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钛(Ti)是TiO2的金属单质,在地球金属中储量占第四位,次于铝、铁、镁。钛是典型的过渡元素,根据价键理论,其核外电子轨道d轨道未充满,因此可随反应条件而与反应物直接作用或对反应产生间接影响。
05-2021
化学气相沉积法是传统的制膜技术,是利用气态物质在固体表面上进行化学反应,生成固态沉积物的过程,前驱物需用载气输送到反应室进行反应。化学气相沉积法在负载TiO2时,系用钛醇盐或钛的无机盐作为原料,在加热的条件下使其气化,在惰性气体的携带下在载体表面进行化学反应形成一层TiO2薄膜。
液相法制备纳米TiO2的合成温度低、工艺简单以及设备投资小、是制备纳米TiO2粉体的较理想方法。液相法中,主要有水热合成法、溶胶-凝胶法、微乳液法、均匀沉淀法以及电泳沉积法等。
光催化反应器作为光催化反应的主体设备,它决定了催化剂活性的发挥和对光源的利用等问题,而这两个因素直接决定了光催化反应的效率。一个成功的反应器必然体现了催化剂活性和光源利用率的最优化组合。所以,如何提高对光源的利用率以及使催化剂活性得到最大限度发挥已成为反应器研制和开发的中心课题,也是光催化研究的重点之一。
PTC技术能够充分地利用直接照射的太阳光,能使日光光强数十倍地增加,从而使能量高的紫外辐射显著提高,此外反应器体积较小,水流为紊流状态,传质效率高,且闭路的系统不存在污染物挥发的问题,是一种相对成熟的技术。但此种反应器也存在一些难以克服的缺点。
光催化剂自身的性质对催化性能的影响是一个不容忽视的指标,粒径与比表面、表面羟基和混晶效应是影响催化剂活性的自身因素。催化剂的粒子越小以及比表面积越大,会有助于反应物的吸附,反应速率和效率就越大;同时粒径越小,电子和空穴的简单复合概率越小,光催化活性就越好。表面羟基能与空穴反应生成过氧化物,是表示复合中心的指标之一。最后,由于晶体结构不同,锐钛矿和金红石晶体混合后产生混晶效应,能有效地促进锐钛矿晶体中光生电子和空穴的分离。
研究表明,TiO2催化活性与催化剂粒度、晶形结构等有关,当具有混晶结构和小粒度时,催化效果较好,其中制备方法对TiO2晶形结构、粒度等性质影响较大,且影响催化剂的后续处理。通过对制备方法操作条件的改变,来得到性能更好的催化剂。
TiO2光催化剂主要存在如下缺点:一是载流子复合率高,量子效率较低;二是光吸收波长范围窄,吸收波长阀值大都在紫外光区,太阳光利用率低(仅占3%~5%)。因此,对TiO2的改性主要从以下两方面着手。
尽管超临界水氧化法具备了很多优点,但其高温高压的操作条件无疑对设备材质提出了严格的要求。另一方面,虽然已经在超临界水的性质和物质在其中的溶解度及超临界水化学反应的动力学和机理方面进行了一些研究,但是这些与开发、设计和控制临界水氧化过程必需的知识和数据相比,还远不能满足要求。在实际进行工程设计时,除了考虑体系的反应动力学特性以外,还必须注意一些工程方面的因素,例如腐蚀、盐的沉淀、催化剂的使用、热量传递等。
超临界水氧化需在高温高压下进行,因此,设备的一次性投资及运行费用均较大。国外的研究表明,要获得500~600℃高温,废水的理论热值应>3400kJ/kg,即如果废水的COD值达到30000mg/L以上,则反应可以自动进行,不需外界供给热量,可大大降低SCWO过程的运行成本。
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