发光二极管(LED)/TiO2光催化降解低浓度含硫恶臭气体甲硫醚(DMS)研究

摘要

恶臭污染物不仅对生态环境造成影响,而且严重危害着人体健康,恶臭污染已被列为七大环境公害之一。近年来恶臭扰民事件频繁发生,如何控制和治理恶臭污染物已成为世界关注的课题。光催化氧化技术因其设备简单、无二次污染,降解效果好等优点,成为治理恶臭污染物的最有效方法之一。本文选择节能、环保、高效的新型LED作光源,以P25-TiO2薄膜为催化剂,系统研究了平板型反应器中低浓度典型含硫恶臭气体光催化降解过程,详细分析了催化剂负载量、初始浓度、体积流速、光源波长、光照强度、温度、相对湿度等因素对DMS降解效果的影响规律,并采用GC-FPD、SPME-GC-MS、IC等手段对其气相产物和催化剂表面产物进行了分析;利用动态反应的单分子L-H模型模拟了甲硫醚的光催化降解过程,获得了基本的动力学参数;初步探讨了甲硫醚光催化降解的反应机理和降解途径。主要结论如下:
　　1.在本实验条件下,以P25-TiO2薄膜做催化剂时,短波长LED(367nm)可以有效的代替气体释放灯作为光催化反应的光源应用于含硫恶臭气体的治理技术,初始浓度为3.0ppmv的甲硫醚的最大去除率可达到97.6％。甲硫醚的去除率随着催化剂负载量的增加(5.0-36.0μg/cm2)而升高;在本实验条件下,室温21.6℃、相对湿度47.5％更有利于反应的进行;DMS的去除率随着初始浓度及体积流速的增加而降低。而当初始浓度、温度、相对湿度等条件一定时,减小流速及增大催化剂表面的光照强度可以有效地提高甲硫醚的去除率,且在光强为0.5-2.5mW/cm2范围内,DMS反应速率与光强成半级反应模式。
　　2.甲硫醚光催化降解主要中间产物为甲硫醇、二甲二硫醚、二甲基亚砜、二甲基砜、硫酸根离子,其中甲硫醇为新检测到的中间产物。短波长(367.nm)的LED灯作光源,2.5mW/cm2的光强及47.5％的相对湿度不仅有利于提高DMS的去除率,更能促进二次污染物甲硫醇的进一步氧化分解;忽略传质影响时,推流式单分子L-H模型适用于低浓度甲硫醚的光催化降解过程。在367nmLED作光源,21.6℃,相对湿度为22.0％的条件下,其反应速率常数和吸附平衡常数分别为0.5083mg/m2/s,0.1749m3/mg。当流速小于3.4×10-7m3/s时,反应受传质控制,大于6.8×10-7m3/s时,反应受反应速率控制;甲硫醚的光催化降解反应中,光生空穴(h+)和·OH、HO2·起主要作用,其中h+导致C-S键的断裂,·OH、HO2·则促进S-键和C-键的进一步氧化分解。CH3S·与·H的结合以及中间产物二甲二硫醚的进一步氧化分解可能是甲硫醇产生的主要途径。