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光化學(xué)反應(yīng)儀的應(yīng)用方法

光化學(xué)反應(yīng)儀的應(yīng)用方法
那么下面上海金鵬分析儀器有限公司為大家簡單介紹一下關(guān)于光化學(xué)反應(yīng)儀的應(yīng)用方法:
光化學(xué)反應(yīng)器是近20年才出現(xiàn)的處理技術(shù)，在足夠的反應(yīng)時間內(nèi)通常可以將有機(jī)物完全礦化為CO2和H2O等簡單無機(jī)物，避免了次污染，光化學(xué)反應(yīng)器簡單效而有發(fā)展前途。由于以氧化鈦粉末為催化劑的光催化氧化法存在催化劑分離回收
的問題，影響了該技術(shù)在實際中的應(yīng)用，因此光化學(xué)反應(yīng)器固定在某些載體上以避免或更容易使其分離回收的技術(shù)引起了內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。
光化學(xué)反應(yīng)器技術(shù)的研究現(xiàn)狀
目前，內(nèi)外對光化學(xué)反應(yīng)器的研究主要有兩種。第種是非填充式固定床型的固定技術(shù)，它以燒結(jié)或沉積方法直接將催化劑沉積在光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)壁，進(jìn)行污水處理時以泵為動力，光化學(xué)反應(yīng)器使污水在污水槽與光催化反應(yīng)器之間循環(huán)回流，光催化反應(yīng)在反應(yīng)器里進(jìn)行。譬如，張彭義等人研究了苯甲酸類物質(zhì)的光催化降解，光化學(xué)反應(yīng)器其TiO2的固定方法如下
[1]：用兩個120W壓汞燈輻射鋁板，同時含有TiO2粉末的酸性懸浮液不斷循環(huán)流過被輻射的鋁板，光化學(xué)反應(yīng)器懸浮液中
的TiO2在紫外光和酸性條件的作用下沉積在鋁板上而形成固定膜。第種是填充式固定床型的固定技術(shù)[2]，光化學(xué)反應(yīng)器即將TiO2燒結(jié)在載體(如砂、硅膠顆粒、玻璃珠、玻璃纖維等)表面，然后將上述顆粒填充到反應(yīng)器里。此類固定技術(shù)雖可
增大光催化劑與液相的接觸面積(反應(yīng)速率比懸浮型光反應(yīng)器還要)，光化學(xué)反應(yīng)器但載體顆粒較小，還需進(jìn)行繁瑣的分離回收過程[3]。
光化學(xué)反應(yīng)器固定化技術(shù)研究
1、機(jī)理探討
有研究表明，光化學(xué)反應(yīng)器種類似于非填充式固定床型的催化劑固定技術(shù)，即布置于反應(yīng)器底部、載有TiO2膜的玻璃纖維經(jīng)過表面修飾(在TiO2表面擔(dān)載某些重金屬或金屬氧化物，光化學(xué)反應(yīng)器如Ag、Au、Pt、Pd、Nb、RuO2和Pt-RuO2等)能
提TiO2光催化活性?？紤]到采取此項技術(shù)進(jìn)行飲用水深度凈化時，金屬含量低則不起作用，光化學(xué)反應(yīng)器含量則使水中重金屬含量超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)，故筆者試圖從另角度，即提TiO2吸附能力方面來研究催化劑的固定化問題。
光化學(xué)反應(yīng)器活性炭因其比表面積大、吸附能力強(qiáng)及疏水性能好等點，直被廣泛應(yīng)用在水處理方面。筆者借助于活性炭這點來提固定催化劑的光催化降解性能，光化學(xué)反應(yīng)器即將TiO2粉末連同粉末活性炭起被固定在反應(yīng)容器內(nèi)壁，然后對自來水進(jìn)行深度處理試驗。作為對比，同時對純TiO2進(jìn)行了試驗。
為便于比較，光化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行了不同工藝條件下的試驗。種是以牛皮紙代替反應(yīng)器內(nèi)壁，將催化劑固定在牛皮紙
側(cè)，按所需催化劑用量將相應(yīng)大小的牛皮紙襯在反應(yīng)器內(nèi)壁進(jìn)行試驗。光化學(xué)反應(yīng)器另種直接以TiO2粉末為催化劑進(jìn)行試驗，處理后的水用0.45μm濾膜進(jìn)行抽濾。試驗裝置如圖1所示，光化學(xué)反應(yīng)器由玻璃制做，尺寸為6×56cm，容積為1582cm3，實際容積( 除去紫外燈)為1287cm3;石英紫外線**燈的功率為20W，光化學(xué)反應(yīng)器主波長為253.7nm，在本試驗條件下光
強(qiáng)E為3.90×103μW/cm2;氣泵的作用除進(jìn)行曝氣以促使TiO2在溶液中呈懸浮態(tài)以外，還空氣實際光化學(xué)反應(yīng)器是利用空氣中的O2為氧化劑作為電子接受體，防止電子和空穴的復(fù)合。
2、催化劑膜的制備
光化學(xué)反應(yīng)器試驗所需物品如下：TiO2(分析純);粉末活性炭(用140目細(xì)篩進(jìn)行分選，使其與TiO2粉末粒度基本致);
市售牛皮紙;玻璃膠;膠槍;刮膠板。先在牛皮紙的側(cè)均勻涂上薄層玻璃膠(目的是防水)，室溫下放置夜，光化學(xué)反應(yīng)器待其干燥后在另側(cè)亦涂
薄層玻璃膠，同時在其未干之前將定量TiO2粉末或摻有粉末活性炭的復(fù)光化學(xué)反應(yīng)器合催化劑盡可能多地均勻灑在其上，按壓使其粘牢，在室溫下放置晝夜，待其干燥后稱量剩余的粉末，從而計算出1cm2牛皮紙所具有的催化劑用量。
3、試驗結(jié)果及分析
光化學(xué)反應(yīng)器為便于比較，制備了三種催化劑膜，種是復(fù)合催化劑膜(TiO2/C)，其中TiO2與粉末活性炭的質(zhì)量比為3∶7，試驗時TiO2用量相當(dāng)于0.6g/L;光化學(xué)反應(yīng)器另種是純催化劑膜，試驗時TiO2用量相當(dāng)于1.2g/L;第三種是純炭粉膜
。從UVA(紫外吸光度)去除率來看，光化學(xué)反應(yīng)器反應(yīng)的前90min，TiO2/C膜于TiO2膜于單純紫外照射，然而120min時TiO2膜去除效果不及單純紫外照射。為分析原因，又做了兩組試驗，第組是光化學(xué)反應(yīng)器懸浮態(tài)光催化氧化法去除自來水中有機(jī)物的UVA去除率隨TiO2濃度的變化情況。試驗結(jié)果所示，光化學(xué)反應(yīng)器當(dāng)TiO2投量為2g/L時去除效果好。第組試驗為TiO2/C膜與1.2g/LTiO2懸浮液及2g/LTiO2懸浮液作對比.光化學(xué)反應(yīng)器TiO2濃度僅為0.6g/L的復(fù)合催化劑膜的去除效果相當(dāng)于TiO2濃度為1.2g/L懸浮液的去除效果。由此可見，復(fù)合催化劑膜中的粉末活性炭具有良好的吸附能力，光化學(xué)反應(yīng)器TiO2與其結(jié)合后光催化劑的催化性能有所提。在試驗中還發(fā)現(xiàn)，摻有粉末活性炭的TiO2膜其催化劑的附著性很強(qiáng)，在反應(yīng)中不會進(jìn)入溶液(其原因與炭粉的吸附性有關(guān))，光化學(xué)反應(yīng)器利用這特性制備附著性和催化性都很好的復(fù)合催化劑膜。然而同圖4曲線C相比，復(fù)合催化劑膜的UVA去除率遠(yuǎn)沒有達(dá)到TiO2投量時的去除效果(去除率仍相差近20%)?？偨Y(jié)可能的原因有三個：①光化學(xué)反應(yīng)器試驗時所用的復(fù)合催化劑膜的TiO2濃度為0.6g/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氧化鈦投量(2g/L);②光化學(xué)反應(yīng)器在復(fù)合催化劑膜中TiO2與炭粉之間定存在個比例，使者吸附與催化性能都能發(fā)揮至，而此次只對TiO2∶C為3∶7的復(fù)合催化劑膜進(jìn)行了試驗，因此不能肯定這比例即為比例;③光化學(xué)反應(yīng)器在催化劑膜的制備過程中，為除去膜表面未附著或附著不牢的粉末，先將其在自來水龍頭下沖洗數(shù)遍，又將其在自來水中浸泡過夜，光化學(xué)反應(yīng)器上述操作過程無疑使摻有粉末活性炭的催化劑膜吸附了些自來水中的有機(jī)物，在反應(yīng)過程中除了去除水中有機(jī)物外還要降解這部分吸附的物質(zhì)，光化學(xué)反應(yīng)器而這部分物質(zhì)并未計算在內(nèi)。由于上述原因復(fù)合催化劑膜并沒有達(dá)到TiO2投量時的去除效果，光化學(xué)反應(yīng)器但同純催化劑膜相比，復(fù)合催化劑膜仍具有明顯的勢，若解決上述問題(如增加復(fù)合催化劑膜中催化劑的附著量，光化學(xué)反應(yīng)器選擇個佳的TiO2與炭粉的比例)，則復(fù)合催化劑膜的去除效果是能夠達(dá)到TiO2投量下的去除效果的。為證實光化學(xué)反應(yīng)器摻有粉末活性炭的TiO2膜的降解速率有所提是否是單純活性炭所為，作了對比試驗;光化學(xué)反應(yīng)器在紫外線照射下單純活性炭膜的UVA去除率與單純紫外線照射并無多大區(qū)別，可見活性炭只有與TiO2聯(lián)合才能發(fā)揮者的吸附與催化性能。光化學(xué)反應(yīng)器與粉末活性炭聯(lián)合固定的TiO2膜其催化劑的附著性和去除效果均于純TiO2膜，光化學(xué)反應(yīng)器技術(shù)找到了更加理想的復(fù)合催化劑及其工程應(yīng)用的方法。
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