光催化降解

TiO2半导体材料的不足
• 大都以汞灯为光源进行光催化降解，很少 利用太阳光作为光源 • 悬浮型和负载型光催化反应器中催化剂和 光源的利用率不高 • 光生电子-空穴对的转移速度慢，复合率较 高，导致光催化效率低，反应转化率较低 • 通常只能用紫外光活化，太阳光利用率低。
TiO2的改性
• • • • 1、染料光敏化作用 2、过渡金属掺杂 3、贵金属掺杂 4、 半导体复合
文献汇报
汇报人：田华玲 汇报时间：2012-11-7
研究背景
研究背景
基本理论
光催பைடு நூலகம்剂
• 在光源照射下利用特定波长的光源来产生 催化的作用，利用光激发长生的极具氧化 能力的光生空穴或者具有强还原能力的自 由电子来催化与光催化剂接触的反应物发 生氧化或者还原反应。
半导体光催化剂的分类
• 1、金属氧化物(如 TiO2，ZnO，SnO2， WO3)； • 2、硫族化物(如 CdS、ZnS、CdSe、ZnSe、 CdTe)； • 3、以TiO2为基底的复合材料； • 4、其他复合材料
其他半导体光催化材料
• 胶原纤维负载铁Ｆｅ（Ⅲ）催化剂对邻苯 二甲酸二甲酯的光助催化降解特性 • 该催化剂用于ＤＭＰ光助催化降解时具有 降解能力强、降解速率快、适用ｐＨ值范 围宽、耐酸碱性好、可以重复使用等优点。
其他半导体光催化材料
• 超声协同纳米ＺｎＯ光催化降解亚甲基蓝 研究 • 超声波对光催化降解反应有协同作用，与 单一超声法、单一ＺｎＯ光催化氧化法相 比，超声协同ＺｎＯ光催化降解亚甲基蓝 降解效果显著。
消除二次污染矿化产物为无机离子co廉价无毒tio光催化反应催化剂易分离和重复使用tio2半导体材料的不足大都以汞灯为光源进行光催化降解很少利用太阳光作为光源悬浮型和负载型光催化反应器中催化剂和光源的利用率不高光生电子空穴对的转移速度慢复合率较高导致光催化效率低反应转化率较低通常只能用紫外光活化太阳光利用率低
• 电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的自由基基团(.O2-, HO . 等) • 空穴，自由基都有很强的氧化性，能将有机物直接氧化为CO2, H2O
TiO2半导体材料的优势
能耗低，反应条件温和，在紫外光和太阳光照射下 就可以发生反应
反应速度快，有机污染物可在几分钟到数小时内被 完全破坏 降解没有选择性，几乎能降解任何有机物。 消除二次污染，矿化产物为无机离子，CO2，H2O 廉价，无毒 TiO2光催化反应催化剂易分离和重复使用
TiO2复合材料
• 二氧化钛-石墨烯复合物的制备及其光催化 性质 • 二氧化钛-石墨烯复合物的光催化性能相对 于商业用 TiO2有较大提高，并且易于被外 界光源激发，另外复合物中电荷分离的效 率也大幅提高。
TiO2复合材料
• 纳米锰钛催化剂制备及其光催化降解甲醛 的研究 • 以室内空气常见污染物甲醛作为验证锰钛 催化剂的目标污染，光催化降解效率随着 浓度的增加而增加，随着光强的增加，催 化速率也显著增加。
其他半导体光催化材料
• 氮掺杂 Bi2O3光催化剂可见光催化降解 2， 4-二氯酚 • Bi2O3可吸收波长大于 400 nm 的部分可见 光，在可见光照射下，对难降解的有机污 染物具有较好的降解能力 • 结果表明，N-Bi2O3对 2，4-二氯酚的催化 降解效率较未掺杂 Bi2O3有很大程度的提 高
其他半导体光催化材料
• ZnO / 碳纳米管复合光催化材料对抗生素的 光催化降解 • 碳 纳 米 管 优异 的 电学性 能ZnO/CNTs 复合光催化剂能有效抑制 ZnO 的光蚀，与 碳纳米管的复合，提升了 ZnO 在水溶液中 的稳定性及光催化能力
TiO2复合材料
• 纳米Ag/TiO2对烯酰吗啉的吸附与光催化降 解 • 在紫外光条件下, 以Ag沉积量为0.125%的 纳米Ag/TiO2为催化剂对浓度为100mg· 1 L的烯酰吗啉稀水溶液进行光催化降解, 5h降 解率为94%
TiO2复合材料
• ZnO / TiO2光催化降解烟草中的农药残留及 有害成分 • 纳米 ZnO/TiO2材料在紫外和可见光区范围 的吸收强度均高于单纯的 ZnO 和 TiO2样品。 • 纳米材料对烟草中农药残留及烟草特有亚 硝胺( TS-NAS) 的前体物亚硝酸盐均有明显 的光催化降解效果，且降解率随处理时间 的延长而升高。
其他半导体光催化材料
• H2O2与O2协同引发的TiO2/Fe3+光催化降 解苯酚 • 试验结果表明，以 UV365-250 W 光源照射， 在初始 pH 为 3~5，O2通入量为 1.0 L/ （min· L），上升流速为 0.7m/min，H2O2 浓度为 0.1 mmol/L 等试验条件下， 初始质 量浓度为 30 mg/L 的苯酚废水经 120 min 光催化反应后， 其矿化率可达 83%左右。
半导体材料TiO2
• TiO2是当前应用最普遍的一种光催化剂，它耐酸 碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、具有适 当位置的价带(VB)和导带(CB) 优势。 • TiO2的带隙能大，仅在近紫外光(UV)区显示光催 化活性。在抵达地球表面的太阳光中，紫外光的 含量不到 5 %，这些不足以使有机污染物达到有 效的光降解，而人造光源则需要更高的电能，其 价格昂贵且不稳定。
A: 半导体吸收光，产生电子和空穴的过程 B: 电子和空穴表面复合过程 C:电子和空穴体内复合过程 D: 还原过程 E: 氧化过程
• 当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到 导带(CB)形成光生电子-空穴。 • 价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。
• 空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的自由基基团（ HO . ）
其他半导体光催化材料
• Cu2O 是一种半导体材料, 禁带宽度为 2. 1 eV, 能在可见光的照射下, 将水分解为 H2和 O2。 • 采用循环伏安法和阴极沉积法在铜片和石 墨基体上分别制备了 Cu2O 薄膜。 • 对甲基橙溶液的降解性能研究表明: 光电催 化的降解效果好于光催化, 光催化的降解效 果好于纯光解。