光催化氧化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、光催化氧化技術(shù)是近30年才出現(xiàn)的一種水處理高級(jí)氧化技術(shù)，該方法通過(guò)光生強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物徹底氧化為H2O、CO2等小分子物質(zhì)，適用范圍廣，對(duì)難降解有機(jī)物也具有很好的降解效果。但該技術(shù)至今未見大規(guī)模工業(yè)化成功應(yīng)用的報(bào)道，是由于光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)必須考慮光輻射這一重要因素，建立描述光化學(xué)行為和光輻射傳遞過(guò)程的關(guān)系式，而反應(yīng)器中的光輻射傳遞過(guò)程受溶液性質(zhì)、反應(yīng)器運(yùn)行方式、催化劑形態(tài)等諸多因素聯(lián)合影響，要完全描述整個(gè)光輻射傳遞過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，到目前

2、為止尚無(wú)成熟的指導(dǎo)模型。
　　 本文通過(guò)對(duì)描述平板反應(yīng)器光傳遞行為的雙通量模型進(jìn)行了修正，建立了流態(tài)化光催化氧化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型。以活性艷紅K-2BP為模擬污染物，確定了動(dòng)力學(xué)方程中相關(guān)參數(shù)。通過(guò)crank-Nicholson差分法，調(diào)用Malnab程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行了數(shù)值求解，得到光催化氧化反應(yīng)器中光強(qiáng)分布和濃度分布情況，繪制了相應(yīng)的三維曲線圖，并討論了分別改變催化劑濃度、入射光強(qiáng)度、液體流量、反應(yīng)器尺寸等參數(shù)后光強(qiáng)分布和濃度分布

3、的變化。對(duì)試驗(yàn)值和模擬值進(jìn)行了對(duì)比，以驗(yàn)證模型的實(shí)際應(yīng)用情況。對(duì)如何通過(guò)改變反應(yīng)器相應(yīng)操作參數(shù)來(lái)達(dá)到最佳降解效果作出了分析和建議。主要獲得成果如下：⑴增加K-2BP初始濃度，降解效率增加緩慢，當(dāng)超過(guò)80mg·L-1時(shí)，降解效率開始下降，主要是由于催化劑表面活性位迅速被污染物占，同時(shí)溶液濃度的升高對(duì)光強(qiáng)的吸收量變大使光強(qiáng)徑向減弱所致；⑵在不同初始濃度下，1n(c0/c1)與t明顯里一級(jí)反應(yīng)。當(dāng)初始濃度大于100mg·L-1時(shí)，k值較前三個(gè)

4、試驗(yàn)濃度下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，出當(dāng)初始濃度增加到一定程度時(shí)，降解效率將有所下降，但仍表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)；⑶活性艷紅K-2BP的光催化降解可用Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述反應(yīng)速率常數(shù)k=8.62mg·L-1·min-1，吸附常數(shù)k=2.53*10-2上·mg-1；⑷對(duì)雙通量模型進(jìn)行了修正．得到了反應(yīng)器中光強(qiáng)分布方程，結(jié)合傳質(zhì)方程和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程建立了流態(tài)化反應(yīng)體系下光催化氧化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型；⑸催化劑濃度過(guò)多或過(guò)少都會(huì)降