3/
3.1.1Phân loại theo trạng thái chất xúc tác khi sử dụng:
3.1.1.1 Chất xúc tác TiO2 dạng bột phân tán cao trong nƣớc (slurry – huyền phù)
Ƣu điểm của thiết bị phản ứng dạng này là rất hiệu quả về việc sử dụng photon, hiệu suất quá trình là cao nhất. Những ƣu điểm chính của việc sử dụng dung dịch huyền phù lỗng của TiO2:
i. Tổn thất áp lực thấp khi đi qua thiết bị phản ứng. ii. Bề mặt xúc tác cho quá trình hấp phụ và phản ứng cao.
iii.Quá trình truyền khối của chất ơ nhiễm trong nƣớc thải đến bề mặt chất xúc tác thuận lợi và dễ dàng.
iv. Cách sử dụng đơn giản.
Nhƣợc điểm đầu tiên khi sử dụng chất xúc tác TiO2 dạng bột là ngồi thiết bị phản ứng cần thêm thiết bị để tác chất xúc tác ra khỏi nƣớc sau phản ứng. Giai đoạn này cĩ thể thực hiện bằng bằng cách lọc, ly tâm hoặc keo tụ, nhƣng rất phức tạp và tốn kém vì bản thân các hạt TiO2 đƣợc sử dụng cĩ kích thƣớc rất nhỏ (20 – 30nm). Tuy nhiên khi cho vào nƣớc, các hạt rất nhỏ cĩ xu hƣớng kết tụ lại thành những tập hợp cĩ kích thƣớc hơn gấp 10 lần (200 – 300nm). Thay vì dùng màng siêu lọc 0,01m (ultrafiltration) thì cĩ thể dùng màng vi lọc 0,2m (microfiltration), cĩ thể thu hồi đƣợc dung dịch huyền phù TiO2 nồng độ cao (nồng độ từ dƣới 1g/L đến 100g/L) để tái sử dụng. Lƣợng nƣớc lọc khoảng 2500L/h với 1m3 vật liệu lọc, áp suất lọc khoảng 2 – 3 bars.
Nhiều cơng trình khi cứu cho thấy, để giảm tính ổn định của dung dịch huyền phù TiO2 phân tán cao, ngƣời ta cĩ thể cho thêm vào các chất điện ly, nhƣ NaCl, hoặc chỉnh pH đến điện tích bằng 0 (point zero charge – PZC), hoặc điểm đẳng điện (iso- electric point – IEP). Khi đĩ, các hạt TiO2 dễ dàng kết hợp lại với nhau thành những đám lớn cĩ kích thƣớc từ 1 – 10m, việc tách TiO2 ra khỏi dung dịch khơng cịn là vấn đề khĩ khăn nữa. Vấn đề này đƣợc giải quyết thành cơng khi vận hành thử nghiệm hệ thống cơng suất lớn ở Platform Solar de Almeria – PSA (Tây Ban Nha) [Blanco J. và các cộng sự, 1999]
30
3.1.1.2 Chất xúc tác đƣợc xử dụng dƣới dạng màng mỏng cố định (fixed thin
film)
Chất xúc tác đƣợc cố định trên thành ống hay trên đế mang dạng tấm phẳng (nhƣ tấm kính, tấm kim loại, tấm plastic), dạng hạt (hạt silacate, thủy tinh, than hoạt tính) hay màng (màng ceramic)
Sử dụng chất xúc tác dạng màng phim mỏng cố định trên các hạt nhỏ cĩ nhiều ưu điểm như: [12]
i. Các hạt mang dạng cầu cĩ kích thƣớc nhỏ, dễ dàng phân tán vào nƣớc.
ii. Khối lƣợng riêng gần nhƣ đồng nhất để các hạt giữ trạng thái lơ lửng trong nƣớc.
iii.Hạt mang bền vững trƣớc những va chạm cơ học khi các hạt TiO2 bám chắc trong các lỗ trống cỡ micro (micro-holes) trên bề mặt hạt mang.
iv. Các hạt mang xúc tác cĩ hiệu quả cao với quá trình xúc tác quang do các phân tử TiO2 đƣợc cố định với mật độ cao trên bề mặt hạt mang
v. Tránh việc tác xúc tác trong mơi trƣờng nƣớc.
Tuy nhiên, chất xúc tác dạng này cũng cĩ một số các nhược điểm chính nhƣ sau: i. Kỹ thuật gắn xúc tác trên đế mang dƣới dạng màng mỏng phức tạp nhƣ phƣơng pháp sol-gel, phƣơng pháp sơn huyền phủ TiO2 trong dung mội, phƣơng pháp sử dụng cá tiền tố (precursor) tạo TiO2, phƣơng pháp điện chuyển
(electrophoresis),… Hơn nữa, màng xúc tác cĩ xu hƣớng bị bong trơi theo thời
gain sử dụng nên phải định kì tái tạo màng xúc tác, khi muốn thay thế xúc tác thì phức tạp và tốn kém.
ii. Hiệu quả quá trình quang xúc tác sẽ giảm khoảng 60 – 70% so với các sử dụng xúc tác dạng huyền phù do bề mặt tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất phản ứng hạn chế, quá trình truyền khối cũng thấp hơn.
Bảng 3.1 so sánh một số các đặc tính sử dụng TiO2 ở các dạng khác nhau:
Bảng 3.1 – Đặc tính thiết bị phản ứng khi sử dụng TiO2 [22]
Đặc tính Dung dịch huyền phù Màng phim mỏng đƣợc cố định trên chất mang Tính dễ dàng khi chế tạo xúc tác Rất dễ, chất xúc tác dễ dàng đƣợc chế tạo bằng nhiều phƣơng pháp hĩa học khác nhau. Phức tạp, thƣờng sử dụng phƣơng pháp sol-gel, phƣơng pháp oxi hĩa nhiệt,…
31 Tính dễ dàng khi
thay thế xúc tác
Việc bổ sung hay thay thế xúc tác rất dễ dàng và đơn giản.
Phức tạp đối với xúc tác đƣợc cố định trên thành thiết bị nhƣ ống thủy tinh, tấm thủy tinh. Trên hạt thì việc thay thế xúc tác diễn ra dễ dàng hơn.
Tính dễ dàng khi vận hành
Khơng thuận tiện vì phải tách xúc tác ra khỏi nƣớc sau phản ứng. Khi tuần hồn tái sử dụng xúc tác cần thêm các biện pháp kỹ thuật.
Rất tốt, khơng cần tách lọc xúc tác. Trƣờng hợp hệ kín cần phải sục khơng khí vào nƣớc trƣớc khi vào thiết bị phản ứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hiệu quả/1m3
Hiệu quả cao nhờ tỉ số giữa bề mặt chất xúc tác và dung dịch phản ứng cao và khơng bị kìm hãm quá trình truyền khối.
Hiệu quả thấp do đĩ thiết kế hệ thống cần rẻ tính cho 1m2 thiết bị phản ứng mới cĩ ý nghĩa.
Giá thành Thấp khi đầu tƣ nhƣng vận hành và bảo trì cao.
Chi phí cao lúc đầu tƣ nhƣng vận hành và bảo trì thấp.
3.1.2Phân loại theo nguồn năng lƣợng sử dụng: 3.1.2.1 Thiết bị sử dụng nguồn UV nhân tạo