新型光催化技术设计要多个维度周全考虑

2022-09-05 18:44:43 0 九游会品牌环境

　　5月5日上午，在“第五届重点行业有机废气(VOCs)污染治理及监测技术交流会”的开放讨论日活动中，江苏九游会品牌参与了本次交流，他从自己多年工作中，总结了以下九条光催化技术设计需要考虑的细节和注意事项：

　　1. 关于复合光催化技术名称统一和规范化的问题;

　　1972年，日本Fujishima(藤岛昭教授)发现了光催化现象。1999年由于纳米技术得到了突破性进展，光催化终于正式登上了国际研究舞台。目前，光催化已经成为发达国家老幼皆知的环保代名词。

　　然而，国内关于光催化技术的认识还不够全面，很多废气治理公司或是从业者，普通认为只要有紫外灯的设备，都可以称之光催化技术，这是错误的观点和行业乱象所致。顾名思义，光催化技术，那肯定得有“光”和“催化剂”共同作用才行。

　　目前，废气治理上市场上，关于紫外灯的废气治理设备有：复合光催化技术、光催化氧化技术、光触媒技术、UV光分解技术、光氧化技术、光化学技术等等。在废气治理市场上，真正使用到催化剂的设备少之又少，毕竟催化剂所需费用占光催化设备成本的30-50%，几乎可以生产一套没有催化剂的光氧化设备。

　　2. 选用复合光催化技术时，需充分考虑系统的预处理技术;

　　在设计废气、VOCs和异味治理项目时，不能考虑废气的单一指标治理，我们充分认识废气有组成和成份。通常情况下，待处理废气中会含有粉尘、颗粒物、液态等。为了保证废气的治理效果，我们一般需要考虑先处理废气中的粉尘、颗粒物和液态。例如，对于含粉尘比较高的废气，要先配置除尘技术，若不先去除废气中的粉尘和颗粒，这些固态物质会附着在催化剂和紫外灯的表面，影响系统的处理效果。对于特殊的固态物质，可能还会存在着着火的隐患。而对于水含量较高的废气，应当先除湿。

　　3. 紫外灯数量的设计;不同行业、不同废气成份、不同浓度的废气，所选择的紫外灯数量均有所不同;

　　在废气治理市场上，我们发现光催化技术广泛应用于各行各业，也受到了市场的欢迎和认同。但是，在一些偏远的区域，或是环保监督不够严格的地区，光催化技术成为应付检查的装置。大家没有认真的面对，没有科学的设计，没有系统的规划，在一个方箱里放几支紫外灯，就对外宣称是复合光催化技术设备。

　　在选择光催化技术时，我们需分析待处理废气的行业、成份、浓度等因素，通过这一些条件来确定紫外灯的数量。光催化技术不是万能技术，它有它的局限性，大家选用时一定要考虑各种因素和谨慎使用。

　　4. 紫外灯如何选型，要从功率、长度、波段等角度考察;

　　对于光催化技术而言，紫外灯是核心，其关乎处理效果的好坏。对于光源的考核有两个参数：波长与光强。只有吸收了一定波长范围内的光，TiO2催化剂才可以克服其禁带的能量，在其表面会产生电子-空穴。研究结果表明，紫外光波长在185-254nm，很难打破分子键，更适合于光氧化技术。而光催化技术更加适合选用387nm和365nm波长的紫外灯，在市场上很找到387nm的紫外灯，所以很时候光催化技术选用365nm波长的紫外灯。

　　另外，紫外灯的功率有15-320W，长度范围135-1554mm。废气治理从业者，需根据设计的背景和目标值，正确的和科学的选择紫外灯的功率及长度。

　　5. 紫外灯的布置间距如何确定，其与催化剂之间的距离多少合适?

　　衡量光催化技术的好坏，主要先看紫外灯，而紫外灯的考核参数为波长与光强。所以在设计时，除了要考虑紫外灯的功率、长度和波段外，在设计和加工制作设备时，还要充分考虑紫外灯之间的间距。合理的间距，能确保紫外灯的科学布置，既能保证充分的光均匀和紫外光达到一定强度，又能避免出现盲区和死角，以保证光催化技术的处理效果。

　　同样，除了紫外灯的距是我们考虑的因素之外，紫外灯与催化剂之间的距离也是我们要重点考虑的，也是很多设计人员容易忽视的一个重要环节。紫外灯和催化剂间的距离，主要是由催化剂的类型、紫外灯的类型、设备的内部结构等因素所决定。

　　6. 催化剂如何选择?

　　都说光催化技术，那肯定得有“光”和“催化剂”共同作用才行，我们前面说了紫外灯的选择，那现在重点得分析催化剂的选择。能适用于光催化技术的催化剂有二氧化钛(TiO2);氧化锌(ZnO);氧化锡(SnO2);二氧化锆(ZrO2);硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光催化材料。

　　光催化剂的发展：在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。

　　光催化剂二氧化钛：它是一种半导体，分别具有锐钛矿，金红石及板钛矿三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。

　　7. 光催化设备的过流速度和反应停留时间?

　　在选用光催化技术时，我们一定要正确的去面对过流速度和停留两大要素。光催化技术是催化氧化的一个过程，首先是光照射在催化剂上，起了催化作用，产生了活性羟基(•OH)和其他活性氧化类物质(•O2-，•OOH ，H2O2)。在催化剂的表面生成的•OH基团反应活性很高，具有高于有机物中各类化学键能的反应能，加上•O2-，•OOH ，H2O2活性氧化类物质的协同作用，能迅速有效地分解有机物，同时紫外灯具有除臭、消毒、杀菌的功效。

　　通过光催化的工作机理，我们应该清晰的认识到，光催化治理废气也是一个复杂的过程，需要足够的停留反应时间。而目前市场上很多光催化技术设备，整体过流截面积严重偏小，导致过流速度较大，停留时间较短等现象。

　　在设计光催化设备时，要根据废气的成份和浓度，合理设计停留时。从投资和运行管理的角度考虑，通过光催化设备的过渡速度控制0.3-1m/s比较合适。当过渡速度大于1m/s时，系统的阻力会直线上升，同时会影响催化剂的结构;更重要是在确定停留时间的情况下，风速越大，设备的长度或高度也要求越大;不管在什么风速条件，光催化装置的反应停留时间控制在10-30秒比较好合适。当然，我所指的10-30秒为中低浓度易分解的部分废气，而不是绝对和统一标准的时间。

　　8. 防爆性能和适用场合?

　　光催化技术的防爆性能比吸收法、生物法要差一些，但比低温等离子法和焚烧法的要求少一些。市场上也有些光催化设备说是防爆的，但是受到防爆机构、专家和专业从事者的质疑。我个人认为，光催化设备的防爆还面临着很多技术问题，例如设备的密封性、紫外光的透过率、防爆等级、处理效率等问题需要解决。做为废气治理从事者，切不可为了一个订单、一份合同或是一个业绩，诱导需要单位做了错误的评估和选择。否则，一切出现了问题，不仅仅是企业声誉和技术遭质疑的问题，还会给安全生产带来不可预估的隐患。

　　我们公司主张，光催化技术在缺少其它辅助处理设备时，不建议直接用在易燃易爆行业的废气治理项目，尤其是高浓度易挥发的石油化工生产领域。

　　9. 适用的废气浓度?

　　建议用于浓度在500ppm的VOCS治理项目。