三相流化床光催化反應器光輻射模型及動力學模型研究.pdf

1、高效、穩(wěn)定的光催化反應器的設計是光催化技術走向實用化的關鍵.本文建立了三相內循環(huán)流化床光催化反應體系,為光催化反應器的設計與應用提供了一種新的模式.從理論上計算了反應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,反應區(qū)固含率正比于催化劑平均濃度.使用TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑,在流化床反應器中降解羅丹明B溶液效率遠高于懸漿床,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速度的提高.采用雙通量模型模擬了反應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器中的連續(xù)相.反應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、應器內的光輻射,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.結合經典的Langmuir-Hinshelwood模型和TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑的吸附性能對羅丹明B降解動力學進行了分析,提出了TiO<,2>/SiO<,2>光催化劑的L-H型動力學模型,模型由液相反應、固相反應和總反應速率共同組成.求出了液相消失速率解析式,由兩項指數衰減形