《可調控三相光催化微流反應器的開發及其特性研究》是依託武漢理工大學，由王寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：可調控三相光催化微流反應器的開發及其特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王寧
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三相光催化技術同時使用固、液、氣三相材料，能夠顯著提高光催化廢水降解的效率。但是傳統的催化反應器如流化床等，難以實現對三相界面的穩定、可重複、實時可調的操控。近年來微流體技術為光催化反應器打開了新思路，解決了光催化技術的一些傳統難題如傳質效率、光子利用效率等限制。不過，已報導的工作（包括本申請人的研究），多數是基於固、液兩相。本項目擬構建一種新型三相光催化微反應器，通過在微流體中產生周期排列的微氣泡，精確調控三相界面，提升催化性能。並且基於此反應器平台的可調控性，細緻研究三相光催化的動力學過程和光、固、液、氣等各個參量的影響，深入探索三相界面與表面的光催化反應機理，努力從理論基礎層面到技術實現層面全方位研究三相光催化技術和反應器的結構設計及性能最佳化等一系列問題，為將來製作大型三相光催化反應器，提供理論指導和技術積累。
結題摘要
光催化因其具有反應條件溫和、能耗低、操作簡便、能礦化絕大多數有機物、可減少二次污染，且可利用太陽光作為清潔能源等諸多優勢，已廣泛套用於環境、能源、化工、生物、醫學等諸多領域，尤其在污水處理領域具有相當大的套用潛力。而多相光催化反應器的設計是光催化技術實用化過程中需要解決的焦點問題之一，其本質就是要在技術和經濟等多層面上進行最佳化，這對工業化水處理光催化反應器的套用具有指導意義。本課題首先基於大型光催化水處理的需求，設計並製作了可調控三相光催化反應器，探索了光催化劑在微反應器內壁的原位負載技術，實驗研究並分析了氣、液、固影響反應器整體性能的規律；通過仿真計算得出氣液固三相的界面與表面動力學過程，驗證了三相流體的相互作用和影響。同時，本課題利用光流控技術優勢，結合實驗分析和流體動力學仿真計算的研究方法，設計並製作了可產生周期性規整排列的微氣泡的微結構和可調控三相光催化反應區域的結構，並實現了光催化劑在微反應器內壁的原位負載，系統考察了流速、氣體種類和占空比等對該三相光催化反應器水處理效率的影響，從而確立了各相在反應器中的最最佳化配比，並通過建模仿真計算輔助且詳細地分析了微氣泡在該類型的三相光催化反應器中作用和動力學機理。本課題的研究成果，不僅可以為我國水處理工業中對光催化反應器的設計和製造提供科學依據，為光催化反應器中光、固、液、氣多參量最佳化配比提供一種有效的技術實現方法，還為光催化反應器的綜合性能評估提出了一種新的預測方法，為大型三相光催化反應器的設計最佳化提供理論指導和技術積累。本課題研究成果既可以極大地提高我國光催化水處理技術水平，還將輻射到整個水處理工業中，為水環境可持續發展提供有效的技術支撐和保障。
