【正文】 ?即 1 1 1G v G v S vK a k a k a???11S v G v S vK a k a k a???式中 , β —— 等溫吸附平衡曲線的平均斜率 。在物理吸附情況下 ,用液體界膜物質(zhì)移動系數(shù) kL代替 kS,就可以得到與上式完全相同的關(guān)系式。因此 ,控制分子污染是對通風(fēng)空調(diào)技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 吸附質(zhì) 活性炭纖維 粒狀活性炭 吸附質(zhì) 活性炭纖維 粒狀活性炭 正丁硫醇 甲 苯 333 243 二甲硫醚 環(huán)乙烷 232 185 二硫化碳 丙 醇 319 224 苯 326 213 甲 醇 288 205 苯乙烯 328 219 表 有機物的平衡吸附容量 單位 :mg/g 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 吸附凈化 與粒狀活性炭相比，活性炭纖維除具有大得多的比表面積外，同時還具有大量的微孔結(jié)構(gòu)的特征，致使吸附質(zhì)在活性炭纖維內(nèi)擴散阻力減小，吸附速度加快。在同樣的比表面積時，活性炭纖維比粒狀活性炭對吸附的能力更高，而吸附低濃度的吸附質(zhì)時也更有效。在室內(nèi)空氣凈化方面，也取得了較好的效果，活性炭纖維不僅能廣泛用于有機物的吸附清除，而且能夠有效驅(qū)除異味。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有氧化還原能力而凈化污染物的。結(jié)果表明，這一技術(shù)不但在廢水凈化處理方面具有巨大潛能，在空氣凈化（特別是在揮發(fā)性有機物 VOC）方面也具有廣闊應(yīng)用前景。 由于光催化氧化分解揮發(fā)性有機物，可以利用空氣中的 O2作氧化劑，而反應(yīng)能在常溫常壓下進行，在分解有機物的同時還能殺菌除臭，所以特別適合于室內(nèi)揮發(fā)性有機物的凈化。 TiO2——作為催化劑 (是由其本身的光電特性所決定的 )。 :(右圖示 ) 根據(jù)半導(dǎo)體粒子特性，超細半導(dǎo)體粒子所含有的能帶結(jié)構(gòu)，通常是由一充滿電子 (h+)的低能價帶和一個空的高能導(dǎo)帶 (e)構(gòu)成。 2T iO h v e h??? ? ?導(dǎo)帶 e 價帶 h+ 禁帶 TiO2半導(dǎo) 體材料 納米微粒 光催化作用機理與光催化氧化反應(yīng)模型 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 原理 : 當(dāng)半導(dǎo)體材料受到紫外線照射時 (波長 λ≤ ),價帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進入導(dǎo)帶，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，電子與空穴分離并遷移到粒子表面 的不同位置。從而使 VOC完全無 機化，達到消除 VOC之目的，同時也 起到了除臭作用。 二、光催化反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型 與一般的催化反應(yīng)類似 ,光催化氧化分解有機物的反應(yīng) ,一般涉及到兩個過程 :其一 ,傳熱傳質(zhì)過程 。 兩過程包括下列 7個步驟： ①反應(yīng)物從氣流中通過層流邊界層向催化劑外表面擴散； ②反應(yīng)物從催化劑外表面通過微孔向催化劑內(nèi)表面擴散； ③反應(yīng)物被催化劑表面化學(xué)吸附； ④反應(yīng)物在催化劑表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)； ⑤反應(yīng)產(chǎn)物脫附離開催化劑表面； ⑥反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴散； ⑦反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴散到主氣流中 。 上述模型適用于在不同活性中心進行的氧化還原反應(yīng)。 t ——反應(yīng)時間 ,ns； “” ——濃度衰減。對丙酮的光催化實驗表明 ,LH模型能夠很好的描述其反應(yīng)速率。 主要采用的方法有共混紡絲法、靜電紡絲法、接枝法和后整理法。 如：耐高溫、耐腐蝕、抗靜電、水、拒油、阻燃、清除有害氣體等而開發(fā)的空氣過濾材料。 ② 抗靜電 抗靜電最好的方法就是屏蔽。 ③ 防水、防油 由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存在，所以在宏觀表面上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無法與材料表面直接接觸，從而使材料表面呈現(xiàn)超常的雙疏性。 ⑤ 清除室內(nèi)有機物污染物 TiO2性能最佳，能被陽光和日光燈中紫外線激勵，不需特殊的光源，可以徹底分解所有的有機物，并降解為無害的二氧化碳和水。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 2. 光催化反應(yīng)器的設(shè)計 1）光催化反應(yīng)器的模擬與設(shè)計 光催化反應(yīng)器可以分解為反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、動量傳遞來進行處理。 對于光催化反應(yīng)過程，反應(yīng)速率取決于局部體積能量吸收速率（ LBREA），而 LBREA取決于反應(yīng)器內(nèi)輻射能分布，因此確定反應(yīng)器內(nèi)輻射能分布是建立光催化反應(yīng)器模擬所必須解決的關(guān)鍵問題。 空氣凈化裝置設(shè)計中，光催化反應(yīng)器的設(shè)計必須解決的問題是氣固的良好接觸與氣阻見的矛盾、光能傳播到所有的催化劑表面以及光的利用率。 四種型式，即環(huán)管狀反應(yīng)器、填充式反應(yīng)器、平板式反應(yīng)器和箱式反應(yīng)器，如下圖所示： （ Ⅰ ）環(huán)管狀反應(yīng)器 （ Ⅱ ）填充式反應(yīng)器 （ Ⅲ ） 平板式反應(yīng)器 （ Ⅳ ）箱式反應(yīng)器 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) A：氣體流量的影響 流量改變，催化劑表面的流速也隨之改變，催化劑固定化后存在傳質(zhì)的影響。圖 511顯示了循環(huán)流量對光催化氧化丙酮凈化效率的影響。 影響光催化凈化的主要因素 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) B： TiO2用量的影響 其他條件同上，控制流量為 L/min，改變催化劑用量。開始時隨著催化劑用量的增加，丙酮凈化效率增大，達到一定值后，再增加 TiO2的量，丙酮凈化效率反而減小。但粒子之間的遮蔽作用以及系統(tǒng)的紫外光光強是一定的，當(dāng)催化劑用量達到一定值時，光催化活性提高緩慢，凈化效率上升緩慢。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) C：起始質(zhì)量濃度的影響 由圖 513可知，隨著初始質(zhì)量濃度的升高，丙酮凈化效率逐漸降低由于初始質(zhì)量濃度越小，每個丙酮分子平均吸收的光子能量越多，氧化效率越高，從而丙酮的凈化效率就越高。 H2O的抑制或促進效應(yīng)可歸因于反應(yīng)物與水蒸氣之間在光催化劑表面的競爭吸附能力。 H2O對 1丁醇在 TiO2表面的吸附影響不大，其反應(yīng)速率不因 H2O而改變，因而對 1丁醇的轉(zhuǎn)化率無影響。另外， pH值的大小對分散劑的分散性能有較大的影響。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 2. TiO2結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響 研究中發(fā)現(xiàn)，由于 TiO2具有高活性和穩(wěn)定性等性質(zhì)，因此目前在光催化技術(shù)中廣泛應(yīng)用超細微粒 TiO2作為催化劑。目前常用的惰性載體有： Al2O SiO玻璃纖維、光導(dǎo)纖維、活性炭等。 技術(shù)上兩者均要達到： A ： TiO2不易脫落下來； B ： TiO2能獲得高的光催化活性。一般認為銳鈦礦型活性較高。銳欽礦的質(zhì)量密度（ g /cm3） ,金紅石型（ g /cm3）。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) B：粒徑的影響 ① 納米半導(dǎo)體粒子所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價帶能級變成分立的能級，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變得更負，價帶電位變得更正。 ② 對半導(dǎo)體粒子而言，其粒徑通常小于空間電荷層的厚度。 ③ 對于所有的催化劑，超微粒子化將使表面積增大，從而使催化劑活性增大，吸附位增加。表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素。 D：焙燒條件 通常情況下，提高焙燒溫度會導(dǎo)致光催化活性降低。此外焙燒溫度升高到一定程度，還會引起晶型由銳礦型向金紅型的轉(zhuǎn)變。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 12 ??gm 1??gueqT/℃ 氣氛 比表面積 / 表面 OH－ 的密度 / 未經(jīng)處理 333 600 Ar 106 700 Ar 67 800 Ar 43 900 Ar 17 1000 Ar 6 1000 O2 13 表 55 TiO2熱處理之后的表面性能 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 光催化在空氣凈化中的應(yīng)用研究 (1)納米光催化技術(shù)在空氣凈化中應(yīng)用的優(yōu)點 目前 ,納米光催化技術(shù)越來越受到重視 ,該技術(shù)在凈化室內(nèi)空氣污染物方面有很多其他方法所不具備的優(yōu)勢 : ① 廣譜性 。 ② 經(jīng)濟性 。 ③ 消毒滅菌 。 (2)光催化凈化空氣技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品 ,大致可分為 3種類型 ： 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) ① 結(jié)構(gòu)材料 :獲得具有光催化功能的新型材料 ,如貼面材料 、 天花板 、墻紙等 。 ③ 潔凈燈 :將光催化劑直接復(fù)合到燈的外壁制成各種燈具 。二是燈的表面能達到自潔 。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 光催化和其他方法的綜合作用 (1)光催化與吸附方法聯(lián)用 : 采用這種綜合方法處理揮發(fā)性有機物 (VOCs),可利用活性炭的吸附能力使 VOCs匯集到一特定空間 ,再利用光催化技術(shù)降解 。 同時 ,可以吸附中間副產(chǎn)物 ,使其進一步被光催化氧化達到完全凈化 。 這種聯(lián)合作用可以減少臭氧用量 ,可以增加羥基自由基的產(chǎn)生量 ,從而提高光催化效率 。 目前 ,臭氧 —光催化凈化技術(shù)的研究還主要集中在液相中有機物的去除 。 利用等離子體凈化氣態(tài)污染物自 20世紀(jì) 70年代開始研究以來 ， 顯示出了獨特的優(yōu)點和良好的發(fā)展前景 。 本節(jié)主要介紹等離子體及其分類 、制備 、 非平衡等離子體的產(chǎn)生方法及其在空氣凈化中的應(yīng)用 。 (1)定義 :等離子體是一種非常特殊的導(dǎo)電氣態(tài)物質(zhì) ,又被稱為除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之外的第四種物質(zhì)狀態(tài) ,是電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。 其電子溫度高達 104K以上 ,而離子和原子之類的重粒子溫度卻可低到 300K～ 500K。 ①熱平衡等離子體 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 非平衡態(tài)的等離子體的電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物分子激發(fā) 、 離解和電離 ,同時反應(yīng)體系又可保持低溫 ,乃至接近室溫 。 制備方法 :電子束輻射法、氣體放電法。OH,O等 )可與污染物進行反應(yīng) ,使之氧化去除 。 目前存在一些技術(shù)問題 , 電子槍價格昂貴 ,電子槍 、 靶窗的壽命短以及X射線的屏蔽與防護問題也不容易解決 ,從而限制了其在室內(nèi)空氣凈化方面的實際應(yīng)用和推廣 。② 介質(zhì)阻擋放電 。 其中 ,電暈放電又包括直流電暈、脈沖電暈和交流電暈。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 非平衡等離子體空氣凈化機理 非平衡等離子體空氣凈化機理涉及到三個同時發(fā)生的三個過程 : (1)預(yù)荷電集塵 。(3)負離子發(fā)生。 其處理過程分 3個階段 : ① e + M(氣體分子 )→M － 。 ③ (SPM)－ → SPM(沉積在集塵極上 )。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 (2)催化凈化原理 : 催化凈化機理包括 2方面 : ① 在產(chǎn)生等離子體的過程中 ,高頻放電產(chǎn)生的瞬時高能量 ,打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵 ,使其分解成單質(zhì)原子或無害分子 。OH、 O等自由基和氧化性極強的 O3,它們與有害氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成無害產(chǎn)物 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物主要包括 VOCs(揮發(fā)性有機物 ),CO,CO2,H2S,SO2和 NH3,其低溫非平衡等離子體催化凈化的作用機理如下： ①自由基的產(chǎn)生 : ? ?2H O e 5 . 0 9 e V O H H ?? ? ? ?③ 氣體分子的氧化分解 : ②氣體分子離解 : ? ?2O e 3 . 6 e V O O ?? ? ? ?? ?2C O e 3 . 8 5 e V C O O ?? ? ?? ?C O e 1 1 . 1 2 e V C O? ? ?22C O O H H O C O? ? ? ?22H S O H H S H O? ? ? ?3 2 4H S O H S O??室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化