光电催化氧化反应器结构形式及典型类型

光电催化氧化反应器结构形式及典型类型

随着经济的发展，大量工业废水、生活污水有机污染物的超标排放，造成了水体环境严重富营养化问题，目前很多地方的治理只注重对有毒重金属的处理，而忽略了有机污染物潜在的危害性，废水中大量的有机污染物。所以光电催化氧化工艺对废水中的有机物进行处理是非常必要的。光催化氧化分解有机污染物是当今公认的最前沿最有效的处理技术，光催化氧化反应器成功的解决了光催化氧化技术的工业化运用难题，所采用光催化氧化技术，废水有机污染物分解后的产物为水、二氧化碳及无害的无机盐，从根本上解决了有机污染问题。

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。

目前，常用的是流化床式。所谓流化床式即负载了TiO2颗粒的载体，在反应器中以悬浮状态存在。优点为一方面可使催化剂颗粒多方位受到光照，并且在悬浮扰动下可防止催化剂钝化，提高催化剂利用效率;另一方面也解决了悬浆体系固液分离难的问题。采用流化床反应器对甲基橙在弱照射条件下(15 W 低压水银灯) 的光催化氧化进行了研究。试验过程中采用了两种不同类型的流化床，一种是FBR 的典型类型，另一种是内部带有导流管的FBR。试验结果表明：FRSs 的几何结构对光催化氧化反应的影响是可以忽略的;反应器内气体的供给，不但可以用于催化剂颗粒的流化，而且还可以消除光生电子，提高反应效率;pH 值是确

定反应速率的一个重要参数，在酸性条件下更有利于甲基橙的降解，反应物的初始浓度越高将会减少光的穿透，从而降低光催化氧化的反应速率，催化剂的负荷存在着一个最佳量，从而使催化剂的存在不对光的照射产生屏蔽效应。