氣固相光催化反應器的特點長期間、類型及研究現(xiàn)狀基本情況。根據(jù)反應器的結(jié)構(gòu)機製，氣固相光催化反應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器應用于廢氣處理中的研究進展情況集成應用，闡明了新型流化床光催化反應器的研究與設計是光催化氧化法工業(yè)化過程中需要解決的關(guān)鍵問題之一探討，分析了其存在的問題，并對今后的發(fā)展方向進行了展望高效流通。

隨著能源價格的持續(xù)上漲和環(huán)境污染的日趨嚴重合規意識，半導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)具有工藝簡單有效性、能耗低、無二次污染和降解*的特點機遇與挑戰。因為半導體受一定能量光照射而產(chǎn)生的光生空穴和電子具有很強的氧化性和還原性,可以無選擇的將半導體顆粒表面的吸附物氧化還原為ＣＯ₂和Ｈ₂Ｏ廣泛關註。國內(nèi)外有關(guān)光催化降解水中有機污染物的研究已有十余年歷史，近幾年來集成技術，隨著對低濃度(μｇ/ｍ³)揮發(fā)性有機物（VOCs）所帶來的空氣污染問題的重視就能壓製，人們認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適應能力。氣固相光催化反應器是光催化過程的核心設備更優美，它的設計和應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)效率高防控、操作范圍寬成效與經驗、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器的研究熱潮堅實基礎。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器的研制及應用情況稍有不慎，并對其發(fā)展趨勢進行了展望。

1 氣固相光催化反應器的特點

　　光催化反應器與傳統(tǒng)反應器的不同之處在于需要有光源的存在等地，因此它的設計更加復雜最為顯著，除了考慮傳統(tǒng)的反應器所涉及的如質(zhì)量傳遞和混合、反應物和催化劑的接觸規定、流動方式環境、反應動力學、催化劑的安裝高質量、溫度的控制等問題外相對簡便，還要考慮光能在反應器內(nèi)的傳播與均勻分布，因為只有吸收了適當?shù)墓庾佣坏拇呋瘎┎啪哂写呋钚越鉀Q方案。另外趨勢，光強的選擇也極為重要，它對光催化反應的影響隨反應物的不同而有所不同作用。但通常在較低光強下反應速率與光通量呈一級反應相互配合，在較高光強下反應速率為半級慢體驗，即光效率隨光強增加而下降。光催化反應器的反應能力受照射光分布和光強的影響這些特性給光反應器的理論分析智能化、實驗研究和工業(yè)化應用均帶來了困難科技實力，多相體系中固體催化劑的存在更增加了問題的復雜性。

　　根據(jù)相態(tài)的不同建設，光催化反應器可分為氣固相光催化反應器與液固相光催化反應器在此基礎上。與液固相相比，氣固相光催化反應器通常需要在高氣體體積流量下操作^[2]前來體驗，要求有很好的氣密性自主研發，同時要便于物料的裝卸；需要固定化的催化劑更加廣闊，若使用粉末催化劑損耗，只能造成氣阻增大，催化劑流失嚴重或分散不均等不利情況而影響非常完善。

整個光催化效果（但一般認為光催化劑固定后比表面積減小性能穩定，其催化效率有所降低）。兩者的相同點是作用，都需要實現(xiàn)反應物情況正常、催化劑與入射光的充分接觸，這可以通過改善反應器中光的分布和提高催化劑的比表面積的方法來實現(xiàn)技術特點。氣固流化床光催化反應器的研究進展

2 氣固相光催化反應器的研究現(xiàn)狀

　　半導體多相光催化反應的早研究可追溯到1972年日本科學家Fujihims和Honda發(fā)現(xiàn)在近紫外光（380nm波長的光）的作用下提高鍛煉，金紅石型TiO₂單晶電極能使水在常溫常壓下連續(xù)分解為氫氣和氧氣。其在環(huán)保中的應用則始于1976年加拿大科學家John H. Catey等將TiO₂光催化應用于劇毒多氯聯(lián)苯降解的研究凝聚力量。氣固相光催化氧化技術(shù)至今未能工業(yè)化的一個主要原因是光反應器的缺乏也逐步提升。目前，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單註入了新的力量、反應效率高的新型光反應器已成為氣固相光催化技術(shù)的一個重要研究方向重要的作用。

　　氣固相光催化反應器根據(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)簡單去創新，易于操作足夠的實力，隨處理程度不同可一次性或回流循環(huán)處理。有關(guān)固定床光催化反應器的研究較多學習，出現(xiàn)了多種反應器類型結構重塑，如間歇式反應器^[3,4]、光導纖維反應器（OFR）^[5,6]應用優勢、環(huán)形反應器^[7-9]高質量發展、管狀反應器^[10-13]和整體構(gòu)造反應器（即蜂窩狀反應器）^[14]等。

流化床的結(jié)構(gòu)相對復雜高效節能，操作中需要滿足壓降小影響力範圍、高氣速的要求大局，過程不易控制，因此研究難度較大邁出了重要的一步，報道得較少有序推進。然而，流化床可改善傳質(zhì)條件需求，提供光對顆粒的連續(xù)照射堅定不移，提高催化劑表面積與反應器容積之比，可通過調(diào)節(jié)載體膨脹率提高光的透射率更讓我明白了。與固定床的比較研究表明^[15,16]迎難而上，流化床比固定床能更好地實現(xiàn)反應物、催化劑與入射光的充分接觸探索，提高光催化效率進一步完善。并且，由于流化床*的改善了污染物與催化劑的傳質(zhì)條件競爭力，比固定床更適合于處理較高濃度的有機廢氣。流化床的這些優(yōu)點已逐漸引起了人們的注意狀況，為使氣固相光催化反應實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應用機製性梗阻，流化床光反應器的研制和開發(fā)勢在必行，國內(nèi)外已有不少研究人員投入了該項工作全過程，并取得了不菲的成績集成應用。

3 氣固流化床光催化反應器

　　氣固流化床光催化反應器與其它工業(yè)流化床所不同的是：(1)在反應器中安裝有人工紫外光源；(2)流化床中流態(tài)化顆粒表面負載有*光催化劑（由于粉末*容易粘附聚結(jié)不負眾望，流態(tài)化性質(zhì)不好高效流通，所以常將*負載在易流態(tài)化的顆粒表面）。根據(jù)流化床的光源內(nèi)置和外置的不同精準調控，為使*功能、氣、固充分接觸體系，流化床可采用不同的幾何形狀生產製造，但目前，氣固流化床光催化反應器主要限于實驗室研究攜手共進，因此多為“二維”流化床的形式共同。以下是近年來國外采用的幾種用于氣固相光催化反應研究的流化床類型。

3.1 平板流化床光反應器

　　平板流化床光反應器采用外置光源經過，由兩個透光性能好的平板玻璃或塑料等垂直安裝制成簡單化，兩板間有一小間隔（一般為幾個毫米）。半導體催化劑負載于顆粒狀載體表面明確了方向，裝填于床中系統性，由床層底部的多孔布氣板支撐勇探新路，同時混合有反應物的氣流經(jīng)布氣板進入反應器使催化劑顆粒流態(tài)化，紫外光源垂直照射于反應面便利性。這種反應器較易觀察催化劑顆粒的運動方法、氣流路徑和氣泡性質(zhì)，而且結(jié)構(gòu)簡單提供有力支撐，制作容易切實把製度，在研究中使用較多。

　　D. Iatridis^[17]等在平板流化床中進行了光能吸收的研究自行開發，分析了透光系數(shù)和反射系數(shù)與反應器參數(shù)之間的關(guān)系進行部署。該反應器用高純度氮氣作載氣，使催化劑顆粒流態(tài)化應用情況。采用氙光燈作光源保護好，經(jīng)過光柵，篩選出波長為560nm±4nm的光表現，再通過透鏡特點，使光線平行，經(jīng)累計球結論，照射于反應器和諧共生，照射面積為3mm×6mm。研究表明適應性強，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技術交流，隨床層厚度的增加而減小拓展；相反資源配置，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行了濕氣流中三氯乙烯（TCE）的光催化氧化研究相關。TCE的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化率達到0.8µmol(TCE).g^-1(ca.).min^-1,量子效率高達13%大力發展。研究表明，該流化床提供了紫外光生產效率、TiO₂/SiO₂催化劑和氣相反應物之間不同需求、連續(xù)的接觸，并能快速對進氣氣速保持穩定、反應物組分和光子流的改變做出反應總之。

　　Satoru Matsuda等^[19]采用超細TiO₂顆粒二維流化床光催化處理NO_X。反應器器壁為2mm的耐熱玻璃支撐作用，反應區(qū)截面為2mm×70mm研學體驗。擴大段高230mm，頂端截面為50mm×70mm最為突出，以防止顆粒被氣流攜帶出去落實落細。采用1mm的玻璃珠作氣體分布器相結合，UV燈外部照射，為防止紫外光散失製高點項目，整個裝置置于一黑箱中為產業發展。研究所用TiO₂顆粒粒徑分別為7,20和200nm，實驗結(jié)果表明有所增加，催化劑粒徑越小各項要求，比表面積越大，粘著力也越大越來越重要的位置，因此聚團流化時不易破碎新技術。用其處理NO_X的研究發(fā)現(xiàn)，NO_X的去除與催化劑比表面積成比例順滑地配合，即催化劑粒徑越小深入，NO_X的去除率越高，說明了該過程受反應的限制前沿技術。

3.2　振動流化床光反應器

　　振動流化床光反應器將振動裝置與流化床相結(jié)合基礎，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多種方式，具有在低氣速下操作和防止催化劑顆粒聚結(jié)的優(yōu)點對外開放，且更適于處理較高濃度的有機廢氣。

　　Alexander V. Vorontsov等^[16]采用此裝置進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不合理波動。該反應器為圓柱形不銹鋼體，長7.6cm重要工具，內(nèi)徑3.8cm積極拓展新的領域，頂端UV燈光透過耐熱玻璃窗射入反應器，用“O”型聚四氟乙烯（Teflon）墊圈密封住光的入口更優質。反應器底部四個入口彼此成90度相對開放，出氣口位于反應器上部，在出入口處放置玻璃纖維以防止催化劑隨氣流流失脫穎而出。反應器底部由聚四氟乙烯膜拓展應用、間隔段和擴音器組成，擴音器的正弦振動由振蕩器和放大器獲得結構，以實現(xiàn)振動流態(tài)化管理。經(jīng)與固定床粉末、粒狀及薄膜狀*的催化效率比較能力建設，結(jié)果表明模樣，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)的影響服務，流化床中顆粒的自由運動很重要，造成了光的間歇照射能力和水平，同時均勻照射量增加，散射光也被大量吸收異常狀況，從而提高了光的利用率研究，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的機械活性（產(chǎn)生了更多的有效反應表面）應用創新，增加了吸光量而使其優(yōu)于粉末和膜催化劑提高。粉末和膜催化劑的處理效果相差不多，說明內(nèi)部傳質(zhì)影響可以忽略生產製造。

　　此外開展試點，與平板流化床的比較發(fā)現(xiàn)十大行動，振動流化床在進氣量20cm³/min製度保障，丙酮濃度500ppm時更加廣闊，可達到45%的轉(zhuǎn)化率有望。而Dibble等^[18]采用平板流化床處理TCE時集成技術，在相似的光強和轉(zhuǎn)化率下適應性，僅可處理TCE的進氣濃度為67ppm敢於挑戰。氣固流化床光催化反應器的研究進展

3.3　改進的二維流化床光反應器

　　Tak Hyoung Lim等^[15]采用改進的二維流化床光反應器對NO的光催化降解進行了研究特征更加明顯。這種反應器是環(huán)型的設計，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)業務指導，環(huán)的厚度為5mm，此即為反應區(qū)就此掀開，內(nèi)裝TiO₂/SiO₂復合催化劑長足發展。布氣板采用100目孔的石英過濾器，使催化劑能均勻流動穩步前行。整個反應器周圍裝有一個平面鏡箱結構不合理，以防止光輻射的損失，提高反射光與折射光的利用率逐步改善。研究表明意見征詢，當表觀氣體流速達到其小流化速度（u_mf）的1.3倍時，光透射率隨床空隙度呈指數(shù)增加大大提高，在氣速2.5u_mf時NO降解率達大（＞70%）的必然要求。而Yue等^[20]使用平板流化床光催化合成氨的大值出現(xiàn)在氣速1.8u_mf的時候。由此可見取得了一定進展，二維流化床是一個的NO降解工具完善好。與環(huán)流型光反應器的比較表明，改進二維流化床光反應器實現(xiàn)了復合催化劑積極參與、反應氣與光之間的接觸部署安排，并具有良好的UV光傳遞，從而優(yōu)于環(huán)流型光反應器。

4 展望

　　氣固相光催化反應器的研究與設計是光催化氧化法工業(yè)化應用需要解決的關(guān)鍵問題之一推廣開來，已日益引起人們的重視推動。但總體來說，國外關(guān)于該反應器的研究報道還比較少資源配置，主要限于實驗室研究信息，而國內(nèi)的研究才剛剛起步，因此氣固相光催化反應器的工業(yè)化應用還有許多問題需要進一步探討和研究大力發展。

　　(1)工業(yè)化反應器設計要求結(jié)構(gòu)簡單豐富內涵、光催化效率高、可*穩(wěn)定運行產能提升。其中提高光催化效率適應性，就是要使光催化反應器中的光、固通過活化、氣三相接觸達到*優(yōu)化發展成就。這個*優(yōu)化要求技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理重要方式。就目前流化床光反應器的設計來說開展面對面，還有許多方面需要改進，如紫外光的均勻分布非常重要、流化條件和*的固定方法^[21]等進一步提升。另外，流化床一般采用電光源營造一處，電能的消耗在經(jīng)濟上是一個很大的負擔改革創新，如何建立流化床光催化反應裝置，增大光與催化劑的接觸表面面積取得顯著成效，提高光能的利用率也是一個尚待解決的問題新模式。

　　(2)設計工業(yè)化的反應器需要大量描述反應器運行的動力學數(shù)據(jù)和反應器模型。目前估算，實驗研究落后于理論分析講理論，試驗數(shù)據(jù)不足以對這些模型進行驗證和考察的可能性，同時理論研究也不能夠很好地指導反應器的設計不要畏懼，這大大阻礙了流化床光催化反應器的研究進展。因此問題，迫切要求對流化床光催化反應器進行更深入逐漸顯現、更系統(tǒng)的基礎研究，如流態(tài)化系統穩定性、光吸收拓展基地、反應物吸附與反應動力學之間的相互作用，以促進反應器模擬和設計方法的建立與完善。氣固流化床光催化反應器的研究進展

隨著我國各種相關(guān)技術(shù)的不斷提高體系流動性、科技人員的不懈努力及大量研究的投入探索創新，相信氣固相光催化反應器一定能夠從實驗室走向工業(yè)化。而流化床的應用更能發(fā)揮光催化這種氧化技術(shù)的優(yōu)勢實現了超越，使其成為一種有效的廢氣治理方法新產品。