中试光催化反应釜的工作原理

中试光催化反应釜是光催化技术从实验室小试向工业化生产过渡的关键设备，其工作原理结合了光催化反应的核心机制与中试规模放大需求，以下是详细解析：

一、核心工作原理：光催化反应三要素协同作用

1. 光激发阶段

• 光源系统：通过特定波长的光源（如紫外灯、LED或模拟太阳光装置）照射反应釜内的光催化剂（如TiO₂、g-C₃N₄等）。

• 电子跃迁：光催化剂吸收光子后，价带电子被激发至导带，形成电子-空穴对（e⁻-h⁺），这是光催化反应的起点。

2. 氧化还原反应阶段

• 空穴氧化：导带空穴（h⁺）具有强氧化性，可直接氧化反应物（如有机污染物、水分子等），生成自由基（如·OH）或中间产物。

• 电子还原：价带电子（e⁻）具有还原性，可还原反应物（如O₂生成·O₂⁻）或参与加氢反应。

• 协同作用：自由基（·OH、·O₂⁻等）进一步攻击目标分子，实现降解、矿化或合成反应。

3. 反应终止与产物分离

• 反应完成后，通过冷却、过滤或离心等手段分离催化剂与产物，实现催化剂循环利用。

二、中试光催化反应釜的特殊设计

1. 光传输优化

• 光源布局：采用环形、侧照或顶部照射方式，确保光均匀覆盖反应液，减少“光死角"。

• 透光材料：反应釜体使用高透光玻璃，避免紫外线吸收或散射损失。

• 光强调节：通过可调功率光源，模拟不同光照条件（如太阳光强度变化）。

2. 传质强化

• 搅拌系统：配备磁力搅拌或机械搅拌，促进反应物与催化剂充分接触，提高反应速率。

3. 温度与压力控制

• 温控系统：通过夹套循环水或电加热装置，控制反应温度，适应不同反应需求。

• 压力调节：配备压力传感器和安全阀，防止超压风险。