中国气固流化床光催化反应器的研究进展

中国气固流化床光催化反应器的研究进展

随着能源价格的持续上涨和环境污染的日趋严重，半导体光催化污染治理技术近年来日益受到人们的重视 ^[1]。该技术具有工艺简单、能耗低、无二次污染和降解*的特点。因为半导体受一定能量光照射而产生的光生空穴和电子具有很强的氧化性和还原性,可以无选择的将半导体颗粒表面的吸附物氧化还原为ＣＯ₂和Ｈ₂Ｏ。国内外有关光催化降解水中有机污染物的研究已有十余年历史，近几年来，随着对低浓度(μｇ/ｍ³)挥发性有机物（VOCs）所带来的空气污染问题的重视，人们认识到气固相光催化处理VOCs的潜在优势，开始了这方面的研究。气固相光催化反应器是光催化过程的核心设备，它的设计和应用势必成为气固相光催化研究的主要方向之一。由于流化床具有传质效率高、操作范围宽、易实现工业化等特点，近年来出现了气固相流化床光催化反应器的研究热潮。本文总结了国外近年来废气治理中气固流化床光催化反应器的研制及应用情况，并对其发展趋势进行了展望。

1 气固相光催化反应器的特点

　　光催化反应器与传统反应器的不同之处在于需要有光源的存在，因此它的设计更加复杂，除了考虑传统的反应器所涉及的如质量传递和混合、反应物和催化剂的接触、流动方式、反应动力学、催化剂的安装、温度的控制等问题外，还要考虑光能在反应器内的传播与均匀分布，因为只有吸收了适当的光子而被激活的催化剂才具有催化活性。另外，光强的选择也极为重要，它对光催化反应的影响随反应物的不同而有所不同。但通常在较低光强下反应速率与光通量呈一级反应，在较高光强下反应速率为半级，即光效率随光强增加而下降。光催化反应器的反应能力受照射光分布和光强的影响这些特性给光反应器的理论分析、实验研究和工业化应用均带来了困难，多相体系中固体催化剂的存在更增加了问题的复杂性。

中国气固流化床光催化反应器的研究进展

　　根据相态的不同，光催化反应器可分为气固相光催化反应器与液固相光催化反应器。与液固相相比，气固相光催化反应器通常需要在高气体体积流量下操作^[2]，要求有很好的气密性，同时要便于物料的装卸；需要固定化的催化剂，若使用粉末催化剂，只能造成气阻增大，催化剂流失严重或分散不均等不利情况而影响。

整个光催化效果（但一般认为光催化剂固定后比表面积减小，其催化效率有所降低）。两者的相同点是，都需要实现反应物、催化剂与入射光的充分接触，这可以通过改善反应器中光的分布和提高催化剂的比表面积的方法来实现。气固流化床光催化反应器的研究进展

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