流化床—石英光纤光催化装置的建立及其应用

论文摘要

针对现有光催化反应器中光传输效率低、光子、反应物、催化剂三者不能有效接触的缺点,本论文开展了新型光催化反应器的设计,搭建了流化床-光纤光催化反应装置,进行了光催化反应器的性能优化和测试,利用该装置进行了甲醛光催化氧化的研究,并得到了一系列有意义的结果。研究内容主要包括:（1）设计了流化床-光纤光催化反应系统,包括整体气路的设计、流化床设计和光纤光源设计。整体气路由气体发生器、气体混合室、光催化反应器、检测系统等组成。流化床反应器外形为圆柱形,流化床直径10mm、高度100mm;扩大段直径16mm、高度16mm;分离段高度120mm、出口段高度50mm;反应器总长426mm。以橡胶板固定光纤,光源系统的的组成为每平面8个光纤孔,上下间距3.4mm。气路中,对光催化反应器影响重要的有入口管路口径和气体分布板,分别选取了直径2mm和400目。（2）对新设计和搭建的流化床-光纤光催化反应装置进行了性能优化和测试,主要从流化床流态影响、光强的影响等方面来进行优化,在催化剂粒径为60120目、气体总流量为180mL/min、流化床的静床层高度为68mm时,流化床高度为90mm,得到最好的流态效果。以丙酮和TCE作为研究对象,在最优条件时进行光催化,得到丙酮的光催化降解率为69.9%、光量子效率为3.46%,反应速率为3.98μmol/（g催化剂·min）。三氯乙烯的光催化降解率可以达到100%、光量子效率为4.66%,反应速率为4.55μmol/（g催化剂·min）。与以往的固定床光纤光催化反应器和流化床光催化反应器进行了对比,流化床-光纤光催化反应器具有更优的光催化性能。（3）利用流化床-光纤光催化反应系统进行了甲醛的光催化降解研究,降解率可以达到85.71%,光量子效率为7.95%,反应速率为6.44μmol/（g催化剂·min）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 光催化反应基本原理
• 1.3 光催化反应器的研究现状
• 1.3.1 固定床光催化反应器
• 1.3.2 流化床光催化反应器
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 流化床-光纤光催化反应器的设计
• 2.1 前言
• 2.2 流化床的设计
• 2.2.1 流化床设计的最初设想
• 2.2.2 流化床相关参数的理论计算
• 2.2.3 流化床的设计参数及加工
• 2.3 气路设计
• 2.3.1 气路的整体设计
• 2.3.2 反应气出、入口的设计
• 2.3.3 样品池的设计及加工
• 2.4 光纤光源的设计
• 2.4.1 光纤光源的性能测定
• 2.4.2 光纤的排布设计
• 2.5 反应器整体设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 实验材料、设备与方法
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料
• 3.3 实验设备
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 光催化剂的制备与表征
• 3.4.2 目标污染气体的配制
• 3.4.3 光催化反应评价
• 3.5 本章小结
• 第4章 光催化反应器性能优化与测试
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.2.1 流化床流态的优化
• 4.2.2 光强的优化
• 4.2.3 光催化反应器的性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 流化床的最佳参数
• 4.3.2 光源的最佳参数
• 4.3.3 丙酮的催化氧化
• 4.3.4 三氯乙烯的催化氧化
• 4.4 本章小结
• 第5章 流化床-光纤光催化反应器的应用
• 5.1 前言
• 5.2 实验
• 5.2.1 直接光解
• 5.2.2 载体的活性影响
• 5.2.3 光催化去除
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 甲醛的直接光解
• 5.3.2 载体的活性影响
• 5.3.3 甲醛的光催化氧化
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢