有机废气(VOCs)处理TiO2光催化法

TiO2光催化法是近年来日益受到重视的污染治理新技术。TiO2具有化学稳定性好、无毒、价廉、易得、具有较正的价带电位和较负的导带电位等特点,是理想的光催化剂,也是目前使用最多的一类光催化剂。

近年来,光催化技术处理气态污染物也愈来愈受到世界各国的重视,研究表明,该技术在常温、常压条件下能将废气中的有机物分解为CO2、H2O和其它无机物,有较大潜在应用价值。各国学者围绕多相光催化机理及提高TiO2的光催化效率等方面作了大量的探索工作。

Hager在TiO2光催化剂上进行了一系列挥发性含氯有机物气相光催化氧化反应,实验发现四氯乙烯能得到有效降解,二氯甲苯和二氯苯在紫外光照射的TiO2催化剂上只能得到一定程度降解。

Yamazaki在多孔TiO2微粒上对光催化降解气相四氯乙烯提出OH·与Cl·引发同时存在的两种反应机理。

Rafael对甲苯光催化降解过程中TiO2光催化剂失活研究时发现,在失活的光催化剂表面上存在苯甲醛、苯甲酸及微量苯乙醇,其中苯甲醛为部分氧化产物,进一步氧化将生成苯甲酸,苯甲酸被强吸附在催化剂表面上,苯甲酸在催化剂表面上的积累将导致催化剂失活,反应混和物中水蒸气的存在会抑制苯甲酸形成。

Martra则认为在移走水蒸气后,催化剂对甲苯化降解失活,是因为甲苯部分氧化为苯甲醛的反应几乎完全受到抑制。

Shang等在间歇式反应器中对TiO2气相光催化氧化降解庚烷的中间产物、降解率、反应动力学及反应机理等方面进行了研究。

由于TiO2光响应范围窄,光生电子和空穴容易复合,光量子效率较低。研究工作者通过TiO2光催化剂的改性和TiO2光催化剂的负载修饰的方法,扩大其光响应范围,减少空穴-电子复合率,以提高TiO2光催化效率。

Khan等对纳米TiO2掺C使其催化活性得到提高,同时在体系中加入Fe3+、Cu2+等氧化剂。研究发现,Fe3+对染料污水处理效果较好,加入Cu2+反应速度提高80%。

何静通过实验研究发现,复合薄膜比单一薄膜活性高,而La掺杂的复合薄膜的光降解率比掺杂前提高了约23%。

田地等通过对TiO2炭黑改性研究了甲苯的吸附和光催化性能,发现炭黑改性过的TiO2对甲苯吸附性能与普通TiO2相似,但其光催化降解性能却有较大提高。

TiO2光催化处理工业废气具有反应效率高、不受溶剂分子影响、易回收、反应速率快等优点,但这项技术还存在几个关键的技术难题。

近年来,已有不少学者提出解决以上问题的方案,如针对TiO2进行掺杂、贵金属表面沉积、半导体复合、表面光敏化或超强酸化及微波制备等,以提高TiO2的光催化量子效率或可见光的利用率;采用溶胶—凝胶法、金属有机化学气相沉积法、阴极电沉积法等多种方法,并通过改变干燥、焙烧等条件以制备既牢固又具有优良光催化活性的TiO2膜:把微波场、热催化、等离子体等技术与光催化耦合,应用于有机污染物的气相光催化降解,以提高光催化过程的效率等。