光催化是指在一定能量光子激發(fā)下價帶電子發(fā)生躍遷，產(chǎn)生光生電子和空穴，光生空穴與空氣中的水分子反應(yīng)生成羥基自由基，而光生電子與空氣中的氧反應(yīng)生成氧負離子。羥基自由基和氧負離子均具有較高的氧化還原電位，特別是羥基自由基的氧化還原電位可達2.8eV，可將一般有機物分解為二氧化碳和水，將含氯的有機物分解成二氧化碳、水和氯化氫。由于納米TiO2光催化劑具有生物降解無可比擬的速度快、無選擇性、降解完全，并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、價格低和無毒等特點，已經(jīng)應(yīng)用在有機廢水和工業(yè)VOCs廢氣處理領(lǐng)域。
自從Dibble和Raupp*先研究二氧化鈦光催化材料降解三氯乙烯開始，許多科研工作者在降解VOCs氣體方面進行了大量的研究，并且已經(jīng)證實：光催化材料能夠處理一系列的有機污染物，包括烷烴、有機醇、芳香烴、含氯碳氫化合物等。今天就介紹一些關(guān)于光催化的知識。
一系列VOCs在相同測試條件下（即催化劑本身的性質(zhì)相同，包括相同的二氧化鈦粒徑尺寸、晶相、比表面積等；測試裝置及測試條件相同，包括均使用254nm紫外燈，相同氣體流速、相對濕度、氧含量、30min后的穩(wěn)態(tài)測試條件等），其濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如表1所示：
表1 系列VOCs氣體濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系
從表1可以看出：在相同測試條件下，在VOCs濃度400-600ppm區(qū)間內(nèi)，大多數(shù)VOCs氣體具有較高轉(zhuǎn)化率。然而，光催化降解異丙基苯、三氯乙烷、吡啶和四氯化碳的效率是不明顯的。
隨著系列VOCs氣體測試時間延長，光催化劑的降解效率均沒有發(fā)現(xiàn)明顯的下降，說明光催化材料在使用過程中沒有失活。但特別強調(diào)的是，隨著測試時間的延長，甲苯的轉(zhuǎn)化率降低為20.9%，原因在于光催化劑失活，失活原因在于光催化劑表面生成中間產(chǎn)物苯甲醛、苯甲酸和甲苯基苯甲酸等。
同時也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)O2濃度不足時，甲醇的轉(zhuǎn)化率在90min照射后降低到10%；而當(dāng)O2存在時，甲醇的轉(zhuǎn)化率一直保持在98%，所以甲醇的降解效率與O2濃度有很大的關(guān)系。
此外，光催化劑在相對濕度較低的情況下，紫外燈光照一段時間光催化降解效率顯著降低，原因在于羥基自由基在非均相反應(yīng)中不斷被消耗，需要大量的水補充羥基自由基的不斷消耗。
總之，由于VOCs氣體本身性質(zhì)的差異，在使用光催化對其進行降解時，其處理效果也有著很大的差異。另外，對采用光催化技術(shù)對VOCs氣體進行處理時，也應(yīng)該關(guān)注光催化設(shè)備的配置，包括光催化劑本身的性質(zhì)、紫外燈的陣列、濕度、溫度及氧氣濃度的控制等。
根據(jù)環(huán)亞環(huán)保在VOCs治理方面的經(jīng)驗來看，催化劑本身的性質(zhì)是至關(guān)重要的。催化劑的性質(zhì)除了影響光催化降解效率外，還會影響光催化反應(yīng)機理，如上面所提到甲苯在光催化過程中的中間產(chǎn)物不會出現(xiàn)在公司生產(chǎn)的光催化板上，公司的光催化板不會失活并且可持久有效。（來源于網(wǎng)絡(luò)）
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