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化
进
展
2010年第29卷第3期
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
进展与述评
光催化氧化NO研究进展
柏源,薛建明,李忠华,王小明
(国电环境保护研究院,江苏南京210031)
搐要:烟气光催化脱硝技术是面向烟气净化过程的一种环境友好型处理工艺。开发高效稳定的光催化材料是
光催化技术大规模应用的关键和基础。本文综述了光催化脱硝技术反应影响因以及提高光催化脱硝效率的方
法,并基于光催化脱硝技术研究的现状,对其研究方向提出建议
关键词:光催化;二氧化钛;烟气;気氧化物
中图分类号:TQ034文献标识码:A文章编号:1000-6613(2010)03-0569~05
Progress in photocatalytic oxidation of nitrogen oxides from flue gas
BAI Yuan, XUE Jianming, L Zhonghua, WANG Xiaoming
Guodian Environment Protect Research Institute, Nanjing 210031, Jiangsu, hina)
Abstract: The process of flue gas purification with photocatalytic abatement of nitrogen oxides has
become a resource-economical and environment-friendly technology. To develope high-efficient, stable
photocatalyst materials plays a crucial role in the photocatalytic process and is the primary step to
industrial application. This paper reviews the influencing factors of photocatalytic removal of NO, and
addresses the methods to improve catalytic efficiency, based on which, some suggestions are proposed
for further study
Key words: photocatalysis; titanium dioxide flue gas; nitrogen oxides
根据中国环境监测总站提供的数据,我国2007工作りリ。写前,火电厂NO2控制技术主要有选择性
年的氮氧化物排放量为1643.4万吨,其中工业氮氧催化还原法(SCR)及选择性非催化还原法(SNCR)
化物排放量为1261.3万吨,而电力行业占整个工业等。这些技术存在着还原剂NH3价格昂贵、运行成
行业氮氧化物排放量的64.3%,占全国总量的本较高;NH易泄漏造成二次污染;对催化剂温度
45.5%。根据火电厂未来增容的预测和燃煤增量的要求苛刻等不足。光催化技术不需要添加额外的氧
预计,“十二五”期间火电厂氮氧化物的排放总量将化剂,具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等
由2010年的1050万吨增加到1200万吨左右。这将优点而日益受到人们的关注。
极大危害人身健康和国民经济的可持续发展。2009
光催化烟气脱硝技术是面向烟气浄化过程的
年3月23日,环保部印发的《2009~2010年全国一·种环境友好型处理工艺,光催化材料能够利用其
污染防治工作要点》指出,京津冀地区、长江三角自身特殊的半导体能带结构驱动氧化还原反应,
洲和珠江三角洲地区,新建火电厂必须同步建设脱用于氧化分解有机污染物、烟气净化等。其中光催
硝装置,到2015年前,现役机组全部完成脱硝改造。化材料的研究开发是基础和关键。二氧化钛(TiO
国家环保部最新发布的《火电厂大气污染物排放标由于具有光化学稳定、无毒、价廉和光催化活性高
准(征求意见稿)》中规定了更加严格的NOx排放
浓度限值。可见,控制燃煤电厂NOx排放量是电力
收稿日期:2009-08-27:修改稿日期:2009-10-11
第一作者简介:柏源(1982-),男,硕士,工程师,现从事火电厂
企业继烟气除尘、脱硫之后的第三项污染重点治理
烟气脱硫脱硝技术的研究和工程咨询。Er-mailbaoyuan49@163.com
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化工进展
2010年第29卷
等优点,是目前最具运用前景的光催化材料。但是
受其禁带宽度(锐钛矿相,E2=3.2eV)的制约,
surface recombination
只能被紫外光激发。为了进一步推进光催化技术的
大规模应用进程,研制高量子效率且能被占太阳光
42%左右的可见光激发的TO2光催化材料成为研
volume
究热点。
recombination
在光催化材料设计研究领域,通过对制备过
程、物化性质和催化性能三者之间的有机结合,重
点研究制备条件如合成路线、摻杂给体以及pH
图1烟气光催化脱硝技术反应机理图リ
值等对材料性质的影响;通过对掺杂有效组分的
认知及协同效应分析阿,探索光催化材料的可见光2.1NO初始浓度
响应机制;采用实验与密度泛函研究相结合的方
在光催化氧化NO过程中,NO初始浓度对光
法?,揭示宏观参数控制材料微观性质的机理,有催化脱硝效率有重要影响。光催化氧化NO过程遵
望指导光催化材料的设计与制备。
循 Langumuri- Hinshelwood动力学模型。当NO初
1光催化氧化NO机理明
始浓度较低时,为一级反应;吸附在光催化剂表面
的NO分子较少,光催化反应速度随着催化剂表面
烟气光催化脱硝技术反应机理见图1。半导体吸附NO浓度的增加而升高。当NO浓度达到一定
光催化剂(如TiO2》)被波长小于387nm的光照射的高浓度时,为零级反应;光催化效率逐淅降低。
后,TO2被激发产生电子-空穴对,它们的寿命为皮这是由于光催化剂表面的活性点位有限,限制了光
秒级。半导体由于禁带的存在,使得光生电子-空穴催化反应速率的提高。可以通过延长NO与光催化
能够在其寿命内迁移到催化剂表面。成功分离的电材料接触时间,使得NO有足够的时间与催化剂充
子和空穴与光催化剂表面吸附的H2O或OH以及分接触,从而提高转化效率
O2反应形成羟基自由基(,OH)和超氧离子自由基2湿度
(-O2)。这些氧化能力较强的活性基团把吸附在光
从光催化脱硝机理中可知,水分子为光催化
催化剂表面的NO氧化为NO。、HINO2等物质。反程提供氧化能力较强的OH,同时水分子的存在有
应历程见式(1)~式(8)。
利于氧气在光催化剂表面的吸附,在一定的湿度范
围内提高了光催化效率。但是,当湿度增加到一定
Tio +hv-=+h*+
程度时,吸附在光催化剂表面的水分子与NO,在表
H,O +h
=OR+ H
面活性点位产生竟争,影响了光催化脱硝效率。图
OH +h
-OH
2考察了烟气湿度对光催化氧化NO效率的影响。
O2+e
(4)
结果表明:对于NO而言,刚开始随着喷入