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技術(shù)原理：

光催化凈化是基于光催化劑 TiO2 在高能紫外線燈照射下具有的氧化還原能力而凈化污

染物。利用光催化凈化技術(shù)去除空氣中的有機(jī)污染物具有以下特點(diǎn)：

1、直接用空氣中的氧氣做氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫 常壓）

2、可以將有機(jī)污染物分解為二氧化碳和水等無(wú)機(jī)小分子，凈化效果*。

3、TiO2 催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸附飽和現(xiàn)象，使用

壽命長(zhǎng)。

TiO2 的光催化機(jī)理：

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能價(jià)帶構(gòu)成，它們之

間的區(qū)域稱為禁帶。禁帶是一個(gè)不連續(xù)區(qū)域。當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此

半導(dǎo)體催化劑時(shí)，處于價(jià)帶的電子(e)就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上，價(jià)帶生成空穴(h+)，從而在半

導(dǎo)體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對(duì)。

TiO2 的帶隙能為 3.2ev，相當(dāng)于波長(zhǎng)為 387.5nm 光子的能量，當(dāng) TiO2 受到波長(zhǎng)小于

387.5nm 的紫外光照射時(shí)，處于價(jià)帶的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而分別在價(jià)帶和導(dǎo)帶

上產(chǎn)生高活性的光生空穴和光生電子。在電場(chǎng)的作用下，電子與空穴發(fā)生分離，遷移到粒子

表面的不同位置。熱力學(xué)理論表明，分布在 TiO2 表面的空穴可以將吸附在其表面的 OH-和

H2O 分子氧化成•OH。而電子(e-)具有很強(qiáng)的還原性，可使得 TiO2 固體表面的電子受體如 O2

被還原。O2 既可以抑制光催化劑上電子和空穴的復(fù)合，提高反應(yīng)效率，同時(shí)也是氧化劑，

可以氧化已經(jīng)羥化的反應(yīng)產(chǎn)物，是表面羥基自由基的另一個(gè)來(lái)源。締合在 Ti4+表面的•OH

的氧化能力*，能夠氧化大部分的有機(jī)污染物及部分無(wú)機(jī)污染物，將其降解為 CO2、

H2O 等無(wú)害物質(zhì)，并且對(duì)反應(yīng)物幾乎無(wú)選擇性，因而在光催化氧化中起著決定性的作用。

污染物分子由引風(fēng)機(jī)引入光催化區(qū)，大體要經(jīng)歷紫外線光解、臭氧氧化、電子轟擊、強(qiáng)

氧化劑-OH 的氧化、正氧離子氧化等過(guò)程；從結(jié)構(gòu)空間上講，污染物依次經(jīng)過(guò)光觸媒催化區(qū)、

紫外燈光解區(qū)、光觸媒催化區(qū)、氧化區(qū)，設(shè)計(jì)停留時(shí)間 1.5s，雙層催化劑結(jié)構(gòu)不但保證了

催化比表面積；同時(shí)發(fā)揮了均布導(dǎo)流的高能，在有限的空間保證空間上和紫外線無(wú)

極燈的充分接觸，增加和提高活性粒子和污染物的接觸機(jī)會(huì)和時(shí)間。

燈管數(shù)量計(jì)算：

鍵 C-CC=CC≡CC-OC=OC-HO-HO=O

鍵能(KJ/mol)345.6607829352724414463491

真空紫外燈（VUV）可發(fā)射 185 nm 和 254 nm 波長(zhǎng)的紫外光。其光子能量分別為 647 kJ/mol

和 328 kJ/mol，能直接光解空氣中的水和氧氣，生成羥基自由基、臭氧等高級(jí)氧化劑氧化

去除 VOCs

一支 150 W 的真空紫外燈，我們依據(jù)質(zhì)量較好的真空紫外燈的光電轉(zhuǎn)化效率：185 nm

紫外發(fā)光量為 9%，254 nm 紫外發(fā)光量為 35%。其極限輸出可用能量：150 ×(9%+35%)= 3.6

×103 kJ

0.066kw?h=237.6kJ

以降解甲苯為例：甲苯包括一個(gè)苯環(huán)和一個(gè)甲基（一個(gè)苯環(huán)，一個(gè)碳碳單鍵和三個(gè)碳?xì)?

鍵）。苯環(huán)鍵能在 2076 kJ/mol~2866 kJ/mol, C-C 鍵能 345.6 kJ/mol，C-H 鍵鍵能 415.3

kJ/mol。因此，1 mol 甲苯*轉(zhuǎn)化為 CO2 和 H2O 需要 3667.5 kJ。設(shè)風(fēng)量 10000 m3/h，使

甲苯濃度降低 50 mg/m3。所需降解甲苯重量：10000 m3/h ×50 mg/m3=500 g，所需降解甲

苯摩爾量：500÷92.14=5.4265 mol（1 mol 甲苯 92.14 g）降解 5.4265 mol 甲苯所需能量：

5.4265 mol×3667.5 kJ/mol=19901.78kJ.提供 19901.78 kJ 所需 150 W 真空紫外燈量：

19901.78÷237.6=83.76 支設(shè)備應(yīng)用：

1、室內(nèi)空氣中的 VOCs

利用光催化氧化技術(shù)可以高效降解或*礦化常見的氣相有機(jī)污染物，而不產(chǎn)生二次污染。

襲著革，李官賢研究表明，納米級(jí) TiO2 復(fù)合一種金屬氧化物制成光催化劑對(duì) NO2、 SO2、

H2S 等酸性氣體和 NH3、 CS2 等堿性氣體去除效果較好，且這些有害氣體可以較為容易地

氧化成為 NO3-、 SO42-等。J.W Tang 等用合成的 CaBi2O4 做催化劑，在可見光下光降解乙

醛，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光照 2 h 后，乙醛被*分解。

2、汽車尾氣

目前發(fā)達(dá)國(guó)家汽車尾氣凈化器所用的催化劑主要是資源稀少的鉑、釕、銠等貴金屬，從可持

續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，用資源豐富的金屬氧化物代替貴金屬是發(fā)展趨勢(shì)。因此，鈣鈦礦型催化

劑和相關(guān)氧化物引起了人們的普遍關(guān)注，它們除了相對(duì)價(jià)廉易得外，還因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定

和具有良好的催化性能。薛屏，高玉琢用浸漬法將鈣鈦礦型復(fù)合氧化物成功地載于多孔陶瓷

載體上，大幅度提高了它們的光催化氧化汽車尾氣的活性。

3.設(shè)備適合低濃度廢氣凈化、室內(nèi)空氣凈化，工藝組合“水噴淋+光催化”，例如：醫(yī)

院、實(shí)驗(yàn)室空氣凈化，市政污水處理廠除臭、污水泵站除臭、工業(yè)車間除臭、烘干工藝廢氣、

垃圾中轉(zhuǎn)站廢氣。