三相流化床光催化反應(yīng)器光輻射模型及動力學(xué)模型研究.pdf

1、高效、穩(wěn)定的光催化反應(yīng)器的設(shè)計是光催化技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵.本文建立了三相內(nèi)循環(huán)流化床光催化反應(yīng)體系,為光催化反應(yīng)器的設(shè)計與應(yīng)用提供了一種新的模式.從理論上計算了反應(yīng)器的初始流化條件和循環(huán)流化條件,實驗得出循環(huán)流化氣量為0.3m<'3>·h<'-1>,流化狀態(tài)與催化劑濃度無關(guān),反應(yīng)區(qū)固含率正比于催化劑平均濃度.使用TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑,在流化床反應(yīng)器中降解羅丹明B溶液效率遠(yuǎn)高于懸漿床,催化劑最佳濃度為10~12g·L<

2、'-1>;最佳通氣量為0.3~0.4m<'3>·h<'-1>;增加光輻射強度有助于反應(yīng)速度的提高.采用雙通量模型模擬了反應(yīng)器中輻射能分布和局部體積能量吸收速率,并通過實驗驗證,得出平均光子自由程為催化劑粒徑的80％.氣泡行為對光輻射分布沒有影響,可以將氣液兩相共同看成多相光催化反應(yīng)器中的連續(xù)相.反應(yīng)器徑向光輻射衰減隨催化劑濃度增大而加劇.最佳催化劑濃度為10~12g·L<'-1>,此時催化劑能夠吸收最多的紫外光能.增大光源強度能夠增強反

3、應(yīng)器內(nèi)的光輻射,但效果不明顯.催化劑濃度越大,起始局部體積能量吸收速率越大,但其衰減速度也越快,最佳催化劑濃度下可有超過85％的輻射能量被催化劑吸收.結(jié)合經(jīng)典的Langmuir-Hinshelwood模型和TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑的吸附性能對羅丹明B降解動力學(xué)進(jìn)行了分析,提出了TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑的L-H型動力學(xué)模型,模型由液相反應(yīng)、固相反應(yīng)和總反應(yīng)速率共同組成.求出了液相消失速率解析式,由兩項指數(shù)衰減形