纳米光触媒技术在大气污染中的应用,可以提高大气污染的治理水平。纳米光触媒技术的光敏效果好,容易达到反应条件,效率高,对环境和人体有无害特征,纳米光触媒技术已成为当前社会最先进的空气净化技术。分析研究纳米光触媒技术,充分了解其在大气污染治理中的应用,有利于解决中国严重的烟雾问题,优化人们的生活环境,促进经济的快速发展。
一、纳米光触媒技术理论
太阳能作为取之不尽,用之不竭的清洁能源之一,在能源短缺和环境污染日益严重的今天,其有效利用尤为重要。光催化污染物分解技术可以充分利用太阳能,解决大气污染物的处理问题。纳米光触媒技术作为一种新型的大气污染物治理方法,在大气污染治理方面具有很大的应用潜力。与传统的物理吸附法(活性炭)相比,利用纳米光催化技术净化空气具有以下优点:催化分解反应可在常温常压下进行,操作简单,在太阳光的刺激下,可以有效地去除NOx和VOCs等大气污染物,不会造成二次污染。
光触媒技术理论主要基于Fu-jishima-Honda效应,上世纪70年代后期,Frank和Bard对TiO2表面水中氰化物的光分解研究和Carey等多氯联苯在TiO2紫外光下的分解研究大大推进了光触媒技术对环境污染管理的研究。半导体材料的催化氧化机理如下:当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时,价格带(va-lenceband、VB)上的电子被激发,跳过禁带进入导带(conductionband、CB),价格带产生与电子()对应的空洞(),即产生自由电子-空洞对应,活跃的电子、空洞在电场的作用下,可以从半导体的导带、价格带转移到半导体/吸附物的接口,跳过接口,使被吸附物恢复和氧化价格带空穴()将吸附的H2O氧化为羟基自由基(),导游电子()将空气中的O2恢复为超氧自由基()。这两个自由基()是分解污染物的重要活性基。其反应原理如下:
二、纳米光催化技术的实际应用
纳米光催化技术广泛应用于大气污染管理,TiO2作为应用效果好的光催化剂,具有耐酸碱性、耐光腐蚀性、化学性稳定性好、来源丰富、能源大、产生的光电子和空穴电势电位高等优点。但在实际纳米光触媒技术的应用过程中,很容易受到触媒、有机物浓度的影响。因此,在大气污染治理过程中,相关人员应重视这些因素对光触媒技术的影响。
(1)催化剂对纳米光催化技术的影响。纳米光触媒技术的原理是利用触媒净化大气。在反应过程中,催化剂的表面积、粒径等会影响纳米光催化反应。例如,催化剂的粒径缩小时,溶液中的单位质量粒子增加,光的吸附效率增加,但光的吸收不容易饱和催化剂系统的表面积增加时,催化剂参加反应的面积增加,有利于催化反应的进行,相反催化反应的进行此外,催化剂的表面羟基和混晶效应也是影响纳米光催化反应的另一个因素。
(2)光源和光强对大气污染的影响。纳米光触媒技术常用的光源有黑光灯、高低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等,波长在200-400nm范围内。一般来说,在纳米光催化反应过程中,其光强度越强,催化反应速度越适合常数,但光量子效率随光强度的变化而变化。另外,PH值不同,催化剂和无机盐等也会影响纳米光催化技术的反应。
三、纳米光催化大气污染控制技术与其他技术的联用
(一)室内污染控制与通风技术。目前常用的室内环境净化和通风技术有主动式和被动式两种。前者将室内环境净化装置与机械通风系统有机结合为一体,后者采用空气净化过滤器与自然通风系统结合。这两种技术都与高效通风技术有关,前者主要针对外源性污染,可采用高效低阻过滤方式后者主要针对内源性污染,比较有效的方式是各种室内净化技术。目前主要换气方式有混合换气、换气、个性化送风。混合换气和置换换换气以创造室内的感冒环境为目的,提高空调设定的温度必然会降低室内人员的热舒适性的个性化送风在实际使用中受到制约,在实际工程中很少。
(二)过滤技术。过滤工艺主要包括纳米纤维过滤工艺、光触媒纤维过滤工艺、膜过滤工艺。纳米纤维过滤技术具有一定梯度结构的复合过滤材料可以大大提高过滤性能,已经用于室内空气净化、水体有机物净化等领域,有望实现大规模的工程化应用;纳米光触媒技术是一种新型的处理空气污染物的方法,在空气污染控制方面具有很大的应用潜力。
四、结语
在大气污染处理过程中,单独利用纳米光催化技术的效果并不特别明显,因此在大气污染处理过程中,相关人员应有效结合纳米光催化技术和其他先进的大气净化技术,提高大气污染处理效果,保证人们的生活健康。
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