掺杂负载型TiO2可见光催化氧化SO2的研究与数值模拟

摘要

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂改性的纳米TiO2光催化剂,测试了它们对SO2的光催化效率。选择吸附能力强的粘土作为载体,制得了粘土颗粒负载型的掺杂TiO2光催化剂。通过EDS,XRD等检测手段对筛选出来的TiO2颗粒进行分析表征。实验在自制的光催化反应器内进行,对掺杂TiO2光催化氧化SO2的反应机理进行了研究。以SO2为目标,在小反应器中进行实验,氮钒共掺的未负载TiO2在最佳条件下氧化效率可以达到98.14％,粘土负载的TiO2颗粒的氧化效率可以达到78.56%。同时在自制的立式光催化反应器中进行实验,粘土负载的TiO2颗粒氧化SO2的效率可以达到48.9%。用Fluent软件对立式光催化反应器进行模拟,从而分析影响流化床速度场、温度场的主要因素。根据Fluent软件画出的可见光照射条件下速度场、温度场的分布图可知,床层高度对流场的流化性能基本没影响;在入口速度为0.4m/s,1.5g的粘土颗粒直径为10mm,床层高度为20mm的情况下,气体出现了流化状态;通过计算可以看出,在反应器上部光照可以引起温度变化,底部的温度没有变化,说明本反应器中气固反应过程光照强度可能不够;软件计算结果还表明在5cm的床层高度处的气体速度、粘土颗粒的速度和浓度都是不稳定的,说明在气固反应时,气体与TiO2的接触与反应是不均匀的,这是影响立式光催化反应器效率的主要因素,与实验结果吻合。