光氧催化技术在有机废气处理中的应用

导读：光氧净化设备主要用作于食品、医药、化工、污水、垃圾、塑胶、喷涂、造纸、轮胎等生产环节挥发或渗漏出有害废气的净化及臭味的消除。光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物质。另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。

大自然具有十分强大的自我修复功能， 例如排放在大气中的废气物质，经过一段时间废气物质会慢慢被分解掉，其中最主要的过程是发生了光化学反应。废气物质通过吸收光子或其他粒子的能量，使得化学键断裂，形成游离态的原子，再经过一系列的氧化还原等反应，最终生成 H 2 O 和 CO 2 等简单物质。

经过长期研究发现，当化学物质通过吸收能量(如热能、光子能量等) ，可以使自身的化学性质变得更加活跃甚至被裂解。当吸收的能量大于化学键键能，即可使得化学键断裂，形成游离的带有能量的原子或基团。在波长范围154nm-184.9nm(1200KJ/mol-600KJ/mol)高能紫外线的作用下，一方面空气中的氧被裂解，然后组合产生臭氧;另一方面将污染物化学键断裂，使之形成游离态的原子或基团;同时产生的臭氧参与到反应过程中，使废气最终被裂解，氧化成简单的稳定的化合物，如CO2、H2O、N2等。

由于与有机废气的燃烧本质一样，都是通过分子吸收能量(燃烧吸收的热能，光解吸收的是光子能量)被裂解后氧化生成简单物质，而光解的反应温度为常温，故我们也习惯称其为“冷燃烧”。

发现历史及种类

紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。1801年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。

在限定太阳辐射照度的国际标准草案中将紫外光谱的范围划分如下表:

用途

光氧净化设备主要用作于食品、医药、化工、污水、垃圾、塑胶、喷涂、造纸、轮胎等生产环节挥发或渗漏出有害废气的净化及臭味的消除。

光氧催化技术废气处理简要原理

应用于工业废气治理中的紫外线波长为154nm-254nm，波长越短能量越大。在这个波长区域中，由于154nm-185nm的波长相对比较短所以“杀伤”的空间范围也较小。而185nm-254nm尽管波长较长但是杀伤空间范围相对较大。

废气的光解氧化机理包括两个过程：

1.在产生高能离子群体的过程中，一定数量的有害气体分子受高能作用，本身分解成单质或转化为无害物质。

2.含有大量高能粒子和高活性的自由基的离子群体，与大分子气体(如苯、甲苯等)作用，打开了其分子内部的化学键，转化为无害的小分子物质。新生态的氧离子具有很强的氧化性，它能有效的氧化分解不受负离子作用控制的有机物。和废气反应后多余的氧离子(正)，能与氧离子(负)很快结合成中性氧，因而不会更多地对设备及环境造成不利影响。

1.恶臭物质能否被裂解，取决于其化学键键能是否比所提供的UV 光子的能量要低。

2.裂解时间是否足够1S，氧化反应的时间是否达到5-8S;

3.提供的 UV 光子总功率不够或者含氧量不足，会因为裂解或氧化不完全而生成一些中间副产物，从而影响净化效率。对于高浓度大分子的有机恶臭物质体现得较为明显。

4.UV 光解净化的长期稳定、高效，需要反应温度<60℃，粉尘量<100mg/m 3 ，相对湿度<97%。

5.废气物质中若某种特殊化学元素的含有量过高 (如 Cl、 F 等) ，也会导致强化剂臭氧的生成量大大降低，最终影响总体的净化效果。

应用范围

硫化氢：纸浆、炼油、炼焦、石化、煤气、粪便处理、二硫化碳的生产或加工

硫醇类：纸浆、炼油、煤气、制药、农药、合成树酯、合成纤维、橡胶

硫醚类：纸浆、炼油、农药、垃圾处理、生活污水下水道

氨：氮肥、硝酸、炼焦、粪便处理、肉类加工

胺类：水产加工，畜产加工、皮革、骨胶

吲哚类：粪便处理、生活污水处理、炼焦、肉类腐烂、屠宰牲畜

硝基：燃料、炸药

烃类：炼油、炼焦、石油化工、电石、化肥、内燃机排气、油漆、溶剂、油墨印刷

醛类：炼油、石油化工、医药、内燃机排气、垃圾处理、铸造

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