光催化反应器举例简介
光催化反应器举例简介反应器设计结业论文
天津大学
化工学院
09化工一班
王一斌
3009207018
随着现代工农业的发展，产生了大量污染物并随之释放到环境中去，其中存在大量有毒有害物质，严重影响了人类的正常生活与生产。多年来，研究人员采用了包括生物处理，化学处理，热处理，催化氧化，相转移和光解等方法应用于废水处理中。但目前这些方法，都存在着局限，而且处理费用太高。而光催化作为一种新型的污染处理技术自上个世纪70 年代出现以来，以其能完全降解环境中的污染物，加上费用相对较少，日益受到研究人员的重视。
在光化学处理有机废水的催化剂中，二氧化钛由于其化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高等优点被广泛运用。同时，光催化反应器作为反应的主体设备，其决定了催化剂活性的发挥和对光的利用等问题，而这两个因素直接决定了光催化反应的效率。一个成功的反应器必然体现了催化剂活性和光源利用的最优化组合。所以，光化学反应器的研制和开发作为光催化处理废水工艺中的重中之重，已成为研究的热点之一，本文对该方面研究给予了举例简介。
关键词：二氧化钛( TiO
) 光催化反应器废水处理
2
一，光催化反应机理
当能量大于催化剂（TiO 2等金属氧化物）禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子（矿），同时在价带留下空穴（矿）。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH 或H 2O 发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O 2发生作用生成HO 2·和O 2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。该过程可用如下反应式表示：
),(22+-=+h e TiO hv TiO
hv heat h e +=++-
?=++-HO h OH ads
+++?=+H HO h O H ads 2
?=+--22O O e
HO·能与电子给体作用，将之氧化，电子（矿）能够与电子受体作用将之还原，同时h +也能够直接与有机物作用将之氧化：
O H D D HO 2+?=+?+
--?=+A A e
++?=+D D h
二，光催化反应器的类型
利用TiO 2 作为光催化剂降解有机污染物已逐渐由实验研究转向实际应用的研究，光催化氧化法的大规模应用需要解决的主要技术问题是TiO 2 催化剂的固定化以及与之相应的结构简单、效率高、可长期稳定运行的反应器的设计。光催化反应器设计的问题远比传统的化学反应器的复杂。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。 催化剂只有吸收适当的光子才能被激活而具有催化活性，为了提供尽可能多的激活光催化剂，光反应器必须能提供可能大的催化剂表面积。 为了减少反应器的体积，还要求单位体积的反应器提供尽可能大的安装催化剂的空间。
最早出现的光催化反应器是为在实验室中进行研究而设计的，其结构简单，
操作方便。反应器主体为一敞开的容器，并置于磁力搅拌机上，反应液在荧光或紫外灯的照射下反应，灯与液面的距离可调，现在仍有许多研究者用这种反应器来评价催化剂的活性或进行污染物降解规律的研究。
2.1流化床光催化反应器
该类反应器以纯TiO2 或者是负载型TiO2 颗粒粉末为光催化剂，形成悬浮液，光催化降解效率高，但存在光催化剂的回收利用问题。一种是三相内循环流化床光催化反应器。反应器最里边的石英套管中放置紫外光源；中间是气、固、液三相升流区，外层是降流区；反应器底部安装环状曝气头，驱使流体夹带固体催化剂在两区之间循环流动。顶部放大段形成缓冲区，使气、固、液分离，处理后的上清液流出反应器。另一种是循环式浆态光催化反应器，其内置有石英套管，中心放置紫外灯，若将反应器的上、下循环口堵住，即形成普通鼓泡床式光催化反应器。与传统的搅拌式和鼓泡床式浆态光催化反应器相比，循环式光催化浆态床反应器能更好地改善催化剂和废水的混合效果以及提高光利用率，并与气流量关系不大，从而能更有效降解有机污染物。
2.2液膜型光催化反应器
该类反应器通过装置中的部件在光催化反应器内形成液膜，强化传质和光的吸收，提高光催化降解效率。一种是半圆形反应器，TiO2 粘结固定于转盘表面，转盘垂直放置于反应器的中部，一部分浸没在反应液中，一部分暴露于空气中。当转盘转动时，反应液被带到转盘上形成一层水膜，水膜的厚度可通过转速来调节。实验表明，光催化降解五氯酚( PCP )，反应350 h 后，PCP 的去除率可达90%。另一种是转筒式负载膜光催化反应器，将TiO2 负载在转筒内壁上，被处理液可在旋转的反应壁上形成厚度可调的薄层液膜，增加了催化剂、反应物和光子之间的接触面。结果表明，该反应器性能优良，在较宽的运行条件下皆能达到较高的染料脱色率，且拥有优于淤浆床光催化反应器的水处理能力。
2.3光催化与膜分离一体化反应器
悬浮液光催化反应完毕后经膜分离(如超滤、纳滤、微滤、渗析和膜蒸馏等)均能有效分离回收光催化剂颗粒，但由于采用膜分离，必然提高了处理成本。
2.3.1光催化与超滤一体化反应器
光催化超滤反应器，其光催化反应单元混合液出水被分为两部分：一部分回流到光催化反应单元中部，可起到减轻石英套管表面污染作用，保证紫外灯的透过率；另一部分混合液被泵压至超滤膜分离单元，纳米TiO2 浓缩液回流到光催化反应单元，出水从透过液出口流出。结果表明，光催化超滤反应器对染料酸性胡兰废水有很好的降解效果。
2.3.2光催化与渗析一体化反应器
新型结合膜与光催化的反应器(MPR )，试验所用膜由2种类型的模块组成，分别是由聚丙烯腈或聚砜制成的中空纤维和由赛璐玢制成的平板框。MPR 不但可以过滤粒子，还可以不用跨膜压力就将2-4二羟基苯甲酸从污水中分离。
2.3.3光催化与纳滤一体化反应器
悬浮型光催化纳滤膜反应器耦合聚酰胺复合纳滤膜，该纳滤膜能抵抗长时间连续操作过程中光催化剂悬浮体系对其所造成的冲蚀损害；每次使用后，纳滤分离膜通过用水反冲洗方式清洗，直至其清水膜通量恢复至初始值时止。处理H 酸
废水效果优良，130 min 可使污染底物彻底转化，矿化效率达70% 以上，较悬浮型光催化反应器缩短反应时间20 min，且大幅提高污染物矿化度。
2.3.4光催化与微滤一体化反应器
与光催化和其它膜分离形成独立两部分不一样，光催化微滤反应器可以分成独立的两部分，也可以是一个整体。一种陶瓷膜分离集成反应器由紫外灯、石英冷阱和陶瓷微滤膜组成，冷阱与紫外灯置于膜管内；膜的光反射作用使TiO2 光催化剂更易吸收紫外光。甲基橙光催化反应结果表明，体系中TiO2微粉的截留率达99. 9% ，反应一个周期后甲基橙脱色率达到10% ，高于圆柱式反应器，催化剂回收率高，且渗透通量基本稳定，光催化反应速率常数随着操作压力的增大而减小。
2.3.5光催化与膜蒸馏一体化反应器
一种采用光催化和膜蒸馏联合处理三种偶氮染料水溶液，有机物降解和分离同时同地进行可以缩小装置。处理5 h以后，无论TiO2用量多少，不影响透过通量，蒸馏液浊度类似于超纯水，TOC浓度、电导率和TDS 量分别不超过
s/
2.2μ和1. 4mg /L。由于膜蒸馏不会出现明显的膜垢，因此2.1?，cm
mg/
L
C
要优于其它加压膜分离(如微滤、超滤、纳滤等)过程。
2.4固定式填充复合床光催化反应器
该类反应器将光催化剂固定在容器壁或合适的载体上，然后将其固定在反应器中，避免了光催化剂的分离、回收及重复利用问题，但通常存在光催化剂量小及比表面小等问题。
2.4.1玻璃片式光催化反应器
固定式填充床光催化反应器由配水区、反应区、紫外光源等部分组成。在反应器中放置已负载TiO2薄膜光催化剂的普通玻璃片载体、石英螺旋圈载体和石英套管；紫外光源置于石英套管中。反应器底部设有水泵循环系统，以保证反应器中的水流混合均匀和光催化反应所需要的溶解氧。选择反应器合理的形状结构，有利于增加反应区的有效反应容积，可以较大的提高反应器的降解效率。
2.4.2石英管式光催化反应器
迷宫式光催化反应器由7根石英管组成，光催化剂被固载到石英管中，管的两端用铝箔包裹，而石英管安放到塑料管里。研究表明，该装置能够有效降解偶氮类染料酸性红18。
2.4.3平板式反应器
平板式反应器由两端带槽的硬有机玻璃制成，玻璃板上涂有TiO2粒子膜，它与水平面的夹角可以调节，玻璃片上方10 cm 处悬有紫外光源，液体通过溢流在方形板表面形成液膜，与被激活的光催化剂TiO2作用，达到降解的目的。光催化降解D iuron，污染物浓度迅速下降，最后达到完全降解。
2.4.4玻璃纤维式光催化反应器
一种以结构简单、光能利用率高的复合抛物面采光板为采光元件，以采用溶胶凝胶法负载在比表面大、化学性质稳定的玻璃纤维网上，制得高活性TiO2固定催化剂制作催化组件。由于固定化催化剂活性良好、装填结构合理，降解苯酚表观量子产率可以达到相同结构悬浆催化体系反应器的1 /2。
2.4.5弥散光纤式光催化反应器
一种基于弥散光纤负载的纳米TiO2光催化反应器，弥散光纤光催化表面积
(A )与反应容积( V)的A /V 比达到94 m - 1， 有效地提高了反应液与催化剂的接触面积，而负载催化剂的光纤体积只有反应液体积的1. 2%。光源的光则采用光纤方式导入，使光催化反应器具有优良的传光和传质性能。光催化降解4-氯苯酚， 光照15 h 后，降解率达到95% 。该反应器还可利用效率高的点聚焦方式直接利用太阳能进行光催化降解。
2.5光催化与磁性分离反应器
磁性负载易分离纳米T iO2的光催化反应器，采取间歇式处理方式，在处理水过程中，线圈没有通电，在曝气的作用下，催化剂能较均匀地分散在溶液中与有机物充分接触。处理完后通电，线圈周围会产生强磁场，磁性基体负载催化剂沉积在容器底部，通过出水口排放处理完的溶液。结果表明，该光催化反应器对甲基橙有机废水的处理效果良好。
三，举例计算
现以流化床式反应器为例进行计算说明，如图
图1循环式浆态光催化反应器
1. 气体流量阀；
2. 气体分布器；
3. 三通阀；
4. 循环式浆态光催化反应器；
5. 悬浮液；
6. 石英玻璃管；
7. UV 灯； 8. 过滤器； 9. UV 灯末端； 10. 样品阀
3.1起始流化速度
当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时， 床层中的颗粒开始流动起来， 此时流体的流速称为起始化速度， 记作mf U 。起始流化速度mf U 仅与流体和颗粒的物性有关。
μρρ1650/)(2g d U p p mf -=
式中 p d 为颗粒的平均粒径；ρρ，p 分别为颗粒和流体的密度；μ为流体的粘度。
3.2颗粒的带出速度
如床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等于流体对颗粒的曳力）时， 颗粒开始从床内带出， 此时流体的速度称为颗粒的带出速度， 记作t U ， 对于t U 相应的计式为
[]p p t d g U 3/122225/)(4ρμρρ-=
3.3操作速度和流化数。
操作速度0U 即表示流化床在正常操作时流体的速度， 一般t mf U U U ≤≤0而流化数ω表示操作速度和起始流化速度之比， 即mf U U /0≡ω对于一般的流化床，
105.1-=ω， 但对于有些流化床ω可达几十甚至几百。流化床操作速度0U （或流化数ω）。的大小选择原则是过程为效应不大， 反应速度慢， 催化剂粒度细， 筛分宽， 床内无内部构件和要求催化剂带出量少的情况， 宜选用较低的气速， 反之， 则宜用较高气速。
3.4床层的膨长比R
床层的膨胀比R 为床层正常流化时床层高度f H 与床层处于起始流化状态时
的床层高度mf H 之比， 即
[]114.00)01.0(67.01/517.0U R -=
3.4床层壳体的设计
3.4.1床径T D 的确定
当生产能力（单位时间内反应气体积流量V ）， 给定后， 根据过程特点选定流化数ω（或0U ）。则床层的壳体直径T D 由下式给出
2/104???? ??=U V D T π
计算所得的T D ， 再根据设备的公称直径标准加以园整。
3.4.2床层流化高度f H 的确定
正常流化的床层高度f H 由mf f RH H =得， 或由经验由粗、细颗粒的R 值范围取值。关于f H ， 如无， 则可用静床高0H 替代。
3.4.3扩大段(自由沉降)直径D 的确定
如颗粒回收需要在床层上部加扩大段作为自由沉降(或称自由空间)段， 则其直径D 由最大颗粒的带出速度t U 确定， 得
2/1)/4(t U V D π=
3.4.4分离高度T ，D ，H 的确定
计算流化床自由空间的分离高度的计算式虽较多, 但相互误差较大, 一般可用下图求得。该图虽由流化床催化裂化（FCC ）颗粒测得, 但对其他体系也可借用。
结语
通过这次对光化学反应器的研究，我对化工尖端科学有了自己的认识，同时发现了自己身上的不足之处，如：基础知识不够牢固，对化工设计的整体把握不足，计算能力不够强等。整体收获颇大，如：光化学反应器的优势是无毒，低能耗，设备简单，成本低等。此次设计将对我以后的化工研究之路产生巨大意义。
针对反应器设计这门课程，我十分感谢王富民老师，您讲课风趣幽默，富有启发意义，在听您讲课的过程中，我发现了自己的学习上的不足，不仅如此，老师的讲课还给我做人上很多启发，我十分喜欢上王富民的课。
也许是人无完人，希望老师上课声音更大一点，声音清楚点，这样就更好了！
参考文献
【1】谢翼飞李国欣李旭东《TiO2光催化反应器处理废水的研究现状与进展》
【2】沈伟韧赵文宽贺飞《TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用》化学进展1998年第四期
【3】史载锋任学昌孔令仁《Ti02光催化膜反应器的实验研究》环境科学研究第19卷第2期
【4】邢核王怡中《多相光催化水处理技术发展过程中反应器研究的现状及发展趋势》环境科学第22卷第4期
【5】肖志英《流化床反应器设备设计计算》
【6】杨学灵, 徐悦华《实用型TiO2光催化反应器的研究》应用化工第38卷第1期
【7】刘秀华傅依备许云书钟志京《水处理中多相光催化反应器的研究进展》催化学报第26卷第5期
光催化氧化反应器的工业化应用
《光催化氧化反应器》在工业污水的应用： l洗涤剂生产行业废水处理及废水处理后的回用工程；污水及工业废水深度处理（对现有污水处理后氨氮、COD不达标的系统，利用光催化氧化后实现达标排放和回收利用） l主要适用行业：洗衣粉、洗涤剂及表面活性剂等有机精细化工生产行业； l洗涤行业等用洗涤剂清洗洗涤行业的废水回用； l食品、制药等有机污染废水的治理工程； l有机废水处理及无膜中水回用工程； 《光催化氧化反应器》处理有机废水与传统工艺相比的优势： 1、设备占地面积小、反应停留时间短； 2、处理成本低，可根据后续处理的要求调整转化率或处理量； 3、可任意与其他工艺组合；作生化的前处理，改善难降解有机物的可生化性；或作有机废水处理后水质不达标的深度处理，以满足达标排放或回用。 4、运行维护成本低，不需要投加其他任何化学药物及更换催化剂； 一、光催化氧化反应器(在工业废水处理中的应用) 目前用于广州立白集团番禺公司480立方/天高浓度洗涤剂（LAS）废水处理工程.对洗涤剂（LAS）处理的平均去除转化率:90%.
本公司独有专利技术(专利号：ZL200720119600.5)，有效实现了光催化氧化技术的工业化应用。主要用于各种难降解的有机污染废水废液的深度处理，特别是对高含量的有机废水富含表面活性剂(LAS)、COD以及其他有机污染物的处理，具有很好的去处效果。去除率在90%以上，分解后的产物为水和二氧化碳，不会产生二次污染问题；整套装臵集氧化分解及除臭功能为一体。 广州立白（番禺）有限公司日处理480M3/日洗衣粉废水工程，是我公司《光催化氧化分解表面活性剂》专利技术第一次用于工业化应用的成功范例；也是国内真正实现光催化氧化工艺在污水处理方面成功进行工业化应用的首例。对洗衣粉行业的废水具有划时代的意义！洗衣粉制造行业都知道，洗衣粉废水处理的最大问题是：废水表面活性剂浓度高时，会严重影响生化效果，并造成生物菌种死亡，在生化瀑气池泡沫满天飞，不得不将生化池用致密的网罩于池上，以防止对环境的影响。 立白集团广州立白（番禺）有限公司日处理480M3/日洗衣粉废水工程，于2009年4月正式投入运行，原预算该项目投入运行后吨水综合处理成本将增加1.8元/吨。在半年的实际运行中，其运行成本的变化完全出乎预料，其污水处理总体综合成本不但没有增加1.8元/吨，反而比原来没有改造前降低了0.2元/吨。这是一个意外而可喜的结果。最后从立白公司废水处理站操作及管理人员处得到答案。原处理系统设计能力为20吨/小时，由于增加光催化氧化设备后，大大
光催化氧化反应器设计综述
光催化氧化反应器设计综述 摘要：文章通过废水中有机物的降解问题引出光催化氧化降解有机物技术，再从技术问题引入更深层次的问题即如何提高降解效率，进而引出本文主题—光催化氧化反应器设计。文章详细叙述了反应器的结构形式及几种不同类型反应器的优点和缺陷，以及研究现状。 关键词：光催化氧化；反应器 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。富含洗涤剂（LAS）、COD、BOD、含氮、磷等的有机物的污水本身具有一定的毒性，对动植物和人体有慢性毒害作用，还会引起水中传氧速率降低，使水体自净受阻，从而使水体变色发臭。所以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[1]。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[2]。 1 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[3]。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[4]。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[5]。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。 Geisen 等[6 ]针对典型化合物二氯乙酸(DCA) 的降解分别进行了悬浮式TiO2和固定式TiO2液膜反应器( Flow-Film Reactor ，FFR) 研究，结果表明：与固定式催化剂反应系统相比，悬浮式系统能够获得更高的DCA降解率,达到了固定式系统的3倍，这是因为催化剂的固定限制了传质和降低了光催化活性。因此，如果能够通过固/ 液分离技术实现TiO2颗粒与处理水的分离及回收利用,那么悬浮式反应器将比固定式反应器有着明显的优势。为此，Xi等[7 ]采用带有斜板和不带有斜板的沉淀池及微滤膜继续进行了悬浮催化剂的分离研究:当进水的催化剂浓度> 5 g/ L、pH 在零电荷点附近时，通过沉淀作用可以对Degussa P 25 TiO2实现
关于三元催化转化器
关于三元催化转换器 <一>．三元催化转化器： 1.什么是三元催化转化器：三元催化转化 器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净 化装置，是目前汽油机中使用最广泛，最成熟 有效的有害排放物控制措施。它可将汽车尾气 排出的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和(NO x ) 等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的 二氧化碳(CO 2)、水(H 2O)和氮气(N 2)。由于这种 催化转化器可同时将废气中的3种主要有害物 质转化为无害物质，故称三元。 2.结构 3.工作原理：废气通过净化器的通道时,三 种有害气体的活性增加，活化能降低。一氧化碳 (CO)和碳氢化合物(HC)就会在催 化剂铂(Pt)、 钯(Pd)、铑(Rn)的作用下, 与空气中的氧发生氧 化反应产生无害的水(H 2O)和二当汽车氧化碳(CO 2), 而氮氧化合物(NO x )则在 催化剂铑(Rn)的作用下被还原为无害的氧气(O 2)和氮气(N 2)。 4.化学反应方程式： 氧化反应： 2CO+O 2→2CO 2 CO+H 2O →CO 2+H 2 2C x H y +(2x+0.5y)O 2→yH 2O+2xCO 2 还原反应： 2NO+2CO →2CO 2+N 2 2NO+2H 2→2H 2O+N 2 C x H y +(2x+0.5y)NO →0.5yH 2O+xCO 2+(x+0.25y)N 2 其他（有关水蒸气的反应）： C x H y +xH 2O →xCO+(x+0.5y)H 2 CO+H 2O →CO 2+H 2
H 2+0.5O 2 →H 2 O 总体上是个放热反应，因此催化转化器出口的温度应至少高于进口温度20%左右。 5.三元催化转化器的优劣： 优点：三元催化转化器的性能稳定、质量可靠、寿命长，净化效率非常高，可以净化90%以上的有害物质。可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质。 缺点：只能适用于无铅低硫汽油做燃料的汽车,价格并不低廉，清洗麻烦。 6.三元催化转化器的工作条件问题： ○1.空燃比：混合气中空气与燃料之间的质 量的比例。一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气 的克数来表示。 右图表示了混合气浓度与三元催化转换器中 三种有害排放物的转换效率的关系。由图中可 见，只有在接近理论空燃比（14.7）的狭窄范围 内，对CO、HC、NO x 这三种有害排放物才能都有 高的转换效率。因此使用三元催化转化器时，应 将混合气浓度严格控制在理论空燃比附近（过量空气系数a=1）。 ○2.排气温度：废气从发动机排气口排出时的温度。 三元催化剂最低要在350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度( 最佳的工作温度) 是400℃到800℃左右，超过900℃也会使催化剂老化急剧加剧。 由于发动机刚启动时，排气温度较低，要尽快将温度升高至最佳工作温度，因此三元催化转化器的安装位置一般尽量靠近排气管的入口。为保证较高的排气温度以改善转换效率，还可以安装 一较小的前置三元催化转换器，采用电加 热以及喷入部分燃油等。 但是，一般汽油发动机正常工作时， 排气口温度能达到700℃，再加上转化器 内部反应等情况，很有可能超过最佳工作 温度，减少使用寿命。因此排气温度也要 严格控制。 7.点火提前角对尾气温度的影响：
光催化材料的项目报告书
项目报告书
光催化材料的研究概况 摘要： 光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保新技术．它在去除空气中有害物质,废水中有机污染物的光催化降解,废水中重金属污染物的降解，饮用水的深度的处理，除臭，杀菌防霉等方面都有重要作用，但是作为新功能材料，它也面临着很多局限性：催化效率不高，催化剂产量不高，有些催化剂中含有有害重金属离子可能存在污染现象。但是我们也应当看到他巨大的发展潜力和市场利用价值，作为处理环境污染的一种方式，它以零二次污染，能源消耗为零，自发进行无需监控等优势必将居于污染控制的鳌头。本文主要综述了光催化反应基本原理、新型光催化材料开发策略及研究进展。分析了提高光催化材料量子效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性，展望了该领域的未来发展方向。 关键词：光催化原理、光催化材料、研究与开发 正文：光催化的由来 早在1839年，Becquerel 就发现了光电现象，然而未能对其进行理论解释。直到1955年，Brattain和Gareet 才对光电现象进行了合理的解释，标志着光电化学的诞生。1972年，日本东京大学Fujishima和Honda研究发现，利用TiO2单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去40年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果 光催化材料 光催化材料是指在光作用下可以诱发光氧化一还原反应的一类半导体材料。世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。 例如光催化净化空气： 图表1 光催化涂料 光催化材料对净化空气具有以下功效： 具有光催化降解甲醛、苯、氨等有害气体的功效。 具有抗污、屏蔽紫外线功效。
光催化反应器的设计
光催化反应器的设计 摘要 光化学反应过程由于具有选择性好且可在常温常压下进行等特点而在许多领域有着良好的应用前景。其中光催化技术作为一种真正环境友好的绿色技术，既可以在能源领域应用，将低密度的太阳能转化为可储存的高密度的洁净能源氢能；也可在环境领域应用，利用光能降解和矿化环境中的有机和无机污染物。光催化反应器作为光催化技术的核心设备，在光催化技术的应用中具有十分重要的地位。本文介绍了光催化反应的相关内容，并以FCC汽油光催化脱硫工艺为例，对实际情况作合理简化，建立了光催化反应器的数学模型。 关键词：光催化、反应器、数学模型。 1、前言 1.1 光化学反应工程 光化学反应是指在外界光源的照射下所发生的化学反应过程。[1]光化学反应器作为光化学生产中的关键设备，其性能优劣对于光化学反应过程的应用有十分重要的作用。因此，从工程应用的角度出发，研究光化学反应器的特性、模拟、设计、放大等问题已引起重视，并逐渐发展成化学反应工程学的一个新的分支—光化学反应工程。 与一般反应器相比，光化学反应器的设计与开发有很大的差异。光源的种类，光子的传播、吸收、发射及光化学反应器的几何形状，与光源间的相互位置等均会对光化学反应过程产生直接影响。[2] 1.2 光化学反应器类型 与普通的化学反应器一样，光化学反应器也可以按不同的方法分类。如按操作方式的不同可分为连续式和间歇式；按反应器内包括的流体的相数不同可分为均相和非均相；按反应器内流体流动状况可分为全混流、部分返混、活塞流等。然而，对于光化学反应器，除了操作方式、流动状况等会对其性能造成影响，更能反映光化学反应器特征并直接影响光化学反应器性能的则是光源种类、反应器几何形状及反应器与光源间的相互位置。[3]这些因素的不同组合就构成了不同类型的光化学反应器。光化学反应器可以有许多变化方式，大体可分为均相和非均相两大类。[4] 光化学反应器的选型包括光源、透光材料、反应器几何形状的确定等几个方面。光化学反应过程一般均需要紫外或近紫外光，当反应需要紫外光时，只能选择石英为透光材料。如反应可在近紫外光照射下进行，则可选用硼硅玻璃。[5] 1.3光催化反应器 1.3.1 光催化反应器的研究现状 最早出现的光催化反应器是为在实验室中进行研究而设计的，其结构简单，操作方便。反应器主体为一敞开的容器，并置于磁力搅拌机上，反应液在荧光或紫外灯的照射下反应，灯与液面的距离可调，现在仍有许多研究者用这种反应器来评价催化剂的活性或进行污染物降解规律的研究。[6] 目前应用较为广泛的光催化反应器是一种间歇式分批反应器它的特点是采用纳米TiO 2粉体形成的悬浆体系。但悬浆体系最大的问题是TiO 难以回收，要将催化剂粉末颗粒从流 2 动相中分离出来，一般需经过滤、离心、混凝、絮凝等方法，因而反应器只能为间歇式分批反应器，即每处理一批就要进行一次分离，使处理过程过于复杂，还增加了经济成本。因此，将催化剂固定在载体上，制成负载型光催化反应器已成为主要的研究方向。将TiO 负载后 2 可将其作为固定相，待处理废水或气体作为流动相，一般不存在后处理问题，可实现连续化处理，便于设计出各种实用化、商品化、工业化的光化学反应器。[7]
三元催化剂常识
结构：三元催化反应器类似消声器。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。 净化剂：净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。 三元催化反应器的工作原理是：发动机通过排气管排气时，CO、HC、和NOx三种气体通过三元催化反应器中的净化剂时，增强了三种气体的活性，进行氧化----还原化学反应。其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳（CO2）气体。HC化合物在高温下氧化成水和（H2O）和CO2 。NOx还原成氨气（N2）和（O2 ）。三种有害气体变成无害气体，使排气得以净化。 凡是性能较好的三元催化器及其催化剂大多为铂(Pt)、钯(Pd)、铑、(Rn)等稀有金属制成，价格昂贵。 为了充分发挥三元催化器的降污效率，防止早期损坏失效，在汽车使用中应注意以下几个方面： 1、装有三元催化器的汽车，不能使用含铅汽油，尤其到外地加油时一定要注意，因为含铅油燃烧后，铅颗粒随废气排经三元催化器时，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用面积减少，从而大大降低催化器的转换效率，这就是常说的的“三元催化器铅中毒”，经验表明即使只使用过一箱含铅汽油，也会造成三元催化器的严重失效，所以这一点广大车主一定要多加注意。 2、应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右，最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度，而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产生化学变化，从而使催化器内的有效催化剂成分降低，使催化作用减弱。 催化器降低碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)这两种有害物质是通过在催化器内部进行燃烧使其转化为水(H2O)及二氧化碳(CO2)而实现的，而这种反映会产生热量，发动机工作正常情况下，这两种成分的含量适当，燃烧所产生的热量会使催化器保持在最佳工作温度附近，而发动机工作出现异常时排气中这两种成分的含量远远超过正常情况。 因此，燃烧所产生的热量有很大可能将使催化器温度超过工作上限，从而伤害到催化剂，使催化器损坏。因此，在车辆使用过程中要注意以下几种情况：(1)过久的怠速空转；(2)点火时间过迟；(3)个别缸失火不工作；(4)喷油正常但启动困难；(5)混合气过浓；(6)发动机烧机油等。 以上这些现象都会造成三元催化剂的过早损坏和失效，出现这些现象应尽快去维修厂排除故障。 3、行驶应特别注意不要“托底”，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞。
光催化材料080804210
光催化材料的研究概况 目前，人类使用的主要能源有石油、天然气和煤炭三种。根据国际能源机构的统计，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年。值得注意的是，中国剩余可开采储蓄仅为1390亿吨标准煤，按照中国2003年的开采速度16.67亿吨/年，仅能维持83年。中国石油资源不足，天然气资源也不够丰富，中国已成为世界第二大石油进口国。因此，开发新能源，特别是用清洁能源替代传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，保护环境改善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。中国能源发展方向可以锁定在前景看好的五种清洁能源: 水电、风能、太阳能、氢能和生物质。 太阳能不仅清洁干净，而且供应充足，每天照射到地球上的太阳能是全球每天所需能源的一万倍以上。直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、直接、有效的方法。 光催化就是利用太阳能的一种新技术。它不仅可以直接分解水、环境中的有毒有害物质，还可以直接将太阳能转化为电能与化学能(如氢能)等清洁能源。对于从根本上解决环境污染和能源短缺等问题具有重要意义。下面，从光催化材料的几个方面来简述其研究概况。 一、光催化材料的基本原理 半导体光催化材料大多是n型半导体材料，都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构，即在价带和导带之间存在一个禁带。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子和空穴。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。 为例，揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的以TiO 2 影响机制；采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可
光催化氧化技术在水处理中的应用
光催化氧化技术及其在水处理中的应用 摘要：介绍了光催化氧化的机理及光催化氧化反应的主要影响因素，就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在工业废水以及饮用水处理中的应用进行了阐述。 关键词：光催化氧化Ti02光催化剂水处理 1 引言 光催化氧化法是近二十年才出现的水处理技术，1972年，Fu—jishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水的氧化还原反应，标志着光催化氧化水处理时代的开始。1976年，Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点[1]，在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术，对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。 2 光催化氧化原理 光催化氧化还原以n型半导体为催化剂，如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3等。TiO2由于化学性质和光化学性质均十分稳定，且无毒价廉，货源充分，所以光催化氧化还原去除污染物通常以TiO2作为光催化剂。光催化剂氧化还原机理主要是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成“电子—空穴”对，对吸附于表面的污染物，直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的羟基OH-，生成强氧化性的羟基自由基（OH）将污染物氧化[2]。当用光照射半导体光催化剂时，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度,则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，产生光致电子和空穴。水溶液中的OH- 、水分子及有机物均可以充当光致空穴的俘获剂，具体的反应机理[3]如下（以TiO2为例）： TiO2 + hν→h+ + eh++ e- →热量 H2O →OH- + H+ h+ + OH-→OH h+ + H2O + O2- →·OH + H+ + O2- h+ + H2O →·OH + H+ e- + O2 →O2- O2- + H+ →HO2· 2 HO2·→O2 + H2O2 H2O2 + O2- →OH + OH- + O2 H2O2 + hν→2 OH Mn+(金属离子) + ne+ →M 3 光催化氧化反应的主要影响因素 3.1催化剂性质及用量 可用于光催化氧化的催化剂大多是金属氧化物或硫化物等半导体材料，如TiO2、ZnO、CeO2、CdS、ZnS等.在众多光催化剂中，Ti02是目前公认的最有效的半导体催化剂，其特点有：化学性质稳定，能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分，氧化还原性极强，耐酸碱和光化学腐
三元催化器的组成及结构图
三元催化器的组成及结构图 随着人类工业文明的发展，对环境的破坏日益严重，大气的污染也日益加剧。人们逐渐认识到，汽车的尾气是重要的大气污染源，因此对汽车尾气的治理就成了汽车行业的一个亟需解决的问题。通过对汽车尾气的分析，发现其中的CO、HC和NOx是污染大气最严重的物质，所以，汽车尾气的治理越来越重要，催生出了汽车尾气净化装置，三元催化器是汽车尾气净化装置的主要组成部分。它可以极大的降低尾气对大气的污染程度。 三元催化器是对汽车及其它发动机固定污染源进行排气净化处理的主要部件。它采用铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）三种贵金属作为催化剂对排气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物进行氧化和还原处理，生成二氧化碳、氮气以及水，从而达到净化的结果。其净化效率十分高，可以净化90%以上的有害物质。随着人们对环境的关注程度的提高，各个国家及地区都制定了越来越严格的排放法规，该部件在排放后处理方面起着举足轻重的地位。 三元催化器一般由壳体、减振层、载体和催化剂涂层4部分组成。 壳体由不锈钢材料制成，以防氧化皮脱落造成载体的堵塞。减振层的材料一般是膨胀垫片或钢丝网垫，起密封、保温和固定载体的作用，以防止振动、受热变形等原因对载体造成的损害。膨胀垫片由膨胀云母、硅酸铝纤维和粘接剂组成。 膨胀垫片在第1次受热时体积明显膨胀，而在冷却时只是部分收缩，这样就使壳体与载体之间的缝隙完全胀死和密封。 催化器载体一般为蜂窝状陶瓷材料，也有少数用金属（不锈钢）材料。三玩催化器的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料---石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂 净化剂：净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形多棱体形和网状隔板等。 催化剂涂层：主要为Pt（铂）、Rh（铑）、Pd（钯）和助催化剂CeO2（二氧化铈）、氧化
光催化材料研究进展概要
光催化材料研究进展 20 世纪以来, 人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便 的同时, 也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果, 环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要, 污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题。在各种环境污染中, 最普遍、最重要和影响最大的是化学污染。因而, 有效的控制和治理各种化学污染物是环境综合治理的重点, 开发化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。目前使用的具有代表性的化学污染物处理方法主要有: 物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。这些方法对环境的保护和治理起重大作用, 但是这些技术不同程度的存在着或效率低, 不能彻底将污染物无害化, 产生二次污染, 或使用范围窄, 仅适合特定的污染物而不适合大规模推广应用等方面的缺陷[1]。光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术, 特别适用于生化、物化等传统方法无法处理的难降解物质的处理。其中TiO 2、ZnO、CdS、WO 、Fe 2 O 3等半导体光催化技术因其可以直接利用光能而被许多研3 究者看好[2]。 1.1 TiO 2光催化概述 1.1.1 TiO 2的结构性质 二氧化钛是一种多晶型化合物,常见的n型半导体。由于构成原子排列方式不同,TIO2在自然界主要有三种结晶形态分布:锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。三种晶体结构的TIO2中,锐钛矿和金红石的工业用途较广。和锐钛矿相比,金红石的原子排列要致密得多,其相对密
度、折射率以及介电常数也较大,具有很高的分散光射线的能力,同时具有很强的遮盖力和着色力,可用作重要的白色涂料。锐钛矿在可见光短波部分的反射率比金红石型高,普遍拥有良好的光催化活性,在光催化处理环境污染物方面有着极为广阔的应用前景[3]。 1.1.2TiO2光催化反应机理 半导休表面多相光催化的基本原理:用能量高于禁带宽度(Eg)的光照射半导体表面时,价带上的电子被激发,跃迁到异带上，同时在价带产生相应的空穴,这样就半导体内部生成电子(e-)—空穴（h+）随后,.电子-空穴对迁移到粒子表面不同位置、与吸附半导体表面的反应物发生相应的氧化或还原反应,同时激发态的二氧化钛重新回归到基态。与电荷分离相逆的是电子-空穴对的复合过程,这是半导体光催化剂失活的主要原因。电子-空穴对的复合将在半导体体内或表面发生,并释放热量。 1.1.3 TiO2催化剂的局限及改性途径 作为光催化剂,虽然二氧化钛具有其他催化剂难以比拟的无毒、价廉以及稳定等优点。但是目前二氧化钛光催化还存在着一些不足和局限,致使其不能再现实中得到大规模应用。究其原因,主要在于二氧化钛催化剂对太阳光的利用率不高并且其量子产率太低。锐钛矿相和金红石相二氧化铁的带隙分别为3.2eV和3.0 eV,对应的吸收阈值分别为420nm和380nm。它们所吸收的光的波长主要集中在紫外区,而在照射到地球表面的太阳光中,紫外光部分所占的比例还不到5%。从利用太阳能的角度来看,二氧化钛对太阳光的利用率较低,因此,如何缩
三元催化反应器的结构和工作原理
三元催化反应器的结构和工作原理 三元催化反应器类似消声器。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。净化剂：净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。 三元催化反应器的工作原理是：发动机通过排气管排气时，CO、HC、和NOx三种气体通过三元催化反应器中的净化剂时，增强了三种气体的活性，进行氧化----还原化学反应。其中CO在高温下氧化成无色、无毒的二氧化碳（CO2）气体。HC化合物在高温下氧化成水和（H2O）和CO2。NOx还原成氨气（N2）和（O2）。三种有害气体变成无害气体，使排气得以净化。凡是性能较好的三元催化器及其催化剂大多为铂(Pt)、钯(Pd)、铑、(Rn)等稀有金属制成，价格昂贵。为了充分发挥三元催化器的降污效率，防止早期损坏失效，在汽车使用中应注意以下几个方面： 1、装有三元催化器的汽车，不能使用含铅汽油，尤其到外地加油时一定要注意，因为含铅油燃烧后，铅颗粒随废气排经三元催化器时，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用面积减少，从而大大降低催化器的转换效率，这就是常说的的“三元催化器铅中毒”，经验表明即使只使用过一箱含铅汽油，也会造成三元催化器的严重失效，所以这一点广大车主一定要多加注意。 2、应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右，最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度，而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产生化学变化，从而使催化器内的有效催化剂成分
10_典型的光催化反应器
典型的光催化反应器 光催化是废水净化的一个很有前途的技术，因而引起了国内外的重视，已经有了二十多年的经验积累，在光催化降解有机污染物、光催化剂的改性等方面受到了广泛的关注，有关光催化氧化法在水污染治理方面应用研究的报道很多，而在反应器的设计和选材也有一些相关的报道，但涉及到光反应器应用的报道较少。在光催化反应中，反应器的材料、结构、形状、光源的几何位置等很多因素对光催化反应速率有很大的影响。气相光催化反应器的设计有静态配气和动态配气的两种，种类和相关的研究较少，所以下面着重介绍液相光催化反应器的结构、种类和影响因素。 影响光催化反应器效率的因素很多，如光源(光源强度、波段与光照方式)、催化剂性质(催化剂粒径、类型与载体)、废液的外加氧化剂(如O2 ,H2O2,O3等)、待处理废水性质(废液的初始浓度组成、pH值、抑制物含量)、温度、废液的流动力学特征、停留时间等因素对反应器的最佳运行都有影响，反应器的整体设计要综合考虑这些因素。 1.光源 用于光催化的光源有电光源和太阳光源。电光源有高压汞灯、荧光灯、黑光灯、氨灯等。光源的选择、布置及使用既要考虑效能又必须考虑经济性，因此，在设计光催化反应器时，要综合考虑各方面的影响因素。过去，更多研究放在电光源上，使用的光波多限于光谱紫外区。太阳光源是经济又环保的光源，开发出利用太阳能的光催化反应器一直是研究者追求的目标，但是由于在光催化反应中，太阳光的利用率很低，因此这类反应器的成功开发和真正实现工业应用目前还有很大难度，需要解决催化剂改性等许多方面的技术问题。 光源波长、光强及光源几何位置对催化反应有至关重要的影响，一般情况下，光源波长越短，效率越高;在同等波长的条件下，光强越高，效率越高，但并非线性相关的。一般在低光强时，有机物降解速度与光强呈线性关系，高光强时，降解速度与光强的平方根存在线性关系。 光线的照射方式可分为直接照射和直接一反光结合照射，后者的使用更能充分利用光能。光源与废水、催化剂的位置对光转化效果有重要的影响，研究结果表明，催化剂处在废水中时，在光源与催化剂之间的液层会吸收光、散射光，从而使催化剂的光吸收减弱。因此，浸在液体中的负载催化剂应尽量靠近液体的近光面，减少光吸收障碍。 2.催化剂在应用中的存在形态 催化剂在光催化反应器中有两种存在形式，即悬浮态和固定态。在悬浮相光催化过程中，催化剂以悬浮态存在于水溶液中，与污染物接触面积大，但催化剂在溶液中容易凝聚且回收困难，不适合规模操作。催化剂以固定态存在时，负载在载体上，这样虽然可避免催化剂的分离和回收过程，但仅部分催化剂的面积有效地与液相接触，活性降低。催化剂制备或选择载体要考虑多种因素影响，应尽量满足(1)吸光性能强。(2)催化剂粒径小，比表面积大。(3)不易中毒，能保持催化剂有高活性。(4)吸附反应物及反应后易于固液分离。(5)载体与催化剂结合牢固，抗冲击、耐腐蚀。 负载型催化剂所使用的载体要求透光性好，与催化剂结合较牢固，易于分散，不影响传质等。可选形状有颗粒型、管型、丝网、平板型和转盘型等。颗粒型载体一般有玻璃球、硅胶、砂石、活性炭、沸石等。 3. 光催化反应器材料 要保证光催化反应的顺利进行，最首要的条件之一是光催化反应器的材料必须透光性能好，尤其是对催化反应所需波长范围的光的透过率要好。一般光催化反应利用紫外光，所以要使用对紫外光不吸收或吸收很少的材料，很多人选用石英玻璃。石英玻璃是高纯单组分玻璃，具有优良的热，光，电和机械性能，耐腐蚀，对大多数物质是稳定的，包括除氢氟酸以
光催化材料的基本原理
二，光催化材料的基本原理 半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。 高效光催化剂必须满足如下几个条件：（1）半导体适当的导带和价带位置，在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能，在光解水应用中，电位必须满足产H2和产O2的要求。（2）高效的电子-空穴分离能力，降低它们的复合几率。（3）可见光响应特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红移，但效果还不够理想。因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是，现在的研究状况还不尽人意。 三，光催化材料体系的研究概况 从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物 氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，
Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。 硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等 氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb／Ｎ等体系 磷化物：研究很少，如ＧaＰ 按照晶体/颗粒形貌分类： （1）层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 **钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9
光催化氧化法简介
光催化氧化法简介 光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O 等简单无机物，避免了二次污染，简单高效而有发展前途。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。 在我国工业废水中，印染废水因其有机物含量高、色度深、水质复杂、排放量大而成为难处理的工业废水之一。印染废水中含有大量卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类及各种染料等有机物，主要来自纤维、纺织浆料和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。其COD浓度达数千至数万mg/L，色度也高达数千至数万倍，可生化性差，很多废水还含有高浓度无机盐：如氯化钠、硫化物等，严重污染水环境。国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差，出水难以稳定达到国家规定的排放标准。光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，实验证明，此方法对印染废水有较好的处理效果。当进水COD Cr为1300 mg/L左右，色度为800倍时，经本法处理的废水，出水COD Cr达188 mg/L，色度为0～10倍，COD Cr 去除率达92%，脱色率几近100%。主要水质指标达到了GB8978—1996《污水综合排放标准》中染料工业的二级标准。本法可取代常规的生物法，适合中小型印染厂的废水处理。 光催化氧化法原理 光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3-、PO43-、Cl-等。有机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。后者是周围环境存在的某些物质吸收光能成激发态，再诱导一系列有机污染的反应。间接光降解对环境中难生物降解的有机污染物更为重要。 利用光化学反应降解污染物的途径，包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。前者多采用氧和过氧化氢作为氧化剂，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又称光催化氧化，一般可分为均相和非均相催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，通过photo-Fenton 反应产生?HO使污染物得到降解，非均相光催化降解中较常见的是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用，产生?HO等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿化。 新型高效光催化氧化的原理 新型高效光催化氧化的原理就是在表面催化剂存在的条件下，利用一定波长的紫外光波在常温常压下催化、通过一定量的曝气来氧化废水中的有机污染物，或直接氧化有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高废水的可生化性，较好的去除有机污染物。在降解COD的过程中，通过催化氧化来打断有机分子中的双键发色团，如偶氮基，硝基，硫化羟基，碳亚氨基等，达到脱色的目的，同时有效地降低BOD/COD值，使之易与生化降解。这样，光催化氧化反应在高浓度，高毒性，高含盐量废水中充当常规物化预处理和生化处理之间的桥梁。 该技术的核心为三相催化氧化。这三相分别是：由风机送入罐内的压缩空气曝气(气相)，一定波长
三元催化器原理及常见故障解决办法 (1)
三元催化器原理及常见故障清洗 (1)三元催化器的构成 三元催化器是安装在车辆排气系统上的一种用于环保目的的尾气净化装置，它的外壳为金属结构，内部是蜂窝状陶瓷载体，大至每平方厘米有网孔80个左右，载体上涂有贵金属催化剂(如铂、铑、钯等)。 (2)三元催化器的工作原理 发动机工作时，产生的高温气体通过三元催化器，当催化器温度达到400℃度时，装置中的贵金属发挥催化活性，废气二次燃烧，使其中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、与氮氧化合物(NO)发生氧化还原反应，将其转化为二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O)等，减少向大气中排放有害气体，实现环保功能。 (3)三元催化器常见故障种类 三元催化器根据车辆的型号、出产厂家不同，一般正常使用寿命为10-20万公里。但是，由于汽油质量、机油质量、空气质量、发动机工况、路况、驾驶习惯等因素的作用，对三元催化器正常功能的发挥和使用寿命都有决定性的影响。 三元催化器常见故障有： A、行驶10-20万公里以上超过使用寿命； B、高温烧结变型，有效涂层损坏或消失； C、化学中毒失效； D、锈垢、碳垢堵塞。 (4)三元催化器故障原因及危害 内在因素： a、三元中毒失效 造成三元中毒失效的原因很多，也很复杂，若排除暂时性的不确定因素影响，那么造成三元中毒失效的根本原因就是汽油和润滑油。 汽油中含有一定量的硫及金属灰份，如铁、锰、铅等，汽油在储运过程中也会混入大量金属灰份；还有就是机油中含有大量的硫、磷及金属灰份，含量虽大，但因其渗入燃烧室参与燃烧的量极少，危害性小于汽油，但已经变质的机油情况就不同了。 汽车燃烧后排出的废气通过三元催化器，部份硫、磷吸附在氧传感器及三元催化器表面，形成化学络合物薄膜，在氧、一氧化碳、金属灰份、水共存的状况下(这种共存是必然的)，硫、磷极易与它们发生反应生成相应的化学络合物，这些络合物会对贵金属催化剂产生屏闭，严重影响催化剂的活性，大大降低净化功能，造成三元中毒失效。 b、三元催化器堵塞 三元催化器堵塞物主要成份是大量的铁锈(FeO、Fe2O3、Fe3O4)、少量碳垢及锰、铅等的氧化物和硫、磷的化学络合物，其主要来源有两个方面：一是汽油(汽油在储运中混入的锈渍)，二是腐蚀生锈的排气支管中的锈垢(特别是排气管有过高温的车辆)。这些堵塞物如同一个个、一片片封了孔的马蜂窝，堵塞在三元催化器蜂窝状陶瓷体的入口处。当有效通孔截面积总和接近排气管截面积时，会造成排气不畅、背压上升，功率下降，油耗增加、温度上升等不良状况；当有效通孔截面积总和小于排气管截面积时，排气背压急速上升，会引发严重事故，如：排气管放炮、气门及凸轮轴损坏、排气支管烧红，发动机温度快速上升，熄火、引擎损坏等。 外在因素： 1、汽油：汽油含硫量高容易在三元催化器形成化学合物造成堵塞。油质差，胶质多汽
三元催化器使用说明书TWConverter
三元催化转化器使用说明书 （第一版） 适用型号：多种不同规格产品
2 整车排放 N 机排放 N O X + 1/2 O 2 > C O 2 + O 2 > H 2O + C O 2 氧化反应 N O + C O > 1/2 N 2 + C O 2 H C + N O > N 2+ H 2O + C O 2 还原反应
内部隔热冲压壳体封装式整体结构催化转换器内部隔热材料填充管式封装整体结构催化转换器
载体支撑填充材料 锥形端盖总成催化剂及其载体元件 异型 为使发动机的燃烧废气流经陶瓷载体时产生化学转化的催化作用， 般工艺过程为先在载体表面涂以一层包括氧化铝和二氧化 涂层。实际上，载体自身的作用是被用来形成三元催化转化器的反应床，并被用涂层如氧化铝和二氧化铈的附着体。经过强化附着力处理之后，再进行以为主要成分的催化剂涂层（ Pt、Pd、 Rh等元素）的涂敷及固 体应用的排放法规的不同要求，在金属基础涂层上浸镀不同成分和含 即称为催化剂涂层配方技术。德尔福公司拥有自己独 发和浸镀生产工艺技术。 催化剂载体
空燃比对排放的影响 燃烧废气中的化学有害成分HC、CO NO x气流流经预热后的催化剂表面O2，方可进行高效催化转化反应。在催化剂反应床上，HC，CO，和NO x的转化需要在载体的温度达到300oC左右时方可达到较高的转化效率。通常我们将使催化转化器开始达到50%时的转化效率时载体自身的温度称为催化转化器的起燃温度。 为了使三元催化转化器能够最有效的发挥上述化学反应，使三种元素的废气同时获得更加优化的转化效率，除了催化反应床的温度需要保持在一定的工作温度之外，发动机空燃比也对转化效率高低起着至关重要的作用。三元催化转化器对于HC、CO和NO 气流流经催化剂表面的转化效率各异。当发动机的空燃比偏浓时，催化剂对氮氧化合物的转化效率较高；当空燃比偏稀时，催化剂对碳氢化合物和一氧化碳的转化效率较高。而当发动机工作在理想空燃比附近时，三元催化转化器对于HC、CO和NO x转化效率最高达到最高。为此，在愈来愈严格的汽车排放法规推动下，为了保证三元催化转化器最佳的燃烧废气转化效率，现代汽车发动机管理系统要求将发动机燃烧进行精确的控制，使其燃烧严格保持控制在理想空燃比附近。采用氧传感器反馈信号探测燃烧废气中的氧成分含量并转化为交变电压输入给发动机控制模块，由发动机控制模块据此信号进行燃油系统补偿修正控制即为最为有效的“闭环燃油管理控制”模式。 催化转化器中所含的贵金属成分为铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）。涂层中配备贵金属微粒的主要目的是加快催化转化反应速度。是催化转化器中最昂贵的组成部分。