)以(yi)太(tai)陽(yang)光(guang)作(zuo)為(wei)光(guang)源(yuan)的(de)管(guan)式(shi)反(fan)應(ying)器(qi)

，一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)拋(pao)物(wu)槽(cao)或(huo)拋(pao)物(wu)麵(mian)收(shou)集(ji)器(qi)來(lai)聚(ju)集(ji)太(tai)陽(yang)光(guang)並(bing)輻(fu)射(she)在(zai)能(neng)透(tou)過(guo)紫(zi)外(wai)光(guang)的(de)中(zhong)心(xin)管(guan)上(shang)，它(ta)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)直(zhi)射(she)和(he)反(fan)射(she)的(de)光(guang)線(xian)
，在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)非(fei)聚(ju)光(guang)式(shi)光(guang)反(fan)應(ying)器(qi)的(de)缺(que)點(dian)。
 光催化反應器的按照反應器的結構和形狀可以大致分為平板型反應器


、管式反應器、環形光化學反應器(或圓筒形反應器)。還有一些其他類型的光催化反應器。如光學纖維束光化學反應器等。

5. 環形光化學反應器
huanxingguanghuaxuefanyingqimuqianyingyongjiaoweiguangfan
，zhutishiyiyigehuoduogetongzhouyuanzhuxingrongqizucheng，shiyongdianguangyuan
，daduozhiyuyuanzhuxingrongqidezhongxinweizhi，cuihuajiyixuanfuhuogudingtaicunzai。zhezhongfanyingqizhuyaoyongyuzaishineijinxingdeduoxiangguangcuihuayanghuayoujiwudeyanjiu。 流化床光反應器
，一個400W的中壓Hg燈置於圓筒形光反應器中心，中層為0.01m的用硼矽酸玻璃製造的冷卻水層，外層為流化床層，厚510-3m,zui外麵包以鋁箔。以蠕動泵作為循環流動的動力，外圍輔以溫度、pH、O2溶度調節裝置。用浸漬提拉法將TiO2薄膜固定在6W的紫外燈(254nm)上
，用浸入式多光源反應器降解中等毒性的除草劑—百草枯溶液。反應器是2000mL的圓筒
，空氣以500mL/min的流速鼓入反應器，在15h後，100ppm的百草枯溶液的轉化率達到了95%以上。

環形光化學反應器，反應器為三層環形套筒式
，內腔中心置光源，中腔是反應室，中腔內壁上負載TiO2膜，外腔為冷卻室
，用於防止光源釋放能量導致溫度過高。
泰勒渦旋光反應器(Taylor vortex reactor，TVR)一些研究者認為，通過可控的周期性的照射，光催化反應的光效率是可以提高的,正是基於這一思想。它由內外2getongzhoudeyuanzhutigoucheng，cuihuajigudingzaineitongdewaibiaomianhuoyixuanfutaicunzai，yingguangdengpaozhiyuxiaoyuanzhutineizuoweiguangyuan，fanyingzailiangyuanzhutizhijianhuanxingyuantongneijinxing，shiyongshiwaitongbudong，neitongxuanzhuan。gaifanyingqidezuidatesezaiyuxiaoyuanzhutixuanzhuan
，shirongyeneixingchengletailexuanwo，congerdaidongcuihuajibuduanjingliguangfanyingheanfanyingjieduan
，liyongliutidongtaibuwendingxingheyuanzhujianhuanxingchicundelixinbuwendingxing，tigaolefanyingdexiaolv。TVR反應器的降解效率比普通的管式光反應器和多管式反應器的效率分別提高60%和125%。
間歇式懸浮態光電催化(photoelectrocatalysis
，簡寫為PEC)反應器，它由一個外徑為55mm的圓形硬質玻璃外套及一個帶有PVC板做成底座的氣體分布器(布氣板為孔徑小於40μm的微孔欽板)suozucheng
，yongdaiduokongqinjinshuzuoyinyangji
，shijiayidingdedianyajinxingguangdiancuihua。jinguanzaiqinbanshangshijiayigejiaogaodedianyashi，takenenghuifashengyidingchengdudeyanghuafanyingshengchengTiO2，然而欽板表麵的TiO2也會參與光電催化反應，從而進一步增強光電催化反應。安太成等對該光電催化反應器進行了表征，探討了該光電催化反應器中電壓、光催化劑濃度和空氣流量等因素對光電催化降解甲酸的影日向。
 環形固定膜式光電催化反應器，實驗裝置的核心部分是由石英玻璃製成的雙套管反應器
，使用125W中壓汞燈為光源。光催化膜是采用活性碳為主要載體，金屬網為支撐基體的TiO2導電光催化複合膜
，固定在反應器外套管的內壁上。該裝置也可以應用於光電催化體係中
，在反應器內套管上纏繞了Pt絲作為對電極，光催化膜作為工作電極，可以通過電力供應提供適當的偏壓來提高反應速率。