光催化反应系统一

光催化是一种基于半导体光催化剂（在环境应用中通常为TiO2）的光电化学过程。当光催化剂被具有足够能量的光子照射时，电子被激发到导带，产生电子/空穴（e^-/h⁺）对。空穴通过吸附在材料表面的水分子生成羟基（OH·）自由基，而电子可以将吸附的氧转化为超氧阴离子（O₂^·-）。这些自由基能够分别氧化和还原通常吸附在光催化剂表面的化合物。图a给出了这种现象的概述。

根据Boyjoo、Ang和Pareek，光催化反应器可以固定（光催化剂附着在活性壁上）或悬浮（即考虑到光催化剂分散在液相）的形式布置。悬浮反应器提供了更高的传质系数，而固定化装置不需要进行后处理来回收催化剂纳米颗粒。此外，在固定化反应器中，与悬浮式反应器相比，光的利用效率更高。然而，前一种仅在具有高表面体积比的设备中有效，这可以在微通道反应器中实现。当用于光催化过程时，微反应器允许较高的传质速率和降低的光子传输阻力，从而导致辐照度均匀，从而导致较高的反应速率。

在微流控反应器中，经常会遇到BSI和FSI机制的组合。因此，对膜内发生的复杂耦合现象进行建模对于反应系统的适当优化是必要的。Nielsen和Visan提出了评估微通道反应器性能的有趣模型。Visan 开发的模型包括配方中的液相和固相，并能够指示哪个相对化学反应具有更高的抵抗力。另一方面，Nielsen等人根据半导体的基本物理原理提供了一个有用的动力学公式，并开发了一个集中在固相的模型。