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光催化氧化降解甲醛影响因素.pdf
光催化氧化降解甲醛影响因素
司慧 高晓霞
山东省济宁市任城区环保局 27200
摘要:本文通过做甲醛降解实验,来分析光催化氧化降解甲醛的影响因素,本文只对四个因
素进行分析,即浓度、温度、湿度、气体流速。
关键词:光催化氧化;甲醛;因素
引言
本实验所有试剂都为分析纯,气固相光催化间歇反应器示意图如图1所示,其有效容积
9.34L,内径200mm,长300mm。反应器材质为不锈钢,光源固定在反应器轴线上,将催化
剂薄膜紧贴内壁环绕放置底部,中央放置10W风扇用于反应器内气体的混合。检测系统采
用气相色谱进行分析。光催化是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的
物质,光催化是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量,来产催化作用,使周
围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。
图1 光催化反应装置示意图
1.浓度对甲醛光催化降解的影响
为了考察甲醛初始质量浓度C 对甲醛降解动力学常数k产生影响,设
0
α
K=k C , …… (1)
c 0
−1 2
如图2,是以lnk−lnC0作的,求得α=-0.8392,kc =13.01min R( = 0.9635),
−0.8392
其甲醛降解的反映速率k随初始质量浓度的变化可用方程k=12.92C0 来表示。实验表
明,当甲醛浓度增加到一定值时,光催化反应的级数将由一级经过分数级而下降为零级。在
3
甲醛浓度为500-2500mg/m 的范围内,随着甲醛初始浓度的降低甲醛的降解率升高。
2.温度对甲醛降解的影响
温度对光催化氧化降解不同有机物具有促进、抑制、先促进后抑制等不同作用。目前,
对甲醛光催化氧化降解的研究多数都是在室温下进行的。但是在光催化氧化技术降解甲醛并
不是在室温下进行,因此,高温下研究光催化氧化甲醛反应是非常有必要的。
3.湿度对甲醛降解效率的影响
在光催化氧化反应中,水分子起着重要作用,从理论上讲,只要半导体吸收的光能大于
其禁带宽度,价电带上的电子就可以被激发到导电带,在价电带上产生相应的空穴,随后空
穴与电子与水和氧气发生作用,生成极强氧化还原能力的高活性基团,对有机物起到降解的
作用。在催化剂活性一定的条件下,湿度对光催化降解效率的影响主要是湿度大小决定着与
污染物发生光催化作用的羟基官能团产生量,光催化作用机理表明,水分子的存在是光催化
反应的必要条件。经过很多国内外研究表明,湿度的增加对光催化反应起着促进、抑制或先
促进后抑制的作用,但在某一适当的温湿度条件下,反应速率达到最大。反应物中水的质量
浓度不同,那么就会有不同的光催化反应的活化能,在适当的质量浓度时,其具有较低的反
应活化能。如果原料中不存在水蒸气,那么就会减少催化剂表面氢氧基团,电子与空穴的复
合增加,从而降低了催化剂活性;但是水蒸汽质量浓度较高,就会强烈地抑制反应的进行,
这主要是因为水分子与甲醛发生竞争吸附作用,因此,湿度条件的最佳程度对甲醛的讲解有
着非常重要的作用。
4.气体流速对甲醛光催化降解的影响
将光催化中的甲醛浓度、温度、湿度以及催化剂用量等固定好,将反应器中气体的体积
流速进行改变。如图2所示,甲醛转化率及反应速率随气体流速的变化情况。
图2 体积流速对甲醛光催化反应的影响
由图2可以看出,甲醛转化率随着气体体积流速的升高而降低,但是反应速率在不断得
增加。气体体积流速影响光催化氧化反应,其作用最终表现为污染物气体分子在光催化剂表
面的吸附效果。
综上所述,随着甲醛浓度的升高,光催化反应甲醛转化率呈现先降低后升高的趋势;同
一甲醛浓度,甲醛反应速率随温度的升高而降低。随甲醛浓度升高,反应速率受温度的影响
增大;同一甲醛浓度下,湿度对甲醛转化率的影响会在某一温度出现极大值
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