納米光觸媒技術在大氣污染中的應用,可以提高大氣污染的治理水平。納米光觸媒技術的光敏效果好,容易達到反應條件,效率高,對環境和人體有無害特征,納米光觸媒技術已成為當前社會最先進的空氣凈化技術。分析研究納米光觸媒技術,充分了解其在大氣污染治理中的應用,有利于解決中國嚴重的煙霧問題,優化人們的生活環境,促進經濟的快速發展。
一、納米光觸媒技術理論
太陽能作為取之不盡,用之不竭的清潔能源之一,在能源短缺和環境污染日益嚴重的今天,其有效利用尤為重要。光催化污染物分解技術可以充分利用太陽能,解決大氣污染物的處理問題。納米光觸媒技術作為一種新型的大氣污染物治理方法,在大氣污染治理方面具有很大的應用潛力。與傳統的物理吸附法(活性炭)相比,利用納米光催化技術凈化空氣具有以下優點:催化分解反應可在常溫常壓下進行,操作簡單,在太陽光的刺激下,可以有效地去除NOx和VOCs等大氣污染物,不會造成二次污染。
光觸媒技術理論主要基于Fu-jishima-Honda效應,上世紀70年代后期,Frank和Bard對TiO2表面水中氰化物的光分解研究和Carey等多氯聯苯在TiO2紫外光下的分解研究大大推進了光觸媒技術對環境污染管理的研究。半導體材料的催化氧化機理如下:當能量大于禁帶寬度的光照射半導體催化劑時,價格帶(va-lenceband、VB)上的電子被激發,跳過禁帶進入導帶(conductionband、CB),價格帶產生與電子()對應的空洞(),即產生自由電子-空洞對應,活躍的電子、空洞在電場的作用下,可以從半導體的導帶、價格帶轉移到半導體/吸附物的接口,跳過接口,使被吸附物恢復和氧化價格帶空穴()將吸附的H2O氧化為羥基自由基(),導游電子()將空氣中的O2恢復為超氧自由基()。這兩個自由基()是分解污染物的重要活性基。其反應原理如下:
二、納米光催化技術的實際應用
納米光催化技術廣泛應用于大氣污染管理,TiO2作為應用效果好的光催化劑,具有耐酸堿性、耐光腐蝕性、化學性穩定性好、來源豐富、能源大、產生的光電子和空穴電勢電位高等優點。但在實際納米光觸媒技術的應用過程中,很容易受到觸媒、有機物濃度的影響。因此,在大氣污染治理過程中,相關人員應重視這些因素對光觸媒技術的影響。
(1)催化劑對納米光催化技術的影響。納米光觸媒技術的原理是利用觸媒凈化大氣。在反應過程中,催化劑的表面積、粒徑等會影響納米光催化反應。例如,催化劑的粒徑縮小時,溶液中的單位質量粒子增加,光的吸附效率增加,但光的吸收不容易飽和催化劑系統的表面積增加時,催化劑參加反應的面積增加,有利于催化反應的進行,相反催化反應的進行此外,催化劑的表面羥基和混晶效應也是影響納米光催化反應的另一個因素。
(2)光源和光強對大氣污染的影響。納米光觸媒技術常用的光源有黑光燈、高低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等,波長在200-400nm范圍內。一般來說,在納米光催化反應過程中,其光強度越強,催化反應速度越適合常數,但光量子效率隨光強度的變化而變化。另外,PH值不同,催化劑和無機鹽等也會影響納米光催化技術的反應。
三、納米光催化大氣污染控制技術與其他技術的聯用
(一)室內污染控制與通風技術。目前常用的室內環境凈化和通風技術有主動式和被動式兩種。前者將室內環境凈化裝置與機械通風系統有機結合為一體,后者采用空氣凈化過濾器與自然通風系統結合。這兩種技術都與高效通風技術有關,前者主要針對外源性污染,可采用高效低阻過濾方式后者主要針對內源性污染,比較有效的方式是各種室內凈化技術。目前主要換氣方式有混合換氣、換氣、個性化送風。混合換氣和置換換換氣以創造室內的感冒環境為目的,提高空調設定的溫度必然會降低室內人員的熱舒適性的個性化送風在實際使用中受到制約,在實際工程中很少。
(二)過濾技術。過濾工藝主要包括納米纖維過濾工藝、光觸媒纖維過濾工藝、膜過濾工藝。納米纖維過濾技術具有一定梯度結構的復合過濾材料可以大大提高過濾性能,已經用于室內空氣凈化、水體有機物凈化等領域,有望實現大規模的工程化應用;納米光觸媒技術是一種新型的處理空氣污染物的方法,在空氣污染控制方面具有很大的應用潛力。
四、結語
在大氣污染處理過程中,單獨利用納米光催化技術的效果并不特別明顯,因此在大氣污染處理過程中,相關人員應有效結合納米光催化技術和其他先進的大氣凈化技術,提高大氣污染處理效果,保證人們的生活健康。
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