紫科環(huán)保周永毅：光催化技術設計要多個維度周全考慮

5月5日上午，在“第五屆重點行業(yè)有機廢氣(VOCs)污染治理及監(jiān)測技術交流會”的開放討論日活動中，廣州紫科環(huán)保科技股份有限公司副總裁周永毅參與了本次交流，他從自己多年工作中，總結了以下九條光催化技術設計需要考慮的細節(jié)和注意事項：

1. 關于復合光催化技術名稱統(tǒng)一和規(guī)范化的問題；

1972年，日本Fujishima（藤島昭教授）發(fā)現(xiàn)了光催化現(xiàn)象。1999年由于納米技術得到了突破性進展，光催化終于正式登上了國際研究舞臺。目前，光催化已經成為發(fā)達國家老幼皆知的環(huán)保代名詞。

然而，國內關于光催化技術的認識還不夠全面，很多廢氣治理公司或是從業(yè)者，普通認為只要有紫外燈的設備，都可以稱之光催化技術，這是錯誤的觀點和行業(yè)亂象所致。顧名思義，光催化技術，那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行。

目前，廢氣治理上市場上，關于紫外燈的廢氣治理設備有：復合光催化技術、光催化氧化技術、光觸媒技術、UV光分解技術、光氧化技術、光化學技術等等。在廢氣治理市場上，真正使用到催化劑的設備少之又少，畢竟催化劑所需費用占光催化設備成本的30-50%，幾乎可以生產一套沒有催化劑的光氧化設備。

2. 選用復合光催化技術時，需充分考慮系統(tǒng)的預處理技術； 

在設計廢氣、VOCs和異味治理項目時，不能考慮廢氣的單一指標治理，我們充分認識廢氣有組成和成份。通常情況下，待處理廢氣中會含有粉塵、顆粒物、液態(tài)等。為了保證廢氣的治理效果，我們一般需要考慮先處理廢氣中的粉塵、顆粒物和液態(tài)。例如，對于含粉塵比較高的廢氣，要先配置除塵技術，若不先去除廢氣中的粉塵和顆粒，這些固態(tài)物質會附著在催化劑和紫外燈的表面，影響系統(tǒng)的處理效果。對于特殊的固態(tài)物質，可能還會存在著著火的隱患。而對于水含量較高的廢氣，應當先除濕。

3. 紫外燈數(shù)量的設計；不同行業(yè)、不同廢氣成份、不同濃度的廢氣，所選擇的紫外燈數(shù)量均有所不同；

在廢氣治理市場上，我們發(fā)現(xiàn)光催化技術廣泛應用于各行各業(yè)，也受到了市場的歡迎和認同。但是，在一些偏遠的區(qū)域，或是環(huán)保監(jiān)督不夠嚴格的地區(qū)，光催化技術成為應付檢查的裝置。大家沒有認真的面對，沒有科學的設計，沒有系統(tǒng)的規(guī)劃，在一個方箱里放幾支紫外燈，就對外宣稱是復合光催化技術設備。

在選擇光催化技術時，我們需分析待處理廢氣的行業(yè)、成份、濃度等因素，通過這一些條件來確定紫外燈的數(shù)量。光催化技術不是萬能技術，它有它的局限性，大家選用時一定要考慮各種因素和謹慎使用。

4. 紫外燈如何選型，要從功率、長度、波段等角度考察；

對于光催化技術而言，紫外燈是核心，其關乎處理效果的好壞。對于光源的考核有兩個參數(shù)：波長與光強。只有吸收了一定波長范圍內的光，TiO2催化劑才可以克服其禁帶的能量，在其表面會產生電子-空穴。研究結果表明，紫外光波長在185-254nm，很難打破分子鍵，更適合于光氧化技術。而光催化技術更加適合選用387nm和365nm波長的紫外燈，在市場上很找到387nm的紫外燈，所以很時候光催化技術選用365nm波長的紫外燈。

另外，紫外燈的功率有15-320W，長度范圍135-1554mm。廢氣治理從業(yè)者，需根據(jù)設計的背景和目標值，正確的和科學的選擇紫外燈的功率及長度。 

5. 紫外燈的布置間距如何確定，其與催化劑之間的距離多少合適?

衡量光催化技術的好壞，主要先看紫外燈，而紫外燈的考核參數(shù)為波長與光強。所以在設計時，除了要考慮紫外燈的功率、長度和波段外，在設計和加工制作設備時，還要充分考慮紫外燈之間的間距。合理的間距，能確保紫外燈的科學布置，既能保證充分的光均勻和紫外光達到一定強度，又能避免出現(xiàn)盲區(qū)和死角，以保證光催化技術的處理效果。

同樣，除了紫外燈的距是我們考慮的因素之外，紫外燈與催化劑之間的距離也是我們要重點考慮的，也是很多設計人員容易忽視的一個重要環(huán)節(jié)。紫外燈和催化劑間的距離，主要是由催化劑的類型、紫外燈的類型、設備的內部結構等因素所決定。

6. 催化劑如何選擇？

都說光催化技術，那肯定得有“光”和“催化劑”共同作用才行，我們前面說了紫外燈的選擇，那現(xiàn)在重點得分析催化劑的選擇。能適用于光催化技術的催化劑有二氧化鈦(TiO2)；氧化鋅(ZnO)；氧化錫(SnO2)；二氧化鋯(ZrO2)；硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦因其氧化能力強，化學性質穩(wěn)定無毒，成為世界上最當紅的納米光催化材料。

光催化劑的發(fā)展：在早期，也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料，但是由于這兩者的化學性質不穩(wěn)定，會在光催化的同時發(fā)生光溶解，溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性，故發(fā)達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料，部分工業(yè)光催化領域還在使用。

光催化劑二氧化鈦：它是一種半導體，分別具有銳鈦礦，金紅石及板鈦礦三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。

7. 光催化設備的過流速度和反應停留時間？ 

在選用光催化技術時，我們一定要正確的去面對過流速度和停留兩大要素。光催化技術是催化氧化的一個過程，首先是光照射在催化劑上，起了催化作用，產生了活性羥基(?OH)和其他活性氧化類物質(?O2-，?OOH ，H2O2)。在催化劑的表面生成的?OH基團反應活性很高，具有高于有機物中各類化學鍵能的反應能，加上?O2-，?OOH ，H2O2活性氧化類物質的協(xié)同作用，能迅速有效地分解有機物，同時紫外燈具有除臭、消毒、殺菌的功效。

通過光催化的工作機理，我們應該清晰的認識到，光催化治理廢氣也是一個復雜的過程，需要足夠的停留反應時間。而目前市場上很多光催化技術設備，整體過流截面積嚴重偏小，導致過流速度較大，停留時間較短等現(xiàn)象。

編輯：張偉