负载化TiO2催化剂三氯乙烯气相光催化氧化探究.pdfVIP

i 负载化T0：催化剂三氯乙烯气相光催化氧化研究+ 邓国宏李军辉周邦智李琳” (清华大学化学工程系，北京，lo0084) 关键词：光催化：三氯乙烯：氧化 1．前言 多相光催化作为一种新型污染治理技术正日益受到重视一1。多相光催化法具有选择性 好、适用范围广、可在常温常压下进行等优点，特别适用于无法或报难进行生物降解的污 染物的治理，如美国环保署公布的9大类共114种基本污染物均被证实可通过光催化降解而 得到治理。自1985年Ollis发表了第一篇关于光催化在废水治理方面的应用的综述性文章以 来，已有许多有关光催化在污染治理方面的研究报导p’4j。然而，目前有关光催化用于污染 治理的研究大多数均是针对液相体系，即废水的治理。有关气相污染治理的研究较少。实 际上，气相污染物中很大一部分属于挥发性有机物(VOC)，利用光催化法可以使之氧化而 得到治理。对于气相光催化过程，通过反应器的体积流量要比液相体系大得多，此时使用 液相光催化过程常用的细粉状催化剂是不现实的。因此从实际应用的角度出发，制各适合 高气速下操作的负载化催化剂是气相光催化过程所必须解决的问题。本文以Ti02粉为活性 组分，采用舢203、硅胶等为载体制各了不同的负载型催化齐j，并对三氯乙烯(TCE)气相 光催化氧化过程进行了研究。 2．实验方法 实验所用Ti02为DcgIIssa公司提供Degussa 选用的载体为氧化铝、硅胶、氧化硅等．通过干混、湿浸等方法将Ti02粉与载体混合，再 经过干燥、焙烧等步骤制得负载化催化剂。实验光催化反应器是由不锈钢制成，窗口玻璃 为石英。所用光源采用钾黑光灯．通过调节灯与反应器顶端的距离可以控制进入反应器的 光强。光强度采用草酸铁钾曝光法测定。TCE浓度由气相色谱分析，反应产物中C02浓度 由Ba(o}I)2吸收法测定． 3．实验结果与讨论 实验中用到了三种类型的催亿剂，载体及活性组份含量列在表1中。 ．．国家自然科学基金资助项目 ”：通信联系人 一598 图1为三种催化剂的光催化氧化实验结果。整个反应过程可分为三段，刚开始时进入反应 器的TCE被催化剂吸附，反应器出口TCE浓度为零。随着吸附逐渐趋于饱和，出口TCE 浓度不断增大，最终与原料中TCE浓度相同。开始光照以后，反应器出口TCE浓度迅速 下降，表明发生了光催化氧化反应。随着时间延长，反应器出口TCE浓度的下降逐渐变得 缓慢，最终达到一个稳定值，说明反应达到了稳态。图l所示的实验结果表明，只有催化 剂和近紫外光同时存在时有机物才能被去除。与纯Ti02相比，负载化Ti02催化荆可以更有 效地去除气相中TCE。载体A1203的吸附能力大于SiO；的，而二者又都要大于纯的Ti02。 表现为经较长的时间才达到吸附平衡，开始反应后，到达稳态也蔫经过较长的时间。纯Ti02 含有与A2同样多的活性组分，转化率却大大低于负载化催化剂。这说明载体不仅可以起到 负载活性组份以防止气流带走的作用，而且有利于更好地发挥活性组份的催化作用。如对 率可达到90％以上，而相应条件下纯Ti02催化剂的转化率只有50％。这可解释为载体有利 于使气相中的污染物先吸附下来并使之在催化帮j表面官集，从而有帚j于提高反应速率。 ￡ ＆ d 譬 图1不同催化剂的吸附一反应性能 罱2不屙操作方式娄验结果 进料TCE浓度：600ppm，流量：8mYmia进料TCE浓度：600ppm，流量6ml／min 催化荆：+：A2，Ig；o：S，l墨·：T，0．029 催化剂：S，0．59 除图l所示的吸附一反应操作方式外，也进行了直接光照实验，即开始通气时就开灯进行反 应，此时吸附与光催化反应同时进行。两种操作方式下的实验结果如图2所示。可看出对于同种 催化剂，不同操作方式下的转化率是相同的。这表明在一定的操作条件下负载化催化剂上的反 应—吸附过程最终会达到稳态．对于负载化催化剂，当含有有机污染物的气流流过催化剂时会同 时发生吸附和反应过程。如无活性组分存在，则随着时间延长载体会逐渐达到饱合而不再吸附。 当载体上负载有活性组分且有紫外光照射时，被吸附的有机污染物会不断被氧化，从而使载体得 到再生，因此在一定条件下会达到某种定态。在定态条件下总转化速率r等于载体的吸附速率rl 和活性组分上