NBL光催化氧化废气净化技术
从理论研究到实际应用，光催化氧化技术在废水处理和废气净化都是一项成熟的工艺，工艺有效性的关键在于紫外线的强度和催化剂的催化能力以及催化时间。从光触媒空气净化器到光催化废气净化设备，能够发现许多非常不科学的设计，例如废气在处理设备中的停留时间;催化剂的面积;催化剂的纯度和TiO2的纳米直径;催化剂的固化结构;紫外线灯的设置(数量、距离)，都直接决定和影响光催化氧化的能力。
TiO2通用技术说明
光催化氧化处理污染物是一种新兴的技术,其中纳米TiO2 光催化应用技术工艺简单、成本低廉,利用自然光即可催化分解细菌和污染物,具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点,且能长期有益于生态自然环境,是具有开发前景的绿色环保催化技术之一.此外,由于颗粒的细微化,纳米材料还具有块状材料所不具备的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应.
1 TiO2 的光催化机理
半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成,它们之间的区域称为禁带.禁带是一个不连续区域.当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此半导体催化剂时,处于价带的电子(e)就会被激发到导带上,价带生成空穴(h+),从而在半导体表面产生具有高度活性的空穴/电子对.TiO2 的带隙能为 3.2ev,相当于波长为 387.5nm光子的能量,当TiO2 受到波长小于 387.5nm的紫外光照射时,处于价带的电子就会被激发到导带上去,从而分别在价带和导带上产生高活性的光生空穴和光生电子.在电场的作用下,电子与空穴发生分离,迁移到粒子表面的不同位置.热力学理论表明,分布在TiO2表面的空穴可以将吸附在其表面的OH-和H2O分子氧化成·OH.而电子(e-)具有很强的还原性,可使得TiO2
固体表面的电子受体如O2 被还原.O2 既可以抑制光催化剂上电子和空穴的复合,提高反应效率,同时也是氧化剂,可以氧化已经羟化的反应产物,是表面羟基自由基的另一个来源.缔合在Ti4+表面的·OH的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的,能够氧化大部分的有机污染物及部分无机污染物,将其最终降解为CO2、H2O等无害物质,并且对反应物几乎无选择性,因而在光催化氧化中起着决定性的作用.从理论上说,只要半导体吸收的光能大于等于其带隙能,就能被激发产生光生电子和光生空穴,该半导体就可以作为光催化剂,但从实际来看,一个具有实际应用价值的半导体光催化剂必须具有化学稳定性、光照稳定性、高效性和选择性及较宽的光谱响应,同时还要考虑到材料成本和光匹配性等因素.
2 TiO2 光催化氧化处理有机污染物
TiO2 具有无毒、催化活性高、光化学性质稳定以及抗氧化能力强等优点,是光催化氧化法中常用的催化剂,其催化活性与催化剂的粒径、表面状态及晶型等因素有关, 同时TiO2 还可通过贵金属及金属氧化物、金属离子掺杂、复合半导体、外加电场等方式来提高光催化降解的效率.Jenks实验组研究了在TiO2悬浮液中 4-氯苯酚的光解过程,发现 4-氯苯酚在光催化作用下降解很彻底,最后可开环矿化为H2O、CO2、Cl-等无机小分子化合物;Lgldo等人考4-硝基苯酚在TiO2(锐钛矿型)/TiO2(金红石型)光催化剂作用下的降解过程,并与TiO2(锐钛矿型)/Al2O3 进行了比较,发现两种催化剂都有活性,而且它们的活性随锐钛矿型TiO2 含量的增加而提高;TiO2 负载Pt后能将有机磷杀虫剂光催化降解的速率提高 4.5~6 倍.。
NBL光催化氧化技术核心
催化剂比表面积;宽谱紫外线波长小于387nm的比例;催化剂的固化技术;紫外线灯的使用寿命构成了NBL的四大核，1：催化剂的比表面积，NBL催化剂的比表面积1m2:1000m3设计装配，是目前同类产品中比表面积最大的，光触媒载体经科学选料，特殊处理，耐高温，耐腐蚀，呈烧结态;2：催化剂的固化技术，催化剂的脱落是催化剂固化的常见现象，催化剂和载体表面的附着力是困扰催化剂固化的主要问题，NBL首先采用真空固化技术，最大限度除去载体表面的油性和水份，同时在净油过程中又要防止载体表面的釉面的破坏，导致催化剂的渗入，真空固化的载体，再经高温烘烤，使光触媒涂层呈烧结态和立体凹凸，在固化的同时增加催化剂的比表面积;3：宽谱紫外线波长小于387nm的比例，通用型的紫外线灯包括高臭氧灯，185nm以下的光波比例不到3%;185nm-387nm的也不到14%，瞬间光强催化的能力有道提高，紫外线灯的寿命国产只有5000小时，进口也不超过10000小时，主要的原因是电极被氧化，NBL采用无极灯技术，克服了传统由于电极氧化造成的紫外线灯烧毁，设计寿命达到50000小时，由于无极灯采用高频激发技术，185nm以下波长的比例明显提高，合理设计可以达到12%，同时由于高频技术的空间传播特性，微波本身就具有催化功能，因此某种程度上讲，系统具备了双重催化功能。
NBL光催化氧化技术是有NBL公司微波低温等离子体废气净化设备(专利号ZL201020269930.4)升华而成，污染物分子有引风机引入光催化区，大体要经历电子轰击、强氧化剂-OH的氧化、185nm以下紫外线光解、臭氧氧化、电子轰击、强氧化剂-OH的氧化、臭氧氧化、正氧离子氧化等过程;从结构空间上讲，污染物依次经过光触媒催化区、无极灯光解区、光触媒催化区、氧化区，设计停留时间1.5s，双层催化剂结构不但保证了催化比表面积;同时发挥了均布导流的高能，在有限的空间最大限度保证空间上和紫外线无极灯的充分接触，增加和提高活性粒子和污染物的接触机会和时间。
几种常见污染物的氧化
降解硫化氢、氨、甲硫醇
1、 硫化氢
硫化氢的光化学反应如下
O3+hv→O2+•O
•O+H2O→2•OH
•O+O2→O3
H2S+O3+hv→S2-+H2O+O2
2、 氨
氨同样可以在光化学离子有害气体处理设备中得到较好的去除，发生初级光化学离子反应后的分子或者自由基吸收辐射后继续发生化学变化，产生的产物能够进一步参与次级化学过程。氨的光降解涉及以下反应：
(1)触发反应
O3+hv→O2+•O
O2+hv→•O +•O
NH3+hv→•NH+2•H
O3+OH-→•HO2 +•O2-
•HO2→•O2-+H+
(2)传递过程
•O+H2O→2•OH
•O+O2→O3
•O2-+O3→•O3-+O2
•O3-+H+→••HO3
2•NH→N2+2•H
(3)终止反应
2•NH+•O→N2+H2O
3、 甲硫醇
甲硫醇的光化学离子反应和硫化氢的类似，同样是因为HS-结构型式的破坏而失去臭味。
O3+hv→O2+•O
•O+H2O→2•OH
•O+O2→O3
HS-+O3+hv→S2-+•OH +O2
