氣固流化床光催化反應器的研究進展

隨著能源價格的持續上漲和環境污染的日趨嚴重，半導體光催化污染治理技術近年來日益受到人們的重視 [1]。該技術具有工藝簡單、能耗低、無二次污染和降解*的特點。因為半導體受一定能量光照射而產生的光生空穴和電子具有很強的氧化性和還原性,可以無選擇的將半導體顆粒表面的吸附物氧化還原為ＣＯ2和Ｈ2Ｏ。國內外有關光催化降解水中有機污染物的研究已有十余年歷史，近幾年來，隨著對低濃度(μｇ/ｍ3)揮發性有機物（VOCs）所帶來的空氣污染問題的重視，人們認識到氣固相光催化處理VOCs的潛在優勢，開始了這方面的研究。氣固相光催化反應器是光催化過程的核心設備，它的設計和應用勢必成為氣固相光催化研究的主要方向之一。由于流化床具有傳質效率高、操作范圍寬、易實現工業化等特點，近年來出現了氣固相流化床光催化反應器的研究熱潮。本文總結了國外近年來廢氣治理中氣固流化床光催化反應器的研制及應用情況，并對其發展趨勢進行了展望。

1 氣固相光催化反應器的特點
　　光催化反應器與傳統反應器的不同之處在于需要有光源的存在，因此它的設計更加復雜，除了考慮傳統的反應器所涉及的如質量傳遞和混合、反應物和催化劑的接觸、流動方式、反應動力學、催化劑的安裝、溫度的控制等問題外，還要考慮光能在反應器內的傳播與均勻分布，因為只有吸收了適當的光子而被激活的催化劑才具有催化活性。另外，光強的選擇也極為重要，它對光催化反應的影響隨反應物的不同而有所不同。但通常在較低光強下反應速率與光通量呈一級反應，在較高光強下反應速率為半級，即光效率隨光強增加而下降。光催化反應器的反應能力受照射光分布和光強的影響這些特性給光反應器的理論分析、實驗研究和工業化應用均帶來了困難，多相體系中固體催化劑的存在更增加了問題的復雜性。
　　根據相態的不同，光催化反應器可分為氣固相光催化反應器與液固相光催化反應器。與液固相相比，氣固相光催化反應器通常需要在高氣體體積流量下操作[2]，要求有很好的氣密性，同時要便于物料的裝卸；需要固定化的催化劑，若使用粉末催化劑，只能造成氣阻增大，催化劑流失嚴重或分散不均等不利情況而影響。