多功能光催化反应器提高光催化效率

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、无二次污染和降解彻底的特点。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，多功能光催化反应器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。

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。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。

流化床的结构相对复杂，操作中需要满足压降小、高气速的要求，多功能光催化反应器过程不易控制，因此研究难度较大，报道得较少。然而，流化床可改善传质条件，提供光对颗粒的连续照射，提高催化剂表面积与反应器容积之比，可通过调节载体膨胀率提高光的透射率。与固定床的比较研究表明[15,16]，流化床比固定床能更好地实现反应物、催化剂与入射光的充分接触，提高光催化效率。并且，由于流化床极大的改善了污染物与催化剂的传质条件，比固定床更适合于处理较高浓度的有机废气。流化床的这些优点已逐渐引起了人们的注意，为使气固相光催化反应实现大规模的工业化应用，流化床光反应器的研制和开发势在必行，国内外已有不少研究人员投入了该项工作，并取得了不菲的成绩。