光化學(xué)反應(yīng)儀固定化技術(shù)研究

時間：2024-12-27作者：杭州川一實(shí)驗(yàn)儀器有限公司瀏覽：180

1、機(jī)理探討
有研究表明，光化學(xué)反應(yīng)儀一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)儀如Ag、Au、Pt、Pd、Nb、RuO2和Pt-RuO2等)能提高TiO2光催化活性。考慮到采取 此項(xiàng)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)器含量高則使水中重金屬含量過飲用水標(biāo)準(zhǔn)，故筆者試圖從另一角度，即提高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)儀活性炭因其比表面積大、吸附能力強(qiáng)及疏水性能好等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用在水處理方面。筆者借助于活性炭這一優(yōu)點(diǎn)來提高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 活性炭一起被固定在反應(yīng)容器內(nèi)壁，然后對自來水進(jìn)行深度處理試驗(yàn)。作為對比，同時對純TiO2進(jìn)行了試驗(yàn)。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(yàn)。一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一側(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(yàn)。光化學(xué)反應(yīng)器另一種直接以TiO2粉末為催化劑進(jìn)行試驗(yàn)，處理后的水用0.45μm濾膜進(jìn)行抽濾。試驗(yàn)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(shí)際容積( 除去紫外燈)為1287cm3;石英紫外線殺菌燈的功率為20W，光化學(xué)反應(yīng)器主波長為253.7nm，在本試 驗(yàn)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，還提供空氣，實(shí)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)儀試驗(yàn)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粉末粒度基本一致);市售牛皮紙;玻璃膠;膠槍;刮膠板。先在牛皮紙的一側(cè)均勻涂上一薄層玻璃膠(目的是)，室溫下放置一夜，光化學(xué)反應(yīng)器待其干燥后在 另一側(cè)亦涂一薄層玻璃膠，同時在其未干之前將yi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?yàn)⒃谄渖?，按壓使其粘牢，在室溫下放置一晝夜，待其干燥后稱量剩余的粉末，從而計(jì)算出1cm2牛皮紙所具有的催化劑用量。
3、試驗(yàn)結(jié)果及分析
光化學(xué)反應(yīng)儀為便于比較，制備了三種催化劑膜，一種是復(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(yàn)時TiO2用量相當(dāng)于0.6g/L;光化學(xué)反應(yīng)器另一種是純催化劑膜，試驗(yàn)時TiO2用量相當(dāng)于1.2g/L;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**TiO2膜單純紫外照射，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(yàn)，一組是光化學(xué)反應(yīng)器懸浮態(tài)光催化氧化法去除自來水中**物的UVA去除率隨TiO2濃度的變化情況。試驗(yàn)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。二組試驗(yàn)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)儀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高。在試驗(yàn)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)器利用這一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(yàn)時所用的復(fù)合催化劑膜的TiO2濃度為0.6g/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二氧化鈦投量(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yi定存在一個比例，使二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(yàn)，因此不能肯定這一比例即為比例;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guo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一些自來水中的**物，在反應(yīng)過程中除了去 除水中**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(jì)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 仍具有明顯的優(yōu)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)器選擇一個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。
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