目錄:杭州川一實驗儀器有限公司>>樣品前處理設(shè)備>>光化學(xué)反應(yīng)儀>> CY-GHX-B光催化反應(yīng)器大試管攪拌反應(yīng)儀
產(chǎn)地類別 | 國產(chǎn) | 價格區(qū)間 | 1-5萬 |
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應(yīng)用領(lǐng)域 | 環(huán)保,食品,化工,制藥,綜合 |
光催化反應(yīng)器大試管攪拌反應(yīng)儀主要特征:
1.光化學(xué)反應(yīng)儀智能微電腦控制,可觀察電流和電壓實時變化
2.進(jìn)口光源控制器,內(nèi)置光源轉(zhuǎn)換器,功率連續(xù)可調(diào),穩(wěn)定性高
3. 光化學(xué)反應(yīng)儀具有分步定時功能,操作簡便
4.反應(yīng)暗箱內(nèi)壁使用防輻射材料,且?guī)в杏^察窗
5.采用內(nèi)照式光源,受光充分,燈源采用耐高壓防震材質(zhì),經(jīng)久耐用
6.配有8(6/12可選)位磁力攪拌裝置,使樣品充分混勻受光
7.雙層耐高低溫石英冷阱,可通入冷卻水循環(huán)維持反應(yīng)溫度
8.光化學(xué)反應(yīng)儀高溫度保護(hù)系統(tǒng),自動斷電功能
9.機(jī)箱外部結(jié)構(gòu)設(shè)有循環(huán)水進(jìn)出口,內(nèi)部設(shè)有2個專用插座,供燈源和攪拌反應(yīng)器用
光催化反應(yīng)器大試管攪拌反應(yīng)儀技術(shù)參數(shù):
型號 | CY-GHX-A | CY-GHX-AC | CY-GHX-BC | |
主體部分 | 1.光源功率可連續(xù)調(diào)節(jié)大小。 2.集成式光源控制器,可供汞燈、氙燈、金鹵燈等多種光源使用。 3.汞燈功率調(diào)節(jié)范圍:0~1000W可連續(xù)調(diào)節(jié)。 4.氙燈功率調(diào)節(jié)范圍:0~1000W可連續(xù)調(diào)節(jié)。 5.金鹵燈功率調(diào)節(jié)范圍:0~500W可連續(xù)調(diào)節(jié)。 | |||
反應(yīng)部分 | 1.石英試管規(guī)格:30ml、50ml(或定做)。 2.可同時處理8個樣品(或定做)。 3.八位磁力攪拌裝置可同步調(diào)節(jié)8個樣品的攪拌速度。 | 1.玻璃反應(yīng)器皿可以分別選用250ml、500ml、1000ml等(或定做)。 2.大功率強(qiáng)力磁力攪拌器使樣品充分混勻受光。 | ||
制冷裝置(選配) | 制冷裝置(標(biāo)配) | 制冷裝置(選配) | 制冷裝置(標(biāo)配) | |
控溫裝置 (可選配) | 1.冷卻水循環(huán)裝置制冷量:>1000W 2.控溫范圍:-5°C到100°C 3.冷卻水循環(huán)裝置設(shè)有腳輪和底部排液閥。 |
氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展
論述了氣固相光催化反應(yīng)器的特點、類型及研究現(xiàn)狀。根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),氣固相光催化反應(yīng)器分為固定床和流化床,主要介紹了國外近年來流化床光催化反應(yīng)器應(yīng)用于廢氣處理中的研究進(jìn)展情況,闡明了新型流化床光催化反應(yīng)器的研究與設(shè)計是光催化氧化法工業(yè)化過程中需要解決的關(guān)鍵問題之一,分析了其存在的問題,并對今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
隨著能源價格的持續(xù)上漲和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重,半導(dǎo)體光催化污染治理技術(shù)近年來日益受到人們的重視 [1]。該技術(shù)具有工藝簡單、能耗低、無二次污染和降解的特點。因為半導(dǎo)體受yi定能量光照射而產(chǎn)生的光生空穴和電子具有很強(qiáng)的氧化性和還原性,可以無選擇的將半導(dǎo)體顆粒表面的吸附物氧化還原為CO2和H2O。國內(nèi)外有關(guān)光催化降解水中有機(jī)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(fā)性有機(jī)物(VOCs)所帶來的空氣污染問題的重視,人們認(rèn)識到氣固相光催化處理VOCs的潛在優(yōu)勢,開始了這方面的研究。氣固相光催化反應(yīng)器是光催化過程的核心設(shè)備,它的設(shè)計和應(yīng)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(zhì)效率高、操作范圍寬、易實現(xiàn)工業(yè)化等特點,近年來出現(xiàn)了氣固相流化床光催化反應(yīng)器的研究熱潮。本文總結(jié)了國外近年來廢氣治理中氣固流化床光催化反應(yīng)器的研制及應(yīng)用情況,并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
1 氣固相光催化反應(yīng)器的特點
光催化反應(yīng)器與傳統(tǒng)反應(yīng)器的不同之處在于需要有光源的存在,因此它的設(shè)計更加復(fù)雜,除了考慮傳統(tǒng)的反應(yīng)器所涉及的如質(zhì)量傳遞和混合、反應(yīng)物和催化劑的接觸、流動方式、反應(yīng)動力學(xué)、催化劑的安裝、溫度的控制等問題外,還要考慮光能在反應(yīng)器內(nèi)的傳播與均勻分布,因為只有吸收了適當(dāng)?shù)墓庾佣患せ畹拇呋瘎┎啪哂写呋钚?。另外,光?qiáng)的選擇也為重要,它對光催化反應(yīng)的影響隨反應(yīng)物的不同而有所不同。但通常在較低光強(qiáng)下反應(yīng)速率與光通量呈一級反應(yīng),在較高光強(qiáng)下反應(yīng)速率為半級,即光效率隨光強(qiáng)增加而下降。光催化反應(yīng)器的反應(yīng)能力受照射光分布和光強(qiáng)的影響這些特性給光反應(yīng)器的理論分析、實驗研究和工業(yè)化應(yīng)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(fù)雜性。
根據(jù)相態(tài)的不同,光催化反應(yīng)器可分為氣固相光催化反應(yīng)器與液固相光催化反應(yīng)器。與液固相相比,氣固相光催化反應(yīng)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(yán)重或分散不均等不利情況而影響。
整個光催化效果(但一般認(rèn)為光催化劑固定后比表面積減小,其催化效率有所降低)。兩者的相同點是,都需要實現(xiàn)反應(yīng)物、催化劑與入射光的充分接觸,這可以通過改善反應(yīng)器中光的分布和提高催化劑的比表面積的方法來實現(xiàn)。氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展
2 氣固相光催化反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀
半導(dǎo)體多相光催化反應(yīng)的Z早研究可追溯到1972年日本科學(xué)家Fujihims和Honda次發(fā)現(xiàn)在近紫外光(380nm波長的光)的作用下,金紅石型TiO2單晶電能使水在常溫常壓下連續(xù)分解為氫氣和氧氣。其在環(huán)保中的應(yīng)用則始于1976年加拿大科學(xué)家John H. Catey等次將TiO2光催化應(yīng)用于劇毒多氯聯(lián)苯降解的研究。氣固相光催化氧化技術(shù)至今未能工業(yè)化的一個Z主要原因是高效光反應(yīng)器的缺乏。目前,開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)效率高的新型光反應(yīng)器已成為氣固相光催化技術(shù)的一個重要研究方向。
氣固相光催化反應(yīng)器根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為固定床和流化床兩種類型。固定床結(jié)構(gòu)簡單,易于操作,隨處理程度不同可一次性或回流循環(huán)處理。有關(guān)固定床光催化反應(yīng)器的研究較多,出現(xiàn)了多種反應(yīng)器類型,如間歇式反應(yīng)器[3,4]、光導(dǎo)纖維反應(yīng)器(OFR)[5,6]、環(huán)形反應(yīng)器[7-9]、管狀反應(yīng)器[10-13]和整體構(gòu)造反應(yīng)器(即蜂窩狀反應(yīng)器)[14]等。
流化床的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,操作中需要滿足壓降小、高氣速的要求,過程不易控制,因此研究難度較大,報道得較少。然而,流化床可改善傳質(zhì)條件,提供光對顆粒的連續(xù)照射,提高催化劑表面積與反應(yīng)器容積之比,可通過調(diào)節(jié)載體膨脹率提高光的透射率。與固定床的比較研究表明[15,16],流化床比固定床能更好地實現(xiàn)反應(yīng)物、催化劑與入射光的充分接觸,提高光催化效率。并且,由于流化床大的改善了污染物與催化劑的傳質(zhì)條件,比固定床更適合于處理較高濃度的有機(jī)廢氣。流化床的這些優(yōu)點已逐漸引起了人們的注意,為使氣固相光催化反應(yīng)實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用,流化床光反應(yīng)器的研制和開發(fā)勢在必行,國內(nèi)外已有不少研究人員投入了該項工作,并取得了不菲的成績。
3 氣固流化床光催化反應(yīng)器
氣固流化床光催化反應(yīng)器與其它工業(yè)流化床所不同的是:(1)在反應(yīng)器中安裝有人工紫外光源;(2)流化床中流態(tài)化顆粒表面負(fù)載有光催化劑(由于粉末容易粘附聚結(jié),流態(tài)化性質(zhì)不好,所以常將負(fù)載在易流態(tài)化的顆粒表面)。根據(jù)流化床的光源內(nèi)置和外置的不同,為使光、氣、固充分接觸,流化床可采用不同的幾何形狀,但目前,氣固流化床光催化反應(yīng)器主要限于實驗室研究,因此多為“二維"流化床的形式。以下是近年來國外采用的幾種用于氣固相光催化反應(yīng)研究的流化床類型。
3.1 平板流化床光反應(yīng)器
平板流化床光反應(yīng)器采用外置光源,由兩個透光性能好的平板玻璃或塑料等垂直安裝制成,兩板間有一小間隔(一般為幾個毫米)。半導(dǎo)體催化劑負(fù)載于顆粒狀載體表面,裝填于床中,由床層底部的多孔布?xì)獍逯?,同時混合有反應(yīng)物的氣流經(jīng)布?xì)獍暹M(jìn)入反應(yīng)器使催化劑顆粒流態(tài)化,紫外光源垂直照射于反應(yīng)面。這種反應(yīng)器較易觀察催化劑顆粒的運(yùn)動、氣流路徑和氣泡性質(zhì),而且結(jié)構(gòu)簡單,制作容易,在研究中使用較多。
D. Iatridis[17]等在平板流化床中進(jìn)行了光能吸收的研究,分析了透光系數(shù)和反射系數(shù)與反應(yīng)器參數(shù)之間的關(guān)系。該反應(yīng)器用高純度氮?dú)庾鬏d氣,使催化劑顆粒流態(tài)化。采用氙光燈作光源,經(jīng)過光柵,篩選出波長為560nm±4nm的光,再通過透鏡,使光線平行,經(jīng)累計球,照射于反應(yīng)器,照射面積為3mm×6mm。研究表明,平均透光系數(shù)隨床層膨脹高度和顆粒直徑的平方根的增加而增加,隨床層厚度的增加而減??;相反,平均反射系數(shù)隨床層高度和顆粒直徑的增加而減小。
Dibble L.A.等[18]采用小試平板流化床進(jìn)行了濕氣流中三氯乙烯(TCE)的光催化氧化研究。TCE的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.8µmol(TCE).g-1(ca.).min-1,量子效率高達(dá)13%。研究表明,該流化床提供了紫外光、TiO2/SiO2催化劑和氣相反應(yīng)物之間高效、連續(xù)的接觸,并能快速對進(jìn)氣氣速、反應(yīng)物組分和光子流的改變做出反應(yīng)。
Satoru Matsuda等[19]采用超細(xì)TiO2顆粒二維流化床光催化處理NOX。反應(yīng)器器壁為2mm的耐熱玻璃,反應(yīng)區(qū)截面為2mm×70mm。擴(kuò)大段高230mm,頂端截面為50mm×70mm,以防止顆粒被氣流攜帶出去。采用1mm的玻璃珠作氣體分布器,UV燈外部照射,為防止紫外光散失,整個裝置置于一黑箱中。研究所用TiO2顆粒粒徑分別為7,20和200nm,實驗結(jié)果表明,催化劑粒徑越小,比表面積越大,粘著力也越大,因此聚團(tuán)流化時不易破碎。用其處理NOX的研究發(fā)現(xiàn),NOX的去除與催化劑比表面積成比例,即催化劑粒徑越小,NOX的去除率越高,說明了該過程受反應(yīng)的限制。
3.2 振動流化床光反應(yīng)器
振動流化床光反應(yīng)器將振動裝置與流化床相結(jié)合,通過外部振動能量使顆粒催化劑流態(tài)化,因此與其它流化床相比,具有在低氣速下操作和防止催化劑顆粒聚結(jié)的優(yōu)點,且更適于處理較高濃度的有機(jī)廢氣。
Alexander V. Vorontsov等[16]采用此裝置次進(jìn)行了相同操作條件下流化床與固定床光催化降解丙酮的比較研究。該反應(yīng)器為圓柱形不銹鋼體,長7.6cm,內(nèi)徑3.8cm,頂端UV燈光透過耐熱玻璃窗射入反應(yīng)器,用“O"型聚四氟乙烯(Teflon)墊圈密封住光的入口。反應(yīng)器底部四個入口彼此成90度,出氣口位于反應(yīng)器上部,在出入口處放置玻璃纖維以防止催化劑隨氣流流失。反應(yīng)器底部由聚四氟乙烯膜、間隔段和擴(kuò)音器組成,擴(kuò)音器的正弦振動由振蕩器和放大器獲得,以實現(xiàn)振動流態(tài)化。經(jīng)與固定床粉末、粒狀及薄膜狀的催化效率比較,結(jié)果表明,催化劑的量子效率的順序為:振動顆粒流化床(8.7%)>顆粒固定床(6.9%)>粉末或膜固定床(5.8%)。不考慮外部傳質(zhì)的影響,流化床中顆粒的自由運(yùn)動,造成了光的間歇照射,同時均勻照射量增加,散射光也被大量吸收,從而提高了光的利用率,獲得了很好的處理效果。粒狀催化劑因造粒過程中提高了TiO2的機(jī)械活性(產(chǎn)生了更多的有效反應(yīng)表面),增加了吸光量而使其優(yōu)于粉末和膜催化劑。粉末和膜催化劑的處理效果相差不多,說明內(nèi)部傳質(zhì)影響可以忽略。
此外,與平板流化床的比較發(fā)現(xiàn),振動流化床在進(jìn)氣量20cm3/min,丙酮濃度500ppm時,可達(dá)到45%的轉(zhuǎn)化率。而Dibble等[18]采用平板流化床處理TCE時,在相似的光強(qiáng)和轉(zhuǎn)化率下,僅可處理TCE的進(jìn)氣濃度為67ppm。氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展
3.3 改進(jìn)的二維流化床光反應(yīng)器
Tak Hyoung Lim等[15]采用改進(jìn)的二維流化床光反應(yīng)器對NO的光催化降解進(jìn)行了研究。這種反應(yīng)器是環(huán)型的,大的石英外管(徑30mm,高400mm)中心放置小的石英內(nèi)管(徑20mm,高375mm),環(huán)的厚度為5mm,此即為反應(yīng)區(qū),內(nèi)裝TiO2/SiO2復(fù)合催化劑。布?xì)獍宀捎?00目孔的石英過濾器,使催化劑能均勻流動。整個反應(yīng)器周圍裝有一個平面鏡箱,以防止光輻射的損失,提高反射光與折射光的利用率。研究表明,當(dāng)表觀氣體流速達(dá)到其Z小流化速度(umf)的1.3倍時,光透射率隨床空隙度呈指數(shù)增加,在氣速2.5umf時NO降解率達(dá)Z大(>70%)。而Yue等[20]使用平板流化床光催化合成氨的Z大值出現(xiàn)在氣速1.8umf的時候。由此可見,二維流化床是一個高效的NO降解工具。與環(huán)流型光反應(yīng)器的比較表明,改進(jìn)二維流化床光反應(yīng)器實現(xiàn)了復(fù)合催化劑、反應(yīng)氣與光之間的高效接觸,并具有良好的UV光傳遞,從而優(yōu)于環(huán)流型光反應(yīng)器。
4 展望
高效氣固相光催化反應(yīng)器的研究與設(shè)計是光催化氧化法工業(yè)化應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵問題之一,已日益引起人們的重視。但總體來說,國外關(guān)于該反應(yīng)器的研究報道還比較少,主要限于實驗室研究,而國內(nèi)的研究才剛剛起步,因此氣固相光催化反應(yīng)器的工業(yè)化應(yīng)用還有許多問題需要進(jìn)一步探討和研究。
(1)工業(yè)化反應(yīng)器設(shè)計要求結(jié)構(gòu)簡單、光催化效率高、可長期穩(wěn)定運(yùn)行。其中提高光催化效率,就是要使光催化反應(yīng)器中的光、固、氣三相接觸達(dá)到。這個要求技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理。就目前流化床光反應(yīng)器的設(shè)計來說,還有許多方面需要改進(jìn),如紫外光的均勻分布、流化條件的固定方法[21]等。另外,流化床一般采用電光源,電能的消耗在經(jīng)濟(jì)上是一個很大的負(fù)擔(dān),如何建立高效流化床光催化反應(yīng)裝置,增大光與催化劑的觸表面面積,提高光能的利用率也是一個尚待解決的問題。
(2)設(shè)計工業(yè)化的反應(yīng)器需要大量描述反應(yīng)器運(yùn)行的動力學(xué)數(shù)據(jù)和反應(yīng)器模型。目前,實驗研究落后于理論分析,試驗數(shù)據(jù)不足以對這些模型進(jìn)行驗證和考察,同時理論研究也不能夠很好地指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計,這大大阻礙了流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展。因此,迫切要求對流化床光催化反應(yīng)器進(jìn)行更深入、更系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究,如流態(tài)化、光吸收、反應(yīng)物吸附與反應(yīng)動力學(xué)之間的相互作用,以促進(jìn)反應(yīng)器模擬和設(shè)計方法的建立與完善。氣固流化床光催化反應(yīng)器的研究進(jìn)展
隨著我國各種相關(guān)技術(shù)的不斷提高、科技人員的不懈努力及大量研究的投入,相信氣固相光催化反應(yīng)器yi定能夠從實驗室走向工業(yè)化。而流化床的應(yīng)用更能發(fā)揮光催化這種高J氧化技術(shù)的優(yōu)勢,使其成為一種有效的廢氣治理方法。
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