石英光催化微反應器的工作原理

石英光催化微反應器的工作原理主要基于光催化反應，其核心是利用石英材料的高透光性，使光源發出的光能夠高效照射到催化劑上，從而激發催化劑產生光生電子和空穴，進而引發一系列的化學反應。以下是詳細的工作原理：

1. 光能吸收階段

• 光源照射：石英光催化微反應器外部配置有特定波長的光源，如LED陣列等。這些光源發出的光能夠穿透石英材料，照射到反應器內部的催化劑上。

• 催化劑激發：催化劑（如二氧化鈦等具有光活性的半導體材料）在受到光照時，會吸收光能并產生光生電子和空穴。這些電子和空穴具有很高的活性，能夠參與后續的化學反應。

2. 物質遷移階段

• 反應物接觸：在反應器內，反應液通過循環泵實現連續流動，確保反應物能夠充分與催化劑接觸。同時，石英微反應器的微型化設計使得反應物能夠在微米級通道內快速混合和反應。

• 活性粒子作用：光生電子和空穴會與周圍的氧氣和水分子等反應物發生反應，生成具有強氧化性的自由基，如羥基自由基、超氧陰離子等。這些自由基具有很高的反應活性，能夠與有機污染物等反應物發生氧化還原反應。

3. 反應完成階段

• 污染物降解：在自由基的作用下，有機污染物等反應物被分解為無害的小分子物質，如二氧化碳和水。這一過程實現了污染物的有效降解和去除。

• 產物分離：反應完成后，生成的目標產物可以通過反應器的出口進行收集或進一步處理。

石英材料的作用

• 高透光性：石英材料具有優異的光線穿透能力，允許紫外光及可見光波段光線有效穿透，為催化劑提供充足激發能量。這確保了光催化反應的高效進行。

• 化學穩定性：石英材料能夠抵抗多種化學物質侵蝕，適用于復雜化學反應環境。這保證了反應器在長時間使用過程中的穩定性和耐用性。

• 熱穩定性：光催化反應往往會伴隨熱量的產生，而石英材料的高熱穩定性能夠確保反應器在高溫環境下不會發生變形或破裂。