光催化氧化降解甲醛影响因素

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。

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=12.92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。在甲醛浓度为500-2500mg/m3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；将光催化中的甲醛浓度、温度、湿度以及催化剂用量等确定好之后，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。

参考文献：

[1] 明彩兵,吴平霄. 光催化反应器的研究进展[J].环境污染治理技术与设备, 2005,(04) .

[2] 黄勇,杨建军,毛立群. 光催化降解甲醛的波长效应研究[J].感光科学与光化学, 2005,(04) .

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