光催化反應器與傳統反應器的不同之處在于需要有光源的存在,因此它的設計更加復雜,除了考慮傳統的反應器所涉及的如質量傳遞和混合、反應物和催化劑的接觸、流動方式、反應動力學、催化劑的安裝、溫度的控制等問題外,還要考慮光能在反應器內的傳播與均勻分布,因為只有吸收了適當的光子而被激活的催化劑才具有催化活性。另外,光強的選擇也極為重要,它對光催化反應的影響隨反應物的不同而有所不同。但通常在較低光強下反應速率與光通量呈一級反應,在較高光強下反應速率為半級,即光效率隨光強增加而下降。根據相態的不同,光催化反應器可分為氣固相光催化反應器與液固相光催化反應器。與液固相相比,氣固相光催化反應器通常需要在高氣體體積流量下操作[2],要求有很好的氣密性,同時要便于物料的裝卸;需要固定化的催化劑,若使用粉末催化劑,只能造成氣阻增大,催化劑流失嚴重或分散不均等不利情況而影響。
流化床的結構相對復雜,操作中需要滿足壓降小、高氣速的要求,多功能光催化反應器過程不易控制,因此研究難度較大,報道得較少。然而,流化床可改善傳質條件,提供光對顆粒的連續照射,提高催化劑表面積與反應器容積之比,可通過調節載體膨脹率提高光的透射率。與固定床的比較研究表明[15,16],流化床比固定床能更好地實現反應物、催化劑與入射光的充分接觸,提高光催化效率。并且,由于流化床極大的改善了污染物與催化劑的傳質條件,比固定床更適合于處理較高濃度的有機廢氣。流化床的這些優點已逐漸引起了人們的注意,為使氣固相光催化反應實現大規模的工業化應用,流化床光反應器的研制和開發勢在必行,國內外已有不少研究人員投入了該項工作,并取得了不菲的成績。
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