纳米TiO_2光催化剂及其在废水处理中的研究进展
纳米TiO2光催化在废水处理中的应用研究
技术——光催化， 以其催化 活性 高、 稳定性好 、 对人体无
毒 、 格低 廉 等 独 特 的 优 点 ， 价 日益 受 到 重 视 。二 氧 化 钛
（ ｉ： 光催化 技术 也是 近 年来 国 内外最 活 跃 的 研究 领 域 ＴＯ ）
之一。
２ 纳米 ＴＯ ｉ 光催化 在废 水处 理方面 的应 用
氧化还 原性极 强 ， 酸 碱 和 光化 学 腐蚀 ； 廉无 毒 。 目前 耐 价 对 光催化 的机 理研究 尚不成 熟 ， 一般认 为 光催化 氧 化法 是 以 Ｎ型半导 体 的 能 带 理 论 为 基 础 。ＴＯ 属 于 Ｎ 型 半 导 ｉ， 体 ， 能带 是不连 续 的 ， 充满 电子的低 能 价带 （ Ｂ 和空 其 在 Ｖ） 的高能 导带 （ Ｂ 之 间存 在 一个 禁 带 ， 隙 能 为 ３２ Ｖ 光 Ｃ） 带 ．ｅ ，
催化 所需 入 射 光最 大 波长 为 ３ ７ ５ ｎ ８ ． ｍ。当 ≤３７ ５ ｎ ８ ． ｍ
的光波辐 射照 射 Ｔ ， ， 于价 带 的 电 子被 激 发 跃 迁 到 ｉ 时 处 Ｏ 导带， 生成 高活性 电子 （ 一 ， ｅ ） 同时在 价带 上产 生 相应 的空 穴 （ ）从 而形 成 具 有 高 度活 性 的 电子／ 穴 对 ， 在 电 ｈ ， 空 并 场作 用下 分离 ， 向粒 子表 面 迁移 ， 可直 接 将 吸 附 的有 机 既
样条 件下 ， 钛 矿 型 的催 化 活性 较好 。在 众 多 光 催 化 剂 锐
反应 ， 二次 污染 ， 机 物 彻底 被 氧 化 降解 ， 用范 围广 ， 无 有 应 几乎 所有 的污水 都可 以采用 。尤其 是近年 来 ， 效率 的光 高 催化 剂 、 纳米粒 负载 和金 属 掺杂 、 电结 合 的 催化 方 法 以 光 及太 阳能技 术 的研 究 开发 ， 使光催 化氧 化法应 用 于水 处理
纳米TiO2在废水处理中应用的研究进展
２ ０ １ ３年 ５月
广
州
化
工
Ｖｏ １ ． ４ １ Ｎ ｏ ． ９ Ｍａ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
纳 米 Ｔ ｉ Ｏ １ 在 废 水 处 理 中应 用 的 研 究 进 展
中 图分类号 ：Ｘ ７ ０ ２
文献标 识码 ：Ａ
文 章编 号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ０ ３ ８ — ０ ３
Ｓｔ ｕｄ ｙ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｔｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎｔ ｔ ｈ Ｎａ ｍｏ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｔｉ Ｏ２
Ｌ Ｅ Ｉ Ｐ ｉ ｎ ｇ， Ｑ Ｉ Ｎ 一ｙ ｏ ｕ ， Ｌ Ｉ Ｂ ｉ ａ ｏ ， Ｌ Ｕ Ｏ Ｊ ｕ ｎ （ Ｔ ｈ ｅ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｌ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ６ ４ ６ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ，ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｐ Ｈ ｖ ｌｕｅ ａ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍｏ ｄｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｄ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ，ｐｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｏ ｎｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｐｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｅ ｓ ｔ ｏ ｈ ａ ｒ ｍｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｙ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｄ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ，ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎａ ｎ ｏ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｔｉ Ｏ２ ｗａ ｓ ｄｅ ｓ ｃ ｉｂｅ ｒ ｄ ．
纳米TiO_2薄膜光催化处理造纸废水的研究
取 ８个 ５ ０ｍＬ的烧 杯 ， 别加 入 ４ ０ｍＬ浓度 为 ９ ０ｍｇ Ｌ的造纸 综合废 水 ， ０ 分 ０ ０ ／ 调节 ｐ Ｈ一３ ５ 在 不 同 ．，
光照 时间 ０ ５ｈ １ ０ｈ １ ５ｈ ４ ０ｈ下测 其 Ｃ ． 、． 、 ． 、 ． ＯＤ指数 ， Ｃ 以 ＯＤ去 除率对 光照 时 间作 图．
亚铁 灵指示 剂 （ 自制 ） ．
１ ２ 材 料 来 源 ．
综合废 水 取 自西 安 兄弟纸 业有 限公 司 ， ＯＤ指 数高达 ３６ ５ｍｇ Ｌ Ｃ ８ ／ ． １３ Ｔ Ｏ ． ｉ 薄膜 的制备 采用 溶胶一 胶法 ， 凝 将钛 酸 四丁脂 与一 定量 的无水 乙醇 混合 ， 搅拌 ２ ｎ 得 到 Ａ 溶 液． ０ｍｉ ， 配制 二 次蒸 馏 水、 硝酸 、 冰醋 酸 和 乙醇 的混 合溶 液 ， 节溶 液 ｐ 为 ２ ５ 得到 Ｂ溶 液． Ｂ溶液 缓慢 加入 Ａ 溶液 中 ， 调 Ｈ ．， 将 冰水 浴搅 拌 ６ ｎ得 到 Ｔｉ 溶胶 ． ０ｍｉ Ｏ。 最终 溶 液 中各 组分 的摩尔 比为 ＴｉＯＣ Ｈ。 ：Ｈ Ｏ ： ＯＨ ：ＨＡｃ： （ ） Ｃ Ｈ
・
１ ・ ０
陕 西 科 技 大 学 学 报
第 ２ 卷 ９
学 试 剂有 限公 司） 二 次蒸 馏水 （ ， 自制 ） 硫 酸亚铁 铵 （ ， ＡＲ， 天津 市 博 迪化 工 有 限公 司） 硫 酸银 （ ， ＡＲ， 津 市 天 天力 化学试 剂 厂） 浓 硫酸 （ ， ＡＲ， 北京奥 博 星生物 有 限公 司） 重 铬酸钾 （ ， ＡＲ， 天津 市博迪 化工 有 限公 司 ） 试 ，
纳 米 ＴＯ２ 膜 光 催 化 处 理 造 纸 废 水 的研 究 ｉ 薄
刘 存 海 ，喻 莹
工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用
工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用一、引言工业废水的排放对环境产生了严重的污染，给人类和生态系统带来了巨大的威胁。
因此，工业废水的处理成为了一个迫切需要解决的问题。
其中，纳米光催化技术因其高效、环保、可控等特点，逐渐成为了工业废水处理的研究热点，尤其是纳米二氧化钛（TiO2）光催化技术。
二、纳米TiO2的特性纳米TiO2是一种具有高表面积和优良光催化性能的纳米材料。
纳米颗粒的小尺寸使得其具有更大的表面积，从而增加了有效反应位点的数量，提高了催化效率。
此外，纳米TiO2还具有稳定性高、光催化效果可调控等优点，使其成为理想的工业废水处理材料。
三、纳米TiO2光催化技术原理纳米TiO2光催化技术主要通过纳米TiO2对光的吸收，并产生活性氧（如羟基自由基）来加速废水中有机物降解。
在光照下，纳米TiO2表面产生的活性氧与废水中的有机物发生氧化反应，将有机物降解为无害物质，从而达到净化废水的目的。
此外，纳米TiO2光催化技术还可以通过短波紫外线激发下的电子-空穴对来完成废水中污染物的降解。
四、纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用1. 有机物降解纳米TiO2光催化技术能够高效降解废水中的有机物污染物，如苯酚、染料、农药等。
通过调控TiO2的粒径和晶相，优化光催化条件，可以提高降解效率。
2. 重金属去除工业废水中的重金属污染物对水环境和生态系统具有严重的危害。
纳米TiO2光催化技术可以通过光催化、吸附和还原等多种机制同时去除废水中的重金属离子，如铅、镉、铬等。
3. 破坏微生物工业废水中常存在有害微生物，如细菌、病毒等。
纳米TiO2光催化技术可以利用其对有害微生物的强氧化作用，破坏其细胞结构，从而达到杀灭微生物的目的。
五、纳米TiO2光催化技术的优势与挑战1. 优势（1）高效性：纳米TiO2具有高度的催化活性和选择性，能够实现高效降解废水中的有机物和重金属污染物。
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用摘要：近年来，随着环境问题的日益突出，废水处理成为了重要的课题之一。
光催化技术由于其高效、环保的特点，被广泛应用于废水处理领域。
其中，钛白粉（TiO2）光催化反应被认为是一种非常有效的方法。
本文从TiO2光催化反应的基本原理、反应机制和影响因素等方面进行了探讨，并详细介绍了其在废水处理中的应用。
一、引言随着工业化进程的不断加快，废水排放问题日益严重。
废水中含有大量的有机物、重金属离子等污染物，不仅对水体生态环境造成了严重的破坏，也对人类的健康产生了潜在的危害。
因此，如何有效地处理废水成为了亟待解决的问题。
光催化技术由于其高效、环保的优势，被广泛应用于废水处理领域。
其中，TiO2光催化反应因其低成本、易得性和良好的稳定性等特点，成为了研究的热点之一。
二、TiO2光催化反应的基本原理TiO2光催化反应是指在紫外光照射下，通过激发TiO2表面的电子，产生一系列氧化还原反应，最终实现有机污染物的降解。
TiO2光催化反应的基本原理可以归结为：1) 紫外光照射下，TiO2表面的电子被激发至导带，形成自由电子和空穴；2) 自由电子和空穴在TiO2表面进行氧化还原反应，产生一系列高活性氧化物种，如羟基自由基、超氧自由基等；3) 这些高活性氧化物种与有机污染物发生反应，使其降解为无害物质。
三、TiO2光催化反应的反应机制TiO2光催化反应的反应机制主要包括两个方面：1) 高活性氧化物种生成机制；2) 有机污染物的降解机制。
高活性氧化物种生成机制为：当TiO2表面的电子被紫外光激发，会形成自由电子和空穴。
自由电子在TiO2表面与氧分子发生反应，生成氧化还原活性物种，如羟基自由基；空穴则与水分子发生反应，产生羟基自由基和超氧自由基。
有机污染物的降解机制为：高活性氧化物种与有机污染物发生反应，形成过渡产物，并经过一系列反应逐步降解为无害物质。
纳米tio2光催化在废水处理中的应用
48-化工中间体C henm i cal I nt e r m edi at e2012年第02期科研开发纳米T i02光催化在废水处理中的应用李傻妮(中北大学化工与环境学院，山西太原030051)摘要：光倦化技术是一种新兴的高教节能现代废水处理技术，目前还处于实验室研究阶段。
本文综述了纳米T；O洗催化降解机理；并讨论了催化剂颗粒度、pH值、表面改性、载体、外加氧化剂对其光催化活性的影响；然后对纳米Ti O。
在降解有机废水和无机废水、自来水净化等方面的应用进行了评述；最后指出了目前纳米Ti0：在应用领域巾存在的不足，井展望了合成出对可见光有高响应率的光催化荆以及和传统污水处理技术相结合的发展前景。
关键词：光催化二氧化钛影响因素废水处理中圈分类号：X703文献标识码：A文章编号：T1672—8114(2012)02-048-061引畜工业废水中含有许多对人体有害的物质，如有机磷农药、芳香族胺基化合物、氯系溶剂(二氯乙烯、三氯乙烯等】、苯系溶剂及醛、酮等，对人体的毒害很大。
传统的水处理方法如吸附法、混凝法、活性污泥法等在实际处理过程中存在着一定的困难，效果不理想，因此急需寻找一种经济、有效的方法以进一步降解传统方法处理后水中残留的污染物。
1976年，J．H．C ar y等人对多氯联苯的光催化研究发现，在Ti O：的浊液中浓度为50ug／L的多氯联苯经0．5h的紫外线照射，反应物即可全部脱氯”l。
此后，光催化降解技术尤其是纳米Ti0：光催化氧化法作为一种水处理技术，引起了各国众多研究者的广泛重视。
王怡中、王九思等人B1研究了染料废水中甲基橙、活性艳红x一3B 以纳米T i O：为催化剂进行光降解脱色，甲基橙反应l O m i n，脱色率达97．4％；活性艳红X一3B在充氧条件下光照l h降解率可达98％。
樊彩梅人等研究了纳米Ti O：对水中腐植酸(H A)的降解情况【4l。
付宏祥等人疆1在研究光作者简介：李俊妮(1987一)，女，在读研究生。
TiO2光催化剂的研究进展及应用
TiO2光催化剂的研究进展及应用摘要：从TiO2光催化剂的制备方法、掺杂改性、催化降解动力学及对不同有机物的降解等几个方面综述了TiO2光催化剂的研究及发展状况；介绍了TiO2光催化剂在污水处理、大气及室内空气净化、抗菌等方面的应用，指出了TiO2光催化剂研究的发展方向，揭示了TiO2光催化剂研究的重要性。
关键词：TiO2光催化剂；研究进展；应用前言随着我国工业化和城市化发展，工业和生活用水量大大增加，水资源状况日益紧张，同时城市污水排放量也一直在增加[1]。
近年来，虽然污水处理率有很大提高，但依然有大量污水未经任何处理就排入水体，特别是饮用水资源造成了很大的污染。
常规的水处理方法有化学法、物理化学法和生物化学法等[2,3]。
但是很多有毒有害的污染成分（如卤代物、多环芳烃、农药、染料等)用常规的处理技术很难奏效。
因此研究新的能有效处理有毒难降解有机污染物的方法已成为国内外十分关注的重大课题。
1. TiO2光催化剂概述1.1 光催化原理TiO2受适当的光激发后，价带电子跃迁到导带，形成导带电子(e-)，同时在价带留下空穴(h+)，电子-空穴对的寿命较长，它们能够与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获，空穴-电子对也可以在催化剂粒子内部或表面直接发生复合。
空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成HO·。
同时光生电子也能够在电场的作用下迁移到催化剂表面，与吸附在表面的O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。
对于能够吸收可见光的染料类化合物，还存在另一条降解途径，其反应机理与上述有所不同：在可见光的照射下，染料化合物吸收光子形成激发单重态(1dye*)或激发三重态(3dye*)；激发态的染料分子吸附TiO2在表面后能够向TiO2导带注入一个电子而自身生成正碳自由基；注入导带的电子与吸附在TiO2表面的O2作用后形成O2-·，并进一步形成HO2·等活性氧自由基；这些活性氧类进攻染料正碳自由基，形成羟基化产物，再经一系列氧化还原反应最终生成CO2，H2O等无机小分子[4-7]。
纳米TiO2催化膜在废水处理中的应用
纳米TiO2催化膜在废水处理中的应用2012年12月25日摘要：在简单地阐述了纳米TiO2催化膜的催化机理的基础之上，重点介绍了近几年纳米TiO2 催化膜技术在污水深度处理中的应用及研究进展, 并指出其技术优势、缺点及未来研究方向, 认为该领域将在未来水处理工业发挥出很好的作用。
关键词：分离催化常规应用扩展波长0引言膜分离技术在废水的处理中有着较广阔的应用范围及应用前景，近年来膜分离技术已经进一步发展，逐步向催化及纳米分离技术方向发展。
应用纳米技术来处理污水便可达到一些意想不到的效果。
纳米技术是当今社会的热门话题，纳米材料的各种特殊性能能够解决许多常规方法不能解决的问题。
在污水处理方面，纳米技术较常规方法显示了高度的优越性其中，近年来发展比较迅速的纳米膜分类技术逐步地发展起来，其中纳米TiO2催化膜是一个比较典型的代表。
1催化反应机理纳米TiO2催化膜是基于光催化氧化技术发展起来的一种可有效地处理卤大多数有机物及金属粒子等的一种膜，这种技术是通过在纳米级微孔上的膜上通过物理化学等方法联合各种催化物质对废水进行膜处理，其技术的关键在于TiO2光氧化催化剂。
目前TiO2被认为是最有效的光氧化催化剂。
TiO2光催化机理纳米TiO2是N型半导体,能带和导带之间的带隙能为3.2eV,其能量相当于波长为387.5nm的紫外光,当被该紫外光照射时,处于能带上的电子被激发到导带上,生成高活性的电子e-,在能带上产生带正电荷的空穴h+。
TiO2与水接触,水分子和被溶解的氧与产生的h+,e-作用,生成强氧化性的.OH-,.O2,并通过.OH-,h+和.O2等渐渐将有机物降解为CO2和H2O等无机物。
同时,e-具有强还原性,还可将无机物高氧化态的氧化物或贵金属离子还原成低氧化态的氧化物或单质,或将低价离子氧化成高氧化态的氧化物沉淀出来,达到治理和回收的目的，如图一所示。
图一催化原理图[1]2常规的应用处理2.1 石油工业废水的处理石油工业废水处理常规方法有吸附法、混凝沉降法、生化法等,但这些常规的处理法目前很难达到去除难降解有机物的目的,即使降解了,也易造成二次污染。
《2024年工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》范文
《工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》篇一一、引言随着工业化的快速发展，工业废水排放量日益增加，其中含有大量的有毒、有害物质，对环境和人类健康造成了严重威胁。
传统的废水处理方法往往存在处理效率低、易产生二次污染等问题。
因此，寻求一种高效、环保的废水处理方法显得尤为重要。
纳米TiO2光催化技术作为一种新兴的环保技术，在工业废水处理中得到了广泛应用。
本文将重点探讨工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用。
二、纳米TiO2光催化技术概述纳米TiO2光催化技术是一种利用纳米级二氧化钛（TiO2）在光照条件下催化降解有机污染物的技术。
TiO2具有高催化活性、无毒、成本低等优点，被广泛应用于废水处理、空气净化、自清洁材料等领域。
在光照条件下，TiO2能够吸收光能，产生电子-空穴对，进而与水、氧气等发生反应，产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH），能够无选择性地降解有机污染物。
三、工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用1. 反应原理在工业废水处理中，纳米TiO2光催化技术主要通过光催化氧化还原反应来降解废水中的有机污染物。
具体过程为：当TiO2受到光照时，其表面的电子被激发，跃迁到表面吸附的氧分子上，形成超氧离子自由基（·O2-）。
同时， TiO2表面的空穴能够与水分子发生反应，生成·OH。
这些自由基和·OH具有极强的氧化能力，能够将有机污染物降解为低毒或无毒的小分子物质，甚至最终矿化为CO2和H2O。
2. 应用领域（1）染料废水处理：染料废水中含有大量的有机染料，难以通过传统方法处理。
纳米TiO2光催化技术能够有效降解染料废水中的有机染料，具有良好的脱色效果和矿化能力。
（2）石油化工废水处理：石油化工废水中含有大量的烃类、芳香烃等有机物。
纳米TiO2光催化技术能够有效降解这些有机物，降低废水中的化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）。
（3）制药废水处理：制药废水中含有大量的难降解有机物和有毒物质。
TiO2光催化剂在废水处理中的应用及研究进展
贵州师范大学学报（ 自然科学版） JournaI of Guizhou NormaI University（ NaturaI Sciences）
VoI. 22. No. 2 May 2004
文章编号：1004—5570（2004）02 - 0115 - 04
Reviews of application and progress in research of TiO2 photo catalysis in wastwater treatment
LIU Jian-hua，LIAO Li-Iing
（ SchooI of Physics and Chemistry，Guizhou NormaI University，Guiyang，Guizhou 550001，China）
有资料报道，在低光强下速率与光强成线性关 系，中等强度的光照下，速率与光强的平方根有线 性关系。Yinzhang 等［11］认为：上述关系可能与自 由基的产生有关，随着辐照增加，一方面电子与空 穴数量增加，电子与空穴复合数量也增加，另外产 生的自由基会发生反应生成 H2 O2 ，而 H2 O2 与有机 物反应速率比自由基要慢得多。 3. 5 反应温度和溶液 pH 值
近年来科学家们对阳离子蓝xgrrl等染料废水的光催化降解研究发现低浓度时速率与浓度存在正比关系当反应物浓度增加到一定的程度时随浓度的增加反应速率有所增大但不成正比浓度到了一定的界限后将不再影响反应速率10光强及反应器有资料报道在低光强下速率与光强成线性关系中等强度的光照下速率与光强的平方根有线性关系
5. 1 TiO2 光催化剂表面修饰 通过 TiO2 光催化剂表面修饰可降低电子 - 空
穴的复合速率，延长荧光衰减寿命，最重要的是窄 化其能带结构，可以使太阳光的利用率由百分之几 提高到百分之几十。
纳米TiO2光催化剂在污水处理中的应用
纳米二氧化钛在污水处理中的应用纳米二氧化钛作为一种重要的光催化材料，由于具有化学性质稳定、高活高等优点1972年，日本学者Fujishima和Honda在《Nature》上报道了在n型半导体TiO2单晶电极上光致分解H2O产生H2和O2的现象，这一报道使得半导体光催化氧化还原技术，在污水处理等方面的应用受到广泛关注，并得到了迅速发展。
大量研究证实，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等有机污染物都能有效通过光催化氧化反应在TiO2表面降解、脱色、分解为CO2、H2O及其它无机小分子物质，从而减少对环境的污染。
1 TiO2光催化剂在污水处理中的应用1.1 无机废水的处理工业废水中的无机污染物主要有重金属离子，如Hg、Cr、Pb等的离子。
许多无机物在TiO2表面具有光催化活性。
周林波等[1]在Cr6+浓度为80 mg/L、体积为100 mL的废水中，投加0.7g SiO2-TiO2系玻璃作为光催化剂，光照反应体系3 h，Cr6+的去除率达99 %。
Serpone 等[2]研究了以TiO2为光催化剂在模拟太阳光光照下处理HgCl2 和甲基氯化汞的过程，取得了较好的实验效果。
除重金属离子外，工业废水中的无机污染物还包括部分对环境危害较重的无机阴离子，如CN-、NO2-、Au(CN)-4等离子，一般方法难以去除，采用光催化氧化技术则能够达到这一目的。
Frank等[3]研究了以TiO2为光催化剂将CN-氧化为OCN-，并最终反应生成CO2、N2、和NO3-的过程。
Hidaka等[4]研究了氰化钾溶液及含氰工业废水在TiO2悬浮液中通过中间产物OCN-生成CO2和N2的的光催化氧化过程，讨论了光催化氧化法处理含氰废水的可能性。
1.2.1光催化处理印染废水印染废水具有浓度高、色度高、pH 高、难降解等特点，且大多含有苯环、胺基、偶氮基团等物质。
浙江大学研究小组研究了TiO2 悬浮体系对不同染料的光催化降解，结果表明，TiO2 对偶氮类染料、蒽醌类染料、三芳甲烷和菁系等可溶性染料脱色效果，Epling G.A.等[5]研究了在可见光下纳米TiO2 光催化剂对15 种不同类型的染料的降解；肖俊霞等也研究了10 种不同结构的染料在TiO2/UV 体系中的光催化氧化降解过程，揭示了不同结构染料在TiO2/UV 体系中的降解规律。
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用近年来，水资源的短缺以及废水对环境的污染引起了人们的广泛关注。
在废水处理领域，TiO2光催化反应被广泛研究并应用，因其高效、环保等特点备受关注。
本文将介绍TiO2光催化反应的原理及其应用于废水处理的技术，以期拓宽废水处理的方法和提高水资源利用效率。
首先，我们来了解一下TiO2光催化反应的原理。
TiO2是一种广泛存在于自然界中的半导体材料，其特殊的电子结构使其具有优异的光催化性能。
当TiO2暴露在光照下时，其价带上的电子可以被激发到导带上，形成带间电荷传输。
同时，TiO2表面存在的氧化物可以与水中的有机物发生反应，产生活性氧物种，如羟基自由基和超氧自由基等。
这些活性氧物种能够与有机污染物发生氧化反应，将其降解为无害物质，从而实现废水的净化。
TiO2光催化反应具有以下特点：第一，TiO2作为光催化材料具有极高的化学稳定性，能够抵抗酸碱环境的影响，不易受到周围环境的污染。
第二，TiO2光催化反应对光照条件的要求较低，可利用可见光或紫外光进行催化反应，因此具有较强的适应性。
第三，TiO2本身不会参与化学反应，因此对废水中的金属离子等微量元素不会产生钝化作用。
TiO2光催化反应在废水处理中有着广泛的应用。
一方面，TiO2可以用于废水的脱色处理。
许多有机染料对于水体的污染是不可忽视的，而TiO2光催化反应可以将其中的有机染料降解为无害物质。
研究表明，TiO2光催化反应对苯胺染料、亚甲基蓝等有机染料均有较好的降解效果。
此外，TiO2还能够去除水中的重金属离子，如Cu2+、Pb2+等，使废水中的重金属浓度降低，从而达到净化水体的目的。
另一方面，TiO2光催化反应在有机废水处理中也有着广泛的应用前景。
许多有机废水中含有难以降解的有机物质，如苯系物质、酚类化合物等。
利用TiO2光催化反应可以将这些有机物质降解为二氧化碳和水等无害物质。
研究发现，通过调节TiO2粒子的形状和结构，可以改变其光催化活性，提高有机物质的降解效果。
TiO_2光催化处理废水中贵重金属的研究进展
TiO_2光催化处理废⽔中贵重⾦属的研究进展TiO 2光催化处理废⽔中贵重⾦属的研究进展李 川 古国榜 柳 松precious metals in w aste w ater by TiO 2photocatalysisLi Chuan G u G uobang Liu S ong(Department of Applied Chem istry ,S outh China Univesity of T echnology ,G uangzhou 510640)Abstract A review was given for principles ,parameters and application of treatment of heavy and noble metalsin wastewater by titanium dioxide photocatalysis.Parameters include crystal configuration ,size and special area ,dosage of titanium dioxide ,m odifier ,light and its intensity ,metal ions ,pH ,O 2,hole scavenger ,other cations andanions ,imm obilization and reactor.The method of treatment of individual metal ions (Cr (Ⅵ),Hg (Ⅱ),Cd (Ⅱ)),selectively recovery of noble metals and synergistic interaction between rem oval of metals and degradation of organic wastes by photocatalysis were shown.At last ,existing problems and further investigations were pointed out.K ey w ords photocatalysis ;wastewater ;heavy and noble metals收稿⽇期:2003-01-17;修订⽇期:2003-05-28作者简介:李川(1970～),男,湖北监利⼈,博⼠研究⽣,主要从事⾼级氧化和环境⽣物技术的研究⼯作。
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
摘要：TiO2多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物,使有害物质矿化为CO2、H2O及其它无机小分子物质.本文综述了TiO2光催化的机理,提高光催化能力的`途径,多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法,以及目前尚存在的一些问题,扼要介绍了近年来TiO2光催化反应及其在废水处理中应用的研究进展及应用前景. 作者：沈伟韧赵文宽贺飞方佑龄Author：Shen Weiren Zhao Wenkuan He Fei Fang Youling 作者单位：武汉大学化学系,武汉,430072 期刊：化学进展 ISTICSCIPKU Journal： PROGRESS IN CHEMISTRY 年，卷(期)： 1998, (4) 分类号： X7 关键词： TiO2 多相光催化降解废水处理机标分类号： TP2 O64 机标关键词：光催化反应废水处理应用前景污染物光催化能力光催化降解多相光催化有害物质处理方法小分子太阳能矿化机理环境基金项目：中国科学院资助项目，国家重点实验室基金 TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用[期刊论文] 化学进展 --1998, (4)沈伟韧赵文宽贺飞方佑龄TiO2多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物,使有害物质矿化为CO2、H2O及其它无机小分子物质.本文综述了TiO2光催化的机理,提高光催化能力的途径,多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法,以及目前尚存...。
TiO2光催化氧化污水处理技术的研究进展
的 水 处 理 新技 术被 研 究 者 广 泛 关 注 论 文 对 Ｔｉ ｏ， 光 催 化
氧 化 水 处理 技 术 在 悬 浮 式 光催 化 氧 化 和 负载 式 光 催 化 氧 化 方 法 中光催 化 剂 、 光 催 化 氧 化 反 应 器 和 光 能 利 用三 要 素
的研 究进 展 进 行 了总 结和 评 述 ： 在 分 析 其 各 自优 缺 点 的基
ｓ ｅ ｍ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ［ Ｊ ］ ． Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ， １ ９ ７ ２ ， ２ ３ ８ （ ５ ３ — ５ ８ ） ： ３ ７ — ３ ８ ．
Ｔ ｉ Ｏ ： 作为一种宽禁带（ Ｅ ｇ ＝ ３ ． ２ ｅ Ⅵ半导体化合物 ， 只有波长较短的太阳 光能ｆ ＜ ３ ８ ７ ｎ ｍ １ 紫外光才能激发其催化涪 ｌ 生。但紫外光区域在太阳 … 一 十 ， Ｊ ￡ 能中只占到 ４ ％～ ６ ％， 可见光却Ｌ 占太阳能总能量的 ４ ５ ％。因此 ， 要充
光催化 反应器 。 如图 １ 所示 ， 光催化剂加入待处理的混合液 中， 开 启水泵 ， 使水在光催 化反应器 内和分离装置 间循环流 动。待光催 随着现代化工业 的迅速发展 ， 大量有毒 、 难 于降解 的人工合成 打开 紫外 灯， 反应 开始 ； 有机 污染物得到降解， 有机物不断产生 ， 对人体和动植物有着急性或慢性 、 直接或间接的 化剂达到悬浮状态， 合 格水从分 离装置流 出 ， 光催 毒害作用 。然而常规的水处理工艺对有机污染物 的去除效果甚微， 光催化剂通过分 离装置时被截 留 ； 难 以满足饮用水水质标准 ， 如传统 的液氯消毒 ， 不仅产生天然有机 化 剂颗粒与水实现分离。这种反应器 既保证 了光催化氧化 的高效 又实现 了光催化剂颗粒与水的有效 分离 。 物（ Ｎ ＯＭ ） 、 藻类及其代谢产物等前驱污染物 ， 而且还生成三卤甲烷 、 率，
改性纳米TiO2光催化剂处理废水
改性纳米TiO2光催化剂处理废水1 引言高级氧化水处理技术(Advanced Oxidation Processes (AOPs) ) 基于原位产生的高活性短暂物种(如H2O2、·OH、·O2－和O3等) 的原理，可矿化难降解水中绝大多数有机污染物、病原体和消毒副产物等［1，2］，是能够提供洁净且消毒水源的创新性水处理技术。
在众多的AOPs 中，使用二氧化钛(TiO2) 半导体催化剂的多相光催化技术表现出高效快速的降解能力，该技术可将众多难降解有机污染物分解成生物可降解物质或矿化成无毒的CO2和H2O ［3，4］。
但迄今为止，将TiO2催化剂用于水处理仍存在一系列技术挑战。
如TiO2细小的颗粒尺寸、较大的比表面积和表面能使其在操作过程中易于凝聚使传质过程减缓。
本文综述了近几年改性TiO2光催化水处理技术研究所取得的进展及其面临的瓶颈问题。
2 TiO2光催化反应机理以光化学和光物理为基础的TiO2半导体催化剂已有众多报道［5，6］。
半导体的基本能带结构是：由一个充满电子的低能价带(valence band，VB) 和一个空的高能导带(conduction band，CB) 构成，价带和导体之间由禁带分开。
当用高于或等于TiO2带隙(通常锐钛矿3．2 eV，金红石3．0 eV) 的光能量(λ＜ 400nm) 照射其表面时，孤电子在飞秒时间内被光激发至TiO2导带，光激发产生一个未充满的价带，从而形成电子－空穴对(e-/h+) ［7，8］。
根据光子同催化剂和吸附物质作用方式的不同，催化反应可以分为敏化光反应(sensitized photoreaction) 和催化光反应(catalyzedphotoreaction) ，其实质就是电荷的转移方向不同，敏化光反应中生成的e-/h+从催化剂流向吸附分子，而催化光反应电荷流动方向正好相反［9，10］。
3 TiO2光催化剂的改性方法实际的晶体都是近似的空间点阵结构，总有一种或几种结构上的缺陷。
《2024年工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》范文
《工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》篇一一、引言随着现代工业的迅猛发展，工业废水处理问题已成为环保领域面临的一大挑战。
传统处理方法在面对日益复杂的废水组成时显得捉襟见肘，寻找更高效、环保的废水处理技术势在必行。
近年来，纳米TiO2光催化技术以其独特的光催化特性，在工业废水处理领域展现出了广阔的应用前景。
本文将就纳米TiO2光催化技术的原理、应用现状及在工业废水处理中的具体实践等方面进行探讨。
二、纳米TiO2光催化技术原理纳米TiO2光催化技术是利用纳米级二氧化钛（TiO2）的光催化性能，在光照条件下对有机物进行氧化还原反应，从而达到降解污染物的目的。
当纳米TiO2受到大于其禁带宽度的光子照射时，会产生光生电子和空穴对，这些电子和空穴与吸附在催化剂表面的氧和水反应，生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2-），这些自由基能够无选择性地与有机污染物发生反应，最终将其降解为无害的二氧化碳和水等小分子物质。
三、纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用现状随着科技的发展，纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用越来越广泛。
其优点包括反应条件温和、无二次污染、可循环利用等。
目前，该技术已广泛应用于染料废水、农药废水、油类废水等各类工业废水的处理中。
具体而言：1. 染料废水处理：由于染料废水含有大量有机色素，传统的处理方法往往难以将其完全去除。
采用纳米TiO2光催化技术，能够有效降解染料废水中的有机色素，提高废水的可生化性。
2. 农药废水处理：农药废水中含有大量的有机磷和有机氯等有毒物质，对环境危害极大。
纳米TiO2光催化技术能够快速降解农药废水中的有毒物质，降低其环境风险。
3. 油类废水处理：油类废水通常难以通过传统的物理化学方法完全去除。
纳米TiO2光催化技术能够有效地将油类物质分解为小分子物质，从而达到净化水质的目的。
四、纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的实践应用在实际应用中，根据废水的性质和成分，可以通过多种方式提高纳米TiO2光催化技术的效率。
纳米TiO2光催化在废水处理中的应用研究
纳米TiO2光催化在废水处理中的应用研究郑学锋【摘要】纳米TiO2主要用于中低浓度废水处理、小空间空气净化料表面自清洁、重金属回收、固体废物处理等领域,与传统除污工艺相比,具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点,纳米TiO2是近年来环保领域中研究最多、最具发展前景的高新技术材料之一.介绍了纳米TiO2的光催化机理,概述了光催化技术在处理含油废水、含药废水、印染废水、造纸废水、含氮有机废水、氯代有机废水、含酚废水等方面的最新应用研究进展,指出了其在废水处理中还存在阳光效率低、回收再利用困难、降解效率有限等问题.【期刊名称】《漯河职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(011)002【总页数】3页(P67-69)【关键词】纳米TiO2;光催化;废水处理【作者】郑学锋【作者单位】许昌卫生学校,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TB383;X703纳米材料又称为超微颗粒材料，纳米材料是纳米科技发展的重要基础，是纳米科技最为重要的研究领域。
纳米材料由纳米粒子组成，结晶粒度为纳米级(1－100 nm)的多晶材料，即三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1－100 nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个原子。
纳米材料一般分为纳米颗粒、纳米薄膜(多层膜和颗粒膜)和纳米固体。
随着现代工农业的迅猛发展，产生了大量污染物，大部分以废水的形式排放到环境中去。
多年来，研究人员采用了包括生物处理、化学处理、热处理等方法应用于废水处理中，但目前这些方法都存在着局限性，而且处理费用太高。
20世纪70年代以来，出现了一种新型的污水处理技术——光催化，以其催化活性高、稳定性好、对人体无毒、价格低廉等独特的优点，日益受到重视。
二氧化钛(TiO2)光催化技术也是近年来国内外最活跃的研究领域之一。
TiO2有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。
参考纳米二氧化钛在废水处理应用中的研究进展
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本科毕业论文题目：纳米二氧化钛在废水处理应用中的研究进展学院：化学与环境工程学院班级：09级化学6班姓名：朱志娟指导教师：席建红职称：副教授完成日期：2013 年05 月15 日纳米二氧化钛在废水处理应用中的研究进展摘要：纳米TiO2 具有安全无毒、稳定性好、见效快、能耗低、高催化率、超亲水性、可重复使用等优点，近年来它在环保领域中的应用前景越来越突出，尤其是在低浓度废水处理、小范围空气净化材料表面自洁以及重金属回收、固体废物处理等领域；本文就纳米TiO2 光催化机理，综述了光催化技术应用于处理造纸废水、含农药废水、含油污废水、含染料废水、表面活性剂废水、其他有机废水以及部分无机废水等方面的最新研究进展，并讨论了光催化氧化在废水处理中存在的某些不足和近年来的改进手段，指出对纳米TiO2 进行改性处理的几种主要方式，概括了提高纳米TiO2 光催化降解能力的其他方法，并展望纳米TiO2 作为光催化剂未来的发展趋势。
关键词：纳米TiO2 ；光催化剂；光催化降解；废水处理；应用进展目录1. 前言 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
2. 纳米TiO2 的光催化作用机理 ................................................ 错误!未定义书签。
3. 纳米TiO2 用于处理各种废水之研究进展 ............................ 错误!未定义书签。
3.1造纸废水处理 ...................................................................... 错误!未定义书签。
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纳米TiO 2光催化剂及其在废水处理中的研究进展X王利俊,郭为民(中国石油呼和浩特石化公司质检部,内蒙古呼和浩特 010070) 摘 要:文章从近几年纳米T iO 2光催化反应在污水处理实验中,总结了纳米TiO 2光催化剂在近几年污水处理中的重要作用,并进一步阐述了纳米T iO 2光催化剂的反应机理,以及影响其催化活性的因素和废水处理体系的工艺参数对光催化活性的影响,概括了纳米T iO 2光催化反应在不同的污水处理中的作用,并进一步分析了其对污水治理的好处与不足,进一步展望了纳米T iO 2光催化反应在废水处理中的发展前景。
关键词:反应机理;影响因素;废水参数影响;应用 中图分类号:T E357 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0024—06 当今随着经济社会的发展,尤其是工业的发展,环境保护问题越来越突出,人们的环保意识也越来越强。
但对各方面的污染治理人类仍然面临着极大的考验,其中水污染的治理尤为突出。
水是生命之源,随着人口的增长和经济的发展,人类对水的需求量不断增加。
我国人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4(约2700m 3),时空分布又极不均匀,况且我国正处于工业化和城镇化的快速发展时期,对自然资源的开发利用强度很大,污染物排放量随之增大,水污染形势十分严峻而如何治理好这些污染,成为了环境保护的核心内容。
在过去的十年当中我国就污水治理与水资源的保护做了不少努力,但成果并不尽如人意。
尽管如今大力提倡清洁生产、绿色化工,但要完全实现清洁生产将是一个漫长的过程,因而末端处理仍然十分必要,即工业废水和城市生活污水必须经过处理才能排放。
当前治理污水的方法主要有[1]:沉降、絮凝、过滤、吸附、气浮、生物处理等,但这些方法都不可避免地带来二次污染,而且还有再生费用昂贵或处理周期长等缺点。
而自1976年J.H.C arey 等报道了纳米T iO 2在紫外光照射下可使水中难生化降解的有机化合物多氯联苯脱氯成功的结果后,纳米T iO 2光催化氧化法作为一种新兴的水污染治理技术得到了国内外学者的广泛关注,已发现废水中有3000[2]多种难降解的有机污染物可以通过纳米T iO 2的光催化作用使其降解为CO 2、H 2O 和无毒的氧化物。
与传统水处理工艺相比,光催化在去除高浓度、有毒的难生物降解污染物方面,有技术和经济上的优势。
纳米T iO 2以其光吸收性能好、无毒、催化活性高、无腐蚀、性质稳定、价廉等优点而成为较理想的光催化剂。
但是由于纳米T iO 2存在量子化效率低、反应速率较慢以及利用波长范围窄等问题,限制了其在大型环境工程的污水处理中的应用。
综合考虑环境污染治理和光催化活性的有效提高,将是光催化研究的发展趋势。
1 T iO 2光催化机理T iO 2光催化反应其实质是光能量的逐级传递、最终达到利用光的能量将目标物质降解的过程,其催化历程可简化为如下几步[3]:光激发产生电子和空穴当受到能量高于其禁带宽度的光照射时,其价带电子吸收光能跃迁到导带,成为高活性电子(e -),相应的在价带上留下带正6 安装运行过程中注意事项安装位置要求监测点选取在锅炉烟囱烟气排放稳定处,仪表现场安装牢固;检测现场应设专门的样气处理间,以延长分析元件的使用寿命;检测探头现场要有维护平台、旋梯,以便于安装维护;监测系统设操作权限防止随意退出和隐藏系统;现场电缆铺设要有电缆保护管、连接处有密封接头并达到防爆要求;对分析仪定期进行零点、跨度标定;定期更换分析仪易损件和标准样气;定期检查现场仪表吹灰,探头安装位置,反吹系统等,保证测量效果。
结束语依据国家对固定污染源烟气排放连续监测技术规范,我公司通过安装在线式烟气连续监测分析仪,进一步强化了大气污染物达标排放,同时实现了中国石油、呼和浩特环保局联网运行,有效控制了重点污染物的排放。
[参考文献][1] 萧鹏,等.过程分析技术及仪表[M].北京:机械工业出版社,2008,(8).[2] B B (中国)公司MS 技术维护手册.[3] 张永,等MS 在火电厂烟气脱硫系统中的应用及维护到高科技与产业化X收稿日期57A CE .C E .2010-04.:2012-02-1电荷的空穴(h+),光生电子和空穴分别具有还原和氧化能力。
电子和空穴的迁移特定波长的入射光有效作用于表面数个原子层,所产生的电子和空穴参与反应。
电子和空穴在表面的反应电子和空穴到达催化剂表面后,可以引起其表面原子键态和电子分布的变化,也可以与吸附在催化剂表面的物质发生反应,生成相应的自由基和其它降解产物,反应过程与催化剂表面的物理化学性质有关,也与其表面是否吸附了其它物质有关。
体相反应T iO2表面产生的自由基和其它具有氧化或还原能力的物质(如某些液相反应体系中的F e2+)继续在固液界面的液膜或固气界面的气膜内发生反应,或者继续在液体和气体相内发生自由基反应,完成降解过程。
从TiO2的外电子层结构研究可知,其禁带宽度为3.2ev(属于半导体)。
当受到波长为387.5nm的光(相当于紫外光)作用时,电子发生跃迁,从而使原来的空带上获得带负电的高活性电子e-,而在原来的满带上形成带正电的空穴h+。
这种正电空穴h+具有强氧化性,它能够将吸附于T iO2粒子表面的OH-和H2O氧化为OH自由基,其作用机理可以用以下反应式说明:TiO2→e-+h+(1)h++H2O→OH+H+(2)h++OH-→OH(3)O2+e-→O2-(4) O2-+H+→HO2(5) 2HO2→O2+H2O2(6)H2O2+O2-→OH+OH-+O2(7)而OH自由基是水钵中最强的氧化剂,能够降解许多有机物(包括有机农药),使其最终转变为二氧化碳和水。
由于T iO2光催化剂的光利用率比较低,其活性受到很多因素的影响。
2 影响纳米T iO2光催化活性的因素2.1 T iO2的光催化反应原理TiO2的光催化作用主要源于自身特殊的电子结构和良好的光电特性。
在光的照射下,T iO2可产生高活性的光生电子(e-)和光生空穴(h+)。
在T iO2 -H2O体系中,e-、h+在电场的作用下分离,迁移至TiO2粒子的表面,并分别被溶液中的H2O、OH-、有机物和溶解氧俘获,生成氧化能力及反应活性极强的羟基自由基(OH)和O2-等,能够将水体中的有机物直接氧化为CO2、H2O等无机小分子。
2.2 粒径对催化活性的影响有机物的降解速度与e-和h+的浓度有关,而部分钛原子处于严重欠氧状态,易形成束缚激子,纳米级的T O随着粒径的减小,表面原子迅速增加,光吸收效率提高,从而增加了表面和+的浓度,提高了催化活性;催化反应的活性与被降解物在催化剂上的吸附量有关,随着粒径尺寸的减小,比表面积增大,表面原子的配位不全,导致表面原子活性位置增多。
从而有利于反应物的吸附,增大了反应活性;另外,当二氧化钛粒径小于10nm时[4],就会出现明显的量子尺寸效应,使其导带和价带能级变成分裂能级,半导体的能隙增宽,从而使空穴电子对具有较强的氧化还原能力,光催化效应的驱动力增大,导致光催化活性的提高。
2.3 晶型对催化活性的影响用作光催化的TiO2主要有锐钛矿型和金红石型两种晶型[5]。
通常认为锐钛矿型TiO2的光催化活性优于金红石型,其主要有两方面的原因:锐钛矿TiO2粒子的表面羟基含量高于金红石型,锐钛矿TiO2粒子的表面羟基含量较高但热处理会使表面羟基含量减少。
因此,经高温焙烧的金红石型TiO2粒子表面羟基含量较少,而表面羟基的减少不利于电荷分离。
因为在气相反应体系中,由于缺少水分子,所以光生空穴(h+)主要与T iO2表面吸附的羟基发生反应(式中下标ads代表吸附)[6]:h++ OH-ads→OH-ads形成的OH是光催化反应中的重要物种,OH非常活泼,比如其可与吸附于T iO2表面的C7H16反应形成活性自由基,再进一步反应可使C7H16完全矿化为CO2和H2O。
所以表面羟基含量越多,产生的OH也越多,催化活性也就越高;另外,表面羟基的减少对于O2的化学吸附有负面影响。
O2作为光生电子(e-)的捕获剂,可抑制电子空穴的复合,所以金红石型T iO2粒子催化活性较低。
锐钛矿TiO2粒子的带隙能高于金红石型锐钛矿型TiO2粒子的带隙能3.2eV,金红石型TiO2粒子的带隙能为3.2eV,两者价带位置相同而导带位置不同。
金红石型TiO2粒子,由于其具有较小的带隙,因此光生电子和空穴的分离几率较小,光催化活性降低。
为了在低温焙烧下得到金红石型的TiO2粒子,魏刚采用了低温水解法,用该法制得的T iO2粒子,在320℃焙烧时即可得到金红石型的T iO2粉体,同时也表现出了低的催化活性。
金红石型TiO2虽然催化活性较弱,但对锐钛矿型T iO2的催化反应具有协同作用。
锐钛矿型与金红石型的质量比为7∶3的混晶[7],光催化降解活性最高,它的活性是锐钛矿型的2～4倍。
2.4 掺杂剂对催化活性的影响掺杂是将掺杂剂通过反应转入纳米T iO2晶格结构之中。
常用的掺杂剂有稀土元素、过渡金属元素、半导体化合物等。
通过掺杂过渡金属离子可在T iO2的晶格中引入缺陷位置或改变晶体的结晶度,从而影响电子和空穴的复合,某些金属离子的掺入还可以扩展光吸收的范围,使其响应波长向可见光移动。
在纳米T iO2中掺杂Ag、Pd、Rh、Zn、Mn等金属离子[8],可以有效提高TiO2的光催化活性,实验表明掺杂后的T O体系提高了光催化活性,并认为掺杂物的浓度、掺杂离子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响。
L也探讨了F3+离子的引入对T O光催化活性的影响。
实验结果表明[]F3+离子的引入既能增加T Oi2e-h:i2itt e re i29:e i2的活性,又不影响T iO2的寿命。
这是因为:F e3+是强亲氧离子,能与TiO2中的O牢固结合,而且半径比Ti4+小,少一个电荷,当它进入T iO2的表面或者扩散到表层以下替代Ti4+位置后,能增加T iO2表面及晶格内部的氧空位。
掺杂0.5%的F e3+时的量子效率可提高18倍;另外,也可以掺杂非金属离子。
利用N 掺杂T iO2光催化剂,发现这样处理的催化剂有内部多孔结构,并使催化剂对能量的吸收向低能态移动,认为掺杂的N原子在提高TiO2多晶粉末光化学活性方面发挥了重要的作用。
用不同波段的光照射发现,这种催化剂比普通P25催化剂的光活性高许多。
2.5 负载制膜对催化活性的影响TiO2的负载是通过一定的方法将其固定在载体上或让其在载体上形成连续的薄膜。
目前,国内外常用的负载技术是具有工艺简单、光催化活性高、普适性强等特点的溶胶-凝胶法。
应用较多的载体主要有硅胶、玻璃纤维、玻璃珠、沸石、砂子、活性炭、普通(导电)玻璃、金属氧化物(如F e2O3、Al2O3)等。