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

1. 光能吸收階段

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

• 催化劑激發(fā)：催化劑（如二氧化鈦等具有光活性的半導(dǎo)體材料）在受到光照時，會吸收光能并產(chǎn)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(xù)的化學(xué)反應(yīng)。

2. 物質(zhì)遷移階段

• 反應(yīng)物接觸：在反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)液通過循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)連續(xù)流動，確保反應(yīng)物能夠充分與催化劑接觸。同時，石英微反應(yīng)器的微型化設(shè)計(jì)使得反應(yīng)物能夠在微米級通道內(nèi)快速混合和反應(yīng)。

• 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(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，生成具有強(qiáng)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(yīng)活性，能夠與有機(jī)污染物等反應(yīng)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

3. 反應(yīng)完成階段

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

• 產(chǎn)物分離：反應(yīng)完成后，生成的目標(biāo)產(chǎn)物可以通過反應(yīng)器的出口進(jìn)行收集或進(jìn)一步處理。

石英材料的作用

• 高透光性：石英材料具有優(yōu)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(fā)能量。這確保了光催化反應(yīng)的高效進(jìn)行。

• 化學(xué)穩(wěn)定性：石英材料能夠抵抗多種化學(xué)物質(zhì)侵蝕，適用于復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。這保證了反應(yīng)器在長時間使用過程中的穩(wěn)定性和耐用性。

• 熱穩(wěn)定性：光催化反應(yīng)往往會伴隨熱量的產(chǎn)生，而石英材料的高熱穩(wěn)定性能夠確保反應(yīng)器在高溫環(huán)境下不會發(fā)生變形或破裂。