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废气处理VOCs治理上阵亲兄弟:浅谈活性炭在光催化领域应用

  • 更新日期 - 2019年10月27日 10:49

光催化降解VOCs是一个新研究领域。活性炭应用于光催化领域主要是由于其能负载各种不同的光催化剂,从而有助于光催化剂对VOCs进行催化降解。由于活性炭同时也具有吸附性能,所以在处理VOCs时效果要比普通的催化剂载体好。

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研究表明,活性炭的光催化再生由三个准级反应组成。再生初期,再生反应速率由光催化降解吸附质的速率决定;反应的第二个阶段由光催化反应速率和吸附质解吸速率共同决定;再生后期,再生反应速率由吸附质在活性炭上的解吸速率所决定。

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一、活性炭负载光催化剂的类型

活性炭可以负载不同类型的光催化剂对VOCs进行降解,目前研究比较多的有以下几种。

1、负载TiO2

利用TiO2纳米粒子光催化氧化环境污染物是目前环境污染控制研究的热点之一,在目前室内空气污染问题比较突出的情况下,在异相光催化领域,TiO2半导体由于其光催化活性高、稳定性好、无毒无害等优点,得到了其他金属氧化物和金属硫化物等半导体材料更深入的研究。TiO2可以将有机污染物降解为CO2和H2O4,不会带来二次污染,同时可逐步提高对光源的利用,有实际应用潜力。

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陈孝云等对于TiO2和活性炭复合体系的光降解活性进行了研究,结果表明在催化剂制备的初期,煅烧温度影响光催化降解活性,在500-700℃表现出较高的活性,对苯酚的光催化降解率可达到95%以上。张亚宁等采用火焰化学气相沉积法制备了掺碳纳米TiO2光催化剂,在催化剂负载量约为4.7mg,254和365nm的8W紫外灯各一盏,相对湿度为80%,苯的初始浓度约为120mg/m3,苯气体流量为400mL/min(苯在光催化器中反应时间约为3.5s)的条件下,苯的降解率可达到15%。

2、负载MnO2

研究发现许多过渡金属氧化物对VOCs有降解作用,在众多的过渡金属氧化物中尤以锰的氧化物对VOCs的去除效果好。Yoshika等将锰的氧化物与活性炭粉末用树脂粘合剂混合后附在薄玻璃纤维里,再用若干这种纤维制成板材去除室内甲醛。七个多月的现场验表明,这种材料能有效地抑制室内空气中甲醛的增加。

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刘阳生等以高锰酸钾和氨水合成了MnO2,然后通过浸渍、高温焙烧处理将MnO2负

载到聚丙烯腈(PAN)活性炭纤维表面,获得ACF-MnO2材料,之后在室温下对甲苯进行氧化处理。实验结果表明,在室温下,ACE-Mno2材料可以将甲苯氧化为CO2,由于将MnO2对甲苯的氧化能力和ACF的吸附能力结合,所以形成的ACFMnO2材料具有更长的使用寿命。

3、负载ZnO

纳米材料因其特有的颗粒尺寸和表面特性而具有抗菌、除臭、消毒等作用。纳米ZnO等纳米半导体粒子在光的诱导下我做饭他都在添我,欧美子母恋电影,可作为强氧化剂而使VOCs发生醇、醛、酸的变化,从而完成对有机物的降解。

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冯飞月等采用微乳液法将ZnO负载到活性炭上,并对所得材料进行了光催化VOCs降解实验研究表明:含甲苯蒸汽的气体以恒定气体流量425.5m/mn(V氮气V水V甲苯=300 30 30)通过负载纳米氧化锌的多孔炭吸附剂光催化固定床时,在没有紫外灯照射的情况下,经过约200min吸附达到平衡,此时甲苯的穿透率平均为95.3%;吸附达平衡后,打开紫外灯照射吸附床,考察材料的光催化性能,结果表明甲苯的穿透率下降至81.7%,即甲苯的出口浓度有所下降,说明甲苯被部分光催化降解,产品具有一定的光催化性能。

4、负载其他金属离子

虽然TiO2在光催化领域应用很广泛,也有其自身的优点,但是仍存在限制因素。日前限制其应用的主要有两个因素:一是纳米TiO2颗粒较小,使用时易流失、易团聚、难以分离回收和循环使用,并且在处理低浓度有机污染物时因TiO2颗粒周围有机物浓度小而光催化效率低等缺点;二是其禁带较宽,只能对紫外光有响应,而且电子和空穴容易复合,所以催化效率低。对此,可采用掺杂、半导体复合等手段对其进行改良,从而提高其催化效率。

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李佑稷等采用溶胶-凝胶技术制备了掺杂Cu离子的TiO2溶胶,利用超声波将Cu2+TiO2溶胶均匀地负载于活性炭上,通过干燥、热处理过程制备掺杂负载型Cu2-TiO2/AC复合光催化剂。对其进行光催化实验的实验数据表明,适量掺杂Cu可提高TiO2/AC的光催化活性。

刘宗耀等将B/Fe2O3共掺杂纳米Tio2制备了复合材料,并对其进行2,4-二氯苯酚(DCP)的光催化降解,实验表明掺杂B能使吸收光谱移至可见光区,在掺杂B基础上进一步掺杂Fe2O3,极大地提高了催化剂的活性。

随着社会经济的发展和科技的进步,人们将会对赖以生存的环境提出更高的要求,对VOCs 治理的关注越来越大,治理VOCs的措施也会更加的合理和有成效。活性炭作为一种具有强大比表面积的吸附剂和催化剂载体,必将在VOCs治理方面发挥更大的作用。

废气处理VOCs治理上阵亲兄弟:浅谈活性炭在光催化领域应用活性炭吸附装置

1、研究开发具有更佳吸附性能或满足特定需求的新型活性炭,如活性炭纤维、活性炭纳米管等先进材料而增强其吸附性能,并对活性炭的表面改性及吸附性能的影响等甚础和成用基础开展研究。

2、对于光催化降解VOCs,由于其具有无二次污染等优点,势必将成为V0CS处理的发展趋势。 但是目前由于光催化剂光敏性不是很好,无法在可见光下进行高效率的降解。今后需要研发具有强针对性或高选择性(如正电性和负电性TiO2和择形TiO2)的消除痕量有毒有机物的光催化方法,以及能够快速活化分子氧的光催化体系;其次,在增大催化剂的捕光能力和髙效能量转化形式上的研究还很少,这也是制约光催化实际疢用的瓶颈之一,需要加强这方面的研究。

3、工业排放的VOCs绝大部分是可以回收再利用的有机溶剂,采用活性炭净化技术是行之有效的方法,但需要研究吸附解吸过程和方法。尤其是其过程节能和环保减排方法的研究,如膜分离、变温和变压吸附、生物、超声波和微波等新兴解吸技术以及工程的优化耦合集成的研究。吸附和解吸过程控制系统的开发将会引起人们的高度重视。

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