光催化氧化PPT教学课件(1)

溶胶-凝胶法在玻璃表面制备了均匀透明的纳米 TiO2薄膜，采用高压汞灯为光源，敞口固定床 反应器对水中染料亚甲基蓝进行了光催化氧化 实验。实验结果表明:随着涂膜次数的增加，薄 膜TiO2负载量增加，锐钛矿晶相粒径增大， TiO2薄膜对亚甲基蓝氧化降解具有较高的光催 化活性。
有机农药废水
用负载型TiO2/SiO2对有机磷农药2,2 二乙 烯基二甲基磷酸酯(DDVP)的光催化降解 取得较好的效果 。
自然光源
自然环境中一部分近紫外光(290～ 400nm)极易被有机污染物吸收，在有活 性物质存在时就发生强烈的光化学反应 使有机物发生降解。太阳光中含有3%～ 4%的这种近紫外光，尽管这只占太阳光 的一小部分，但值得深入进行研究，
五、光催化降解的催化剂
非均相体系半导体催化剂
在非均相体系去污的半导体催化剂中，多为硫族 半导体材料，如ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、Ｓｎ Ｏ2等。TiO2(锐态型)被认为是最有效的催化剂。
均相体系中草酸铁的作用
以草酸铁为媒介，在H2O2存在的均相体系中 使有机物降解的方法已引起众多研究者的重 视。试剂草酸铁和H2O2价廉无毒，且草酸铁 能充分利用太阳光。据Safsrzadeh-Amiri等的 研究，草酸铁/H2O2/太阳光对三氯乙烯等有 机物的降解效率比TiO2/H2O2/太阳光的降解 效率至少要高出25～45倍。
CODcr质量浓度为650ｍｇ/Ｌ-1,有机磷 质量浓度为19.8ｍｇ/Ｌ-1的农药废水， 经375Ｗ中压汞灯照射4ｈ， CODcr去除 率为90%，有机磷将完全转化为ＰＯ43-。
含油废水
采用纳米级TiO2半导体光催化剂，以中压汞灯为 光源对含油污水的降解进行可行性研究。结果 表明:纳米级光催化剂TiO2具有较高的光催化降 解油的活性。污水初始ｐＨ值越小，油的降解 率越高；当TiO2与Ｆｅ3+或Ｈ2Ｏ2共存时，相同 光照时间条件下，油的去除率可提高5%～16%。 太阳能与人工光源并用处理现场低含油采油污 水时，光照2.5ｈ后可使污水中油的去除率达到 99%。仅利用太阳光降解油时，3ｈ后，油的去 除率达到98%。
本品具有成瘾性，属麻醉性镇痛药。
半合成镇痛药 （结构修饰产物）
HN HO
CH2 HCl 2H2O
HO
O
O
盐酸纳络酮
（熟悉）
是吗啡受体的jiekangji ，临床上主要用作吗啡过量解毒剂
合成镇痛药
分类（掌握）
吗啡喃类
{ 苯吗喃类 哌啶类 氨基酮类 其他类
吗啡喃类
3
HO
N OH
OH O HO
OH O OH
例2
印染废水中所含的聚乙烯醇(ＰＶＡ)易溶于水, 是一种典型的难降解高分子聚合物。以250Ｗ 高压汞灯为光源,用通过光化学沉积法在TiO2表 面上担载1%Ｐｔ制备的催化剂对难降解高聚 物ＰＶＡ进行光解实验。发现该类催化剂在用 量为30ｇ/ｍ2时,光照1ｈ,ＰＶＡ的光解率可达 78.3%。
例3
TiO2的显著优点是:能有效吸收太阳光谱中的弱紫 外部分，氧化还原性较强，在较大pH范围内稳定 性强，价廉无毒。但单纯的TiO2粉末由于存在着 光吸收波长范围狭窄、利用太阳光比较低、载流 电子复合率高、量子效率低等缺点，限制了它的 广泛应用。因此，围绕着提高TiO2光催化剂的活 性展开了广泛的工作，主要有：纳米级TiO2的研 制、TiO2固定、TiO2改性及复合材料的研究。
酒石酸布托啡诺
（熟悉）
苯吗喃类
喷他佐辛（镇痛新）
哌啶类
CH3
N
1
HCl
4
Oห้องสมุดไป่ตู้
O
CH3
盐酸哌替啶
化学名：1-甲基-4-苯基-4-哌 啶甲酸乙酯盐酸盐
性质
盐酸哌替啶经碱化后成油状物，熔点低 酯由于空间位阻的影响不易水解 口服有首过效应，故采取注射 镇痛作用约为吗啡的1/8---1/10，但成
用于测量COD
基于KMnO4能获得光生电子从而提高半 导体光催化氧化能力的原理，建立了一 种用纳米ZnO-KMnO4协同体系光催化测 定化学需氧量(COD)的新方法 。结果和 标准高锰酸盐指数法(CODMn法)相符。
八、研究方向
设计高效反应器 设计高效光源 提高催化剂的催化活性即提高催化剂的
瘾性小
O N
CH3 N
枸橼酸芬太尼
（掌握）
O OH
O
OH
O
OH HO
CH3 N
1
4
O
O
HCl CH3
氨基酮类
6-二甲氨基-4， 4-二苯基-3-庚酮 盐酸盐
4
23
5
HCl
C1 H3
O CH7 3
6
N CH3 CH3
盐酸美沙酮 （掌握）
•本品的C-6为手性碳，其左旋体镇痛活性 大于右旋体，临床使用外消旋体
二、光催化机理
光催化技术是利用半导体作为催化剂。 当用光照射半导体光催化剂时，如果光 子的能量高于半导体的禁带宽度，则半 导体的价带电子从价带跃迁到导带，产 生光生电子（e－）和光生空穴(h+)。
TiO2+hγ——e－ + h+
光生空穴具有很强的氧化性，可夺取半导 体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子， 使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的 物质，通过光催化剂被活化氧化。
七、光催化氧化技术的应用
印染废水
例1
有人采用自制的TiO2膜和平板式固定床型光催化 氧化反应装置进行了印染废水的光催化氧化降解 试验。结果表明:在废水的ｐＨ值为6.0、Ｈ2Ｏ2 加入量为3 5ｍＬ和循环流量为228Ｌ/ｈ条件下， 其对ＣＯＤ的去除率可达68.4%，对色度的去除 率为89.1%，对阴离子表面活性剂的去除率为 87.45%，出水达到了国家规定的废水排放标准。 同时，处理后水中的泡沫可完全消失，亚甲蓝活 性物可减少87.45%，从而消除了泡沫对天然水 体的污染。
四、光源
人造光源
理论上紫外光包括波长100～400nm，实践中 常用到180～380nm的的波段。在光催化氧化 研究中，高压汞灯、低压汞灯、杀菌灯、黑炽 灯等均被广泛应用。实验表明达到同样的降解 效率所需时间为水银灯<杀菌灯<黑光灯，表 明光源的放射波长越小反应器的降解效率越高。 目前，以净化水体为目的的高级氧化技术是以 应用紫外辐射为主。此种方式对分解有机物效 果显著，但需消耗电能，费用较高。
光催化氧化
一、引言
近年来，污染问题越来越引起人们的重视，政 府和各行业部门都采取了更加严格的控制标准 和措施。虽然已有不少污染处理方法应用于实 际生产中，但由于其本身的局限性，对于一些 有毒、难降解的生化废水，如农药、制药、造 纸和染料等企业所排放的污水仍缺乏行之有效 的技术方法。随着科技的不断进步，一些新的 水污染治理技术开始显露出其独特的效果，光 催化氧化就是其中一个典型的代表。
第二种是填充式固定床型的固定技术，即将TiO2 烧结在载体(如砂、硅胶颗粒、玻璃珠、玻璃纤维 等)表面，然后将上述颗粒填充到反应器里。此类 固定技术虽可增大光催化剂与液相的接触面积(反 应速率比悬浮型光反应器还要高)，但载体颗粒较 小，还需进行繁琐的分离、回收过程。
TiO2改性
改进半导体催化剂和性能包括对催化剂进行表面 贵重金属淀积、金属离子掺杂、半导体的光敏化 和复合半导体的研制以提高TiO2的催化效率。贵 重金属在TiO2表面的沉积有利于提高光氧化还原 反应速率。掺杂特定金属离子有可能使催化剂吸 收波长延至可见光范围。将光活性化合物通过化 学吸附或物理吸附附着于TiO2表面，能扩大激发 波长范围,增加光催化反应效率，这一过程就是催 化剂的光敏化。若采用禁带宽度较小的半导体与 TiO2复合，则可能延展催化剂吸收光谱范围。增 强催化剂TiO2表面的酸性，这是提高光催化效率 的新途径 。
非聚光式反应器的光源可以是人工的也可是天 然的太阳光，一般为垂直反应面进行照射。因 此，反应面积较聚光式反应器的反应面积大得 多。
各类反应器的比较
光催化反应器按照催化剂的存在形式不 同可分为悬浮式和固定式反应器。
悬浮式是光催化剂颗粒分散于整个反应 器系统中。
固定式是光催化剂颗粒固定在载体上(如 反应器壁或尼龙丝网等)。
•代谢产物仍具镇痛作用，且作用时间较长
•为阿片受体激动剂，镇痛效果强过吗啡和 哌替定。
右丙氧芬 （熟悉） See P403
其他类
N N
HCl CH3
O
盐酸布桂嗪（熟悉）
9 10
8
7
S1
6 5
2
4
3
N
CH3 苯噻啶（熟悉）
液相条件下光催化氧化反应主要是通过 羟基自由基(·OH)反应进行的， ·OH是一 种氧化性很强的活性物质。光催化剂表 面的羟基化，是光催化氧化有机物的必 要条件。
三、反应器类型
光催化反应器按照光源的照射方式不同可分为 聚光式和非聚光式反应器。
聚光式反应器一般是将光源置于反应器的中央， 反应器成环状。这种反应器的光源多以人工光 源作为光源，光效率较高，但因光催化反应较 缓慢，因此耗电量巨大。
采用溶胶-凝胶法，通过水解异丙醇钛得到TiO2纳 米颗粒。超临界流体干燥法是溶胶-凝胶法的改进， 它可降低干燥过程中的表面张力，保持凝胶的网 络结构，从而获得多孔的纳米级TiO2。
TiO2的固定
目前，国内外对催化剂固定方式的研究主要有两 种。
第一种是非填充式固定床型的固定技术，它以烧 结或沉积方法直接将催化剂沉积在光催化反应器 内壁。姜安玺等还探讨了一种新型催化剂固定技 术，将粉末活性炭与TiO2粉末一同固定在反应器 的内壁，催化剂的附着性和吸附效果均优于纯 TiO2膜。
纳米级TiO2的研制
据Masakazu等的研究，随TiO2粒径的降低，其吸 收光谱发生蓝移，催化活性也随粒径的降低而增 强，当粒径小于10nm时尤为明显。纳米级TiO2 的制备方法有很多，其中应用较多的是水解法和 溶胶-凝胶法。