纳米TiO_2光催化材料及其在净化大气污染中的应用_孙凤英
纳米级tio2光催化净化大气环保涂料的研制

2%?3%左右。涂层的外观没有改变。预 材料:据报道,纳米TiO。改性内墙生态涂
计该油漆对空气中污染物降解具有很好的
料的使用不仅提高了涂料的原有性能,而
耐久性。
且还具有空气净化、杀菌、抑菌等功能。
三、纳米TiO:在环保涂料中的应 用
装饰造成的有害气体污染有所改善角色。 四、结束语
2光催化涂料净化性能持久性实验
氨和苯类化合物90%以上,这对许多类
将涂覆有光催化涂层的玻璃板置于
型的涂料有害。细菌具有杀菌彻底性和持
室外.每10天用水洗一次,并且每月一 次测试NOx的降解效果,总共8个月。 结果表明,涂布8个月后空气中NOx的 氧化降解率下降幅度较小。下降幅度仅为
久效果:采用高速分散技术制备纳米TiO。 改性多功能建筑涂料,并对其性能进行测 试,结果表明涂料具有高降解性。低浓度
关键词:纳米级TiO!;光催化;涂料
随着现代工业的迅猛发展,环境污染 问题日趋严重,纳米材料因其优异的性能 和广泛的用途越来越受到人们的关注。
一、实验部分 1光催化大气净化涂料制备 作为实用的大气净化材料。粉末状光 催化剂的形状必须容易与大气中的污染物 接触并受到紫外线辐射,并且也是固定的. 因此通常将其制成扁平形状。为此目的。 粘合剂应具有以下特性:既不损坏也不光 催化活性:光催化作用不会引起其老化: 大比表面积:无二次污染:对环境无害、 无毒:防水性能好:保持各种实用材料如 建筑材料的固有性能:保持建筑材料等各 种实用材料的固有性能。 选择完全满足上述条件的材料更加 困难。在这项工作中,有机硅树脂被选为 TiO,的粘合剂。优点是:对臭氧,紫外线 和大气具有良好的稳定性。化学稳定性好。 耐酸碱,不易氧化,具有优异的耐热性和 耐水性:可以形成具有发达多孔的唯一涂 膜的气孔.透气性好,附着力强。不易脱落。 2光催化实验 实验中使用的TfO,是日本日本气 雾剂公司的产品。粒径为30nm,80% 为锐钛矿。20%为金红石,比表面积为 50±15m2/g(BET)。其未经处理就使用。 该反应器是由Pyrex玻璃制成的流通 式管式反应器。圆柱形反应器具有500mm 的长度和56mm的内径。将光催化气氛清 洁涂料均匀涂布在面积为50cm×4cm的 玻璃板上。重复涂布过程数次直到涂层不 透明,然后在180':IC的烘箱中固化15分钟。 称量涂层负载前后玻璃板的质量以获得 0.0159/cm2的涂层负载。并且通过SEM 发现涂层厚度为约20u m。 含NOx的空气穿过光反应器并发生 光催化氧化反应。由于催化剂吸附的作 用,每次实验前。在黑暗状态下.通过一 定的时间(通常30分钟)直到废气流中 的NOx含量不再变化。在实验中.气体 流量为O.5L/min,相应的停留时间为2.46 分钟。NOx浓度从0.1到1.1毫克/立方 米不等。 用萘基乙二胺盐酸盐的比色法进
纳米TiO2光催化材料催化机理及其在环境污染防治中的应用研究

纳米TiO2光催化材料催化机理及其在环境污染防治中的应用研究作者:邵庆辉洪伟来源:《北方环境》2011年第09期摘要:纳米TiO2光催化是一种新兴的高效、节能的污水、废气净化新技术,本文阐述了TiO2光催化的反应机理、影响因素,以及其在污水中有机物降解、废气净化等环境领域中的应用研究进展,并对光催化技术的现状和发展趋势进行了探讨。
关键词:二氧化钛;光催化;催化机理;应用中图分类号: X703 文献标识码:A 文章编号:1007-0370(2011)09-0103-02利用纳米TiO2光催化降解手段去除有机污染物是目前日益受到重视的一项新技术,其在有机废水的深度处理和环境废气净化等领域发挥的巨大作用引人瞩目。
有机物中包括烷烃类、卤代烃类、有机酸类、硝基芳烃、多环芳烃、苯胺类、酚类、表面活性剂、细菌等均可以有效地进行光催化降解反应,生成小分子物质而消除其对环境的不利影响。
纳米TiO2光催化是指在光照下,有机物在TiO2粒子表面降解的过程, TiO2粒子的表面结构、组成、活性、稳定性对光催化效率的高低起着非常关键的作用。
本文针对纳米TiO2光催化的反应机理、影响光催化活性的因素,以及其在环境领域中的应用进行系统综述。
1纳米TiO2的光催化机理TiO2之所以能用作光催化剂,是因为其能带结构是不连续的,在通常情况下是由一个充满电子的低能级价带(VB)和一个空的高能级导带(CB)构成,它们之间被禁带隔开。
TiO2的禁带宽度(Eg)为3.2eV,当用能量大于或者等于其禁带宽度的光线照射时,其价带上的电子被激发,超过禁带进入导带而产生高能电子(e-)和空穴(h+),基本反应表达式:TiO2(e-+h+)光吸收阈值(λ)与禁带宽度(Eg)有如下关系:λ(nm)=1240/Eg(eV)[2]。
在电场的作用下,电子与空穴发生分离并迁移到粒子表面的不同位置,与吸附在其表面的OH-、H2O、O2等发生一系列的反应产生高活性的OH·、O2-,并与e-和h+一起使吸附在TiO2粒子表面的有机污染物及部分无机污染物发生氧化还原反应,最终分解为CO2、H2O等无害小分子物质。
纳米TiO_2气相光催化有机污染物的研究综述

纳米T iO2气相光催化有机污染物的研究综述荆门职业技术学院化学工程系 李 瑛[摘 要]纳米T iO2气相光催化是目前一种新的环境治理技术,本文综述了近年来纳米T iO2气相光催化有机污染物的研究进展,并对该技术的应用进行了展望。
[关键词]纳米T iO2 气相光催化 有机污染物 随着环境污染日益突出,空气质量问题越来越受到人们的关注。
近年来,利用半导体光催化降解空气中有机污染物的多相光催化过程已成为一种理想的环境治理技术,目前有关纳米T iO2用于气相光催化有机污染物治理的研究较多。
实验研究表明:与液相光催化过程相比,气相光催化氧化可以使用能量较低的光源,而且气相光催化氧化反应速度快、光的利用效率高、容易实现完全氧化、体积流量大、不受溶剂分子影响等特点。
对于农药、工业制造、建筑材料、消毒防腐等产生的挥发性有机物,都有较好的降解效果。
1、对各类有机污染物的气相光催化(1)链烃。
对气相链烃的T iO2光催化研究表明:从乙烷到辛烷,无论直链烷烃还是支链烷烃,在室温下都可在二氧化钛表面光催化氧化,反应中存在中间产物醛和酮,最终产物为CO2[1]。
(2)含氯有机物。
很多学者对含氯有机物气相光催化降解的反应动力学及其影响因素方面做了大量研究,其中三氯乙烯研究最多[2]。
(3)含氧有机物。
含氧有机物包括醇、醛、酮类等。
对气相丙酮的T iO2光催化时发现:在常温常压下丙酮光催化降解可获得80%的转化率;丙酮转化为CO2,无中间产物[3]。
(4)芳香族有机物。
近年来,有很多研究者对苯、甲苯、二甲苯、乙苯、间二甲苯等芳香族气相有机物的光催化降解反应产物、催化剂失活及反应途径等方面进行了研究。
T a izo Sano等[4]用负载在P t上的T iO2催化剂对挥发性有机化合物如甲苯进行了研究。
(5)含硫有机物。
对含硫有机物的光催化降解研究相对较少,其降解机理非常复杂。
V o ro ntsov等[5]对T iO2气相光催化降解二乙基硫时发现,催化剂在反应100~300min后失活。
纳米二氧化钛在净化汽车尾气中的应用

开尔纳米产品应用论文(周报)论文名称纳米二氧化钛在净化汽车尾气中的应用一、本期推介粉体:1、主要技术指标(与本论文相关联的指标):纳米二氧化钛2、本期重点推介的性能(关键词、句):纳米二氧化钛汽车尾气净化二、产品应用的主要内容(使用方法、简易流程等):1、主要原理(机理)叙述:纳米 TiO2 材料具有化学稳定性好,反应活性大等特点。
纳米 TiO2 材料的禁带宽度为 3. 2 eV,对应的光吸收阀值为387. 5 nm。
只有当它吸收了波长小于或等于387. 5 nm的光子时,其吸收能量高于其禁带宽度的波长光的辐射,产生电子跃迁。
由于能量传递,将产生活性很强的自由基和超氧离子等活性氧,诱发光化学反应,产生催化作用。
活泼的自由基可以把许多难以降解的有机物氧化为二氧化碳和水等无机物。
2、使用工艺、过程描述:本试验采用了短弧氙灯,短弧氙灯能发射出很强的紫外辐射连续光谱 (紫外光波长一般为 3~390 nm)。
该光谱非常近似于太阳光的可见连续光谱。
试样:将含有纳米 TiO2 材料的试剂涂刷在模拟道路真实状况的混凝土试样表面上,混凝土试样规格为 35 cm ×30 cm ×5cm,试剂中 TiO2 质量分数分别为 10%和 20%。
汽车尾气:汽车尾气 (其中含有定量的 NOx )经干燥后直接排入实验舱中 ,试验过程中舱内气体处于密闭状态。
舱内气体压力: 105. 378 kPa。
舱内气体温度: (20 ±2) ℃。
(1)反应时间对 NOx 降解效果的影响(2)催化剂质量分数对 NOx 降解效果的影响。
在实验舱温度、压力和光照基本相同的情况下 ,改变涂刷在混凝土试件表面的 TiO2 光催化剂的质量分数 ,之后通入相同质量分数 NO的汽车尾气。
(3)3. 3 光催化剂的重复使用效率。
试验表明 ,表面涂有 TiO2 光催化剂的试样经多次使后 ,其催化剂表面活性减弱 ,表现为对汽车尾气中 NOx 的解能力明显降低。
TiO2光催化材料研究进展及运用
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TiO2光催化材料研究进展及运用邓燕;何青青【摘要】在全球环境污染日趋严重的今天,如何高效地治理环境污染引起广泛地关注。
具有高量子效率,能充分利用太阳能的TiO2因其成本低,具有良好的物理、化学性质,被广泛应用于各个领域,尤其是在降解水中有机物方面。
综合论述TiO2光催化材料的发展概况、降解原理及制备方法,介绍了TiO2光催化材料的几种应用以及所要克服的技术瓶颈-如何提高二氧化钛光催化剂的催化活性做了一个简单的总结。
%In the increasingly serious global environmental pollution today, how to effectively control pollution caused widespread attention, mesoporous TiO2 are widely used in various fields for its low cost and good physical and chemical properties, especially in terms of the degradation of organic compounds in water. The development of TiO2 photocatalytic material, principle and preparation methods degradation was discussed comprehensively, several applications and technical bottlenecks to be overcome TiO2 photocatalytic material and how to improve the catalytic properties of titanium dioxid photocatalyst were introduced.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)017【总页数】3页(P55-56,63)【关键词】光催化;催化性能;TiO2【作者】邓燕;何青青【作者单位】重庆师范大学化学学院,重庆 401331;重庆师范大学化学学院,重庆 401331【正文语种】中文【中图分类】O643光催化材料是指在光(可见光或者紫外光)的诱发下,通过把光能转化为化学能,从而具有较强的氧化还原能力,易发生系列氧化-还原反应的一类物质。
纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用

纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料是一种新兴纳米材料,相对于传统的污染治理方法,纳米TiO2光催化材料在紫外线照射条件下,产生光生电子及空穴,并进一步产生氧化作用极强的羟基自由基,通过氧化作用分解各种有机化合物和部分无机物,使之分解成为无毒的CO2、H2O,从而达到降解污染物、净化环境的目的。
文章对土壤、水体、空气污染物的来源、危害及采用TiO2光催化剂进行污染物治理做了综述,重点说明了纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料的优势及不足之处,并对纳米二氧化钛(TiO2)光催化材料在环境污染物治理领域的实际应用提出了展望。
标签:纳米二氧化钛;光催化;环境污染;降解前言随着工业化的不断发展,环境污染情况愈发严重,工业废气废水、汽车尾气、医用垃圾、生活垃圾等使得大气、水体、土壤环境每况愈下,环境污染的预防与治理已经成为各国最为关注的焦点之一。
目前,环境污染治理方法众多[1-2],比较常用的方法有物理化学法、生化降解法、电化学处理法、光催化降解法等。
其中光催化技术是指光催化剂在光照条件下将有机污染物降解成CO2和H2O等无机小分子的一种绿色处理方法[3]。
降解过程中光催化剂不消耗,可重复利用,无二次污染,还可以利用太阳光,高效又经济环保。
1 二氧化钛光催化材料概述1972年,日本科学家A. Fujishima和K. Honda[4]发现用紫外光照射TiO2,水能够光解反应生成氢气。
这个伟大发现开拓了一个崭新的光催化时代。
此后的四十年间,光催化技术得到长足发展,最初的只有TiO2一种,发展到目前的氧化物、硫化物、复杂氧化物等多种。
光催化能够将水或者吸附的溶解氧转化成羟基自由基(·OH)和超氧离子(·O2-)等,它们具有极强的氧化性,能够降解大部分有机物,甚至无机物。
从1972年被发现具有光催化效应以来,TiO2就因为其光催化活性高,稳定性好,无毒而被广大研究者广泛研究。
纳米TiO2光催化材料及其在净化大气污染中的应用

(g 的光 照射 时 ,半 导 体 价 带上 的 电子 可 被激 发 E)
跃迁 到导 带 ,同时在 价 带产 生相应 的空 穴 ,这样就
TO 是一种 多 晶形 的化合 物 ,常见 的 n型半 导 i,
体 。它在 自然界 中有 3种结 晶形 态 :金 红 石型 、锐
钛 型 和板钛 型 。板钛 型在 自然界 中很 稀有 ,属 斜方
近 年来 ,纳米 光催化 技术 已经 成 为世界 各 国科 技 界所关 注 的焦点 ,作 为一种 具有 极 大市场 应用 潜
力 的新兴 科学技 术 ,其潜 在 的重要 性毋庸 置 疑 。光
催化是纳米半导体独特的性 能之一 ,这种纳米材料 在 光的 照射下 ,能 把光能 转变 为化 学能 ,不 但能 有
表 面稳定 性等 都优 于 常规粒 子 。
22 TO . i,的光催化 反应 原理
中的有害气体 。此外 ,T , i 光催化 技术 还具有 能 O
耗低 ( 能利 用太 阳能 ) ,可 在 常温 常压 下 进 行 ,反
应速度 快 ,应用 范 围广 ,易于 回收 ,无二 次 污染 等 优点 。 因此 ,纳 米 T( i,光催 化 材 料 在 净 化 大 气 污 ) 染物方 面有 着得 天独 厚 的优势 和广 阔 的应 用 空问 。 2 纳 米 TO 光催化 技 术 i,
Ke y wor s: n n szd T02;p oo aay i d a o ie i h tc t ss;arp r c t n; a lc to l i u i ai i f o ppiain
1 前
言
同 ,红 金石对 紫 外线有 良好 的屏 蔽作 用 ,被应用 为 防紫外 材料 ;而 锐钛 型具有 良好 的光催 化 活性 ,因 此在 治 理环境 污 染方 面展示 出极 为广 阔 的前景 。 纳米级 的 TO i,具 有 大 的 比表 面 积 。表 面原 子
纳米级TiO2光催化净化大气的环保涂料研制

纳米级 TiO2光催化净化大气的环保涂料研制摘要:纳米科学技术是一项以许多现代先进技术为基本的科学技术,是一个动态的科学。
在纳米技术的发展过程中,TiO2是一个重要的功能材料,尤其是对制造太阳能电池、分解水、制氧等方面,在进行能源、环保、建材、医疗卫生等领域都有着重要的发展前景。
本文将其与目前纳米TiO2,的发展现状,为新的环境研制提供建议。
关键词:纳米技术;TiO2;光催化;环保涂料引言:随着现代工业的迅速发展,环境问题已经日益成为危害人们生活的重要问题,尤其是氮氧化物及硫氧化物对大气的污染。
而TiO2的出现却为这一污染问题提出了新的解决方法。
TiO2是一种使用安全、无毒无副作用的物质,适用于生活的许多方面。
在确保人们拥有健康生活环境的同时,可以高效彻底地降解有害污染物,是十分安全环保的光催化剂。
1.纳米级TiO2光催化净化大气环保涂料研制的现状分析近年来,许多科学研究表明光催化剂在环境污染物治理方面有着良好的发展前景。
光催化剂能够将有机或无机的污染物在光作用下进行氧化还原反应,生成有利于人民生活的基本物质,例如CO2、H2O等物质,达到净化环境的目标,使其朝着无害化的方向发展。
与物质进行化学反应时,通常会形成固着状,以粘膜的形式进行物质保护。
相较于其他催化剂而言,TiO2具有化学稳定性、无毒廉价等特点[1]。
因此,其被认为是理想的光催化剂。
1.纳米TiO2光催化剂对大气环境的净化分析1.室内环境1.室内建筑环境随着建筑材料中各种添加剂的胡乱使用,室内装饰材料和各种家用化学物质的使用空气进一步导致污染程度越来越严重。
相关调查研究表明室内空气污染物浓度高于室外,甚至高于工业区。
而纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化的发展提供了新的研究方向。
例如纳米TiO2光催化剂用于绿色涂料,使用在室内装修时,可降解氨气与甲醛[2]。
氨气是室内空气的主要污染源之一,通常来自于建筑当中的混凝土添加剂,例如防冻剂、膨胀剂等。
纳米TiO2光催化材料及其应用

在光电转换效率提高方面的应用实例
太阳能电池:纳米 TiO2光催化材料 可以提高太阳能电 池的光电转换效率
光电探测器:纳米 TiO2光催化材料 可以提高光电探测 器的灵敏度和响应 速度
光催化反应:纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化反 应的效率和选择性
光催化降解:纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化降 解污染物的效率和 选择性
纳米TiO2光催化材 料及其应用
,
汇报人:
目录 /目录
01
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04
纳米TiO2光催 化材料的应用 领域
02
纳米TiO2光催 化材料的特性
05
纳米TiO2光催 化材料的应用 实例
03
纳米TiO2光催 化材料的制备 方法
06
纳米TiO2光催 化材料的发展 前景与挑战
01 添加章节标题
理效率
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于家庭净水 器提高家庭用
水质量
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于农业灌溉 提高灌溉水质 促进农作物生
长
在空气净化方面的应用实例
纳米TiO2光催化材料可以分解空气中的有害气体如甲醛、苯等 纳米TiO2光催化材料可以杀灭空气中的细菌和病毒提高室内空气质量 纳米TiO2光催化材料可以降解空气中的PM2.5等颗粒物降低空气污染程度 纳米TiO2光催化材料可以消除空气中的异味如烟味、宠物异味等
04
纳米TiO2光催化材料 的应用领域
水处理
光催化降解水中的有机物和 微生物
光催化氧化水中的污染物和 重金属
光催化净化水中的异味和颜 色
纳米TiO2光催化材料在水处 理中的应用
光催化处理废水和污水实现 水资源的循环利用
纳米TiO2光催化技术及其在环境污染治理中的应用研究
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纳米TiO2光催化技术及其在环境污染治理中的应用研究摘要:本文重点分析了纳米TiO2的光催化科学技术基本概念及其作用机理,并从水体污染、土壤污染及气体污染这些方面入手,深入研究了纳米TiO2的光催化科学技术在当前环境污染综合治理领域当中实践应用。
从而能够进一步了解与把握纳米TiO2的光催化科学技术,将其更好地运用至环境污染综合治理领域当中,凸显纳米TiO2的光催化科学技术应用优势,维护自然环境。
关键词:纳米;TiO2;光催化0引言为了能够更好地凸显出纳米TiO2的光催化科学技术应用优势,提升其对于环境污染的综合治理效果,本文主要围绕着纳米TiO2的光催化科学技术及其在当前环境污染综合治理当中的实践经验,进行综合分析,望能够为今后相关专家及学者对这一方面的深入研究提供有价值的参考或者依据。
1技术概述纳米TiO2的光催化科学技术,又通常被称之为光触媒科学技术,主要是把附着于有效介质当中纳米颗粒,借助于特定的光源照射,与其周边的空气、水中氧产生作用之后所形成的一种较强的氧化及还原力电子空穴的科学技术。
技术原理:借助半导体的光催化剂,处于一定波长光线照射条件下受激形成高能的电荷、空穴及电子等,空穴分解其催化剂的表面吸附水形成氢氧的自由基,电子致使周围氧逐渐还原成为活性的离子氧,氧化的还原作用相对较强,将其吸附于催化剂的表面,对空气产生净化作用。
纳米光的催化剂所形成的该量子效应,具有着区别于体相光的催化剂理想性质,比如其有着较大比表的面积、光学性质极为特殊、光催化的活性较强等。
可以说,该项科学技术实际应用范围相对较为广泛,能够广泛应用于抗菌、污水及空气治理当中。
当前,在环境综合治理当中应用最多的为纳米ZnO、纳米TiO2。
TiO2具有较强光催化的活性,且有着低成本及耐光腐蚀等技术优势,对人体并不会产生毒副作用,是当前实践研究及应用当中单一性质化合物的光催化剂,在水体、大气及土壤等各种环境污染综合治理领域当中均有着极大的技术优势,应用效果较为突出。
纳米TiO_2光催化材料催化机理及其在环境污染防治中的应用研究
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邵庆 辉
洪
伟
纳米 TO 光催化材料催化机理及其在环境污染 防治 中的应用研究 i2
邵庆辉 ,洪 伟
( 山市顺德 环境 科 学研 究所 有 限公 司 ,广 东 580 ) 佛 23 0
摘 要 :纳 米 TO i 光催 化是 一 种新 兴的 高效 、节 能的 污水 、废 气净 化新技 术 ,本 文 阐述 了 TO 光 催化 的反 应机 理 、影响 因素 , i
一
ห้องสมุดไป่ตู้
一
N R H R N l oN N 、 3 o T E N E v R ME T Q
北方 环境
第2 3卷
第 9期
21 0 1年 9月
利用 纳 米 TO 作 为抗 菌材 料 的应 用领 域越 来 越广 泛 ,主要 包 i, 括 抗 菌瓷 砖 、抗 菌 卫生 陶瓷 洁具 、除臭 照 明 灯具 、抗 菌 荧 光灯 、 除 臭 板 、除 臭纸 、纺织 品 、防水 的雨 衣 制 品 、抗 菌涂 料 等 ,有 些 产 品 已经 商业 化 ,部分 则正 在开发 之 中 。 34 表 面 自洁 . 利 用纳 米 TO 表 面 的超亲 水特 性可 以使其 表 面具 有防 污 、防 i, 雾 、易 于洗 涤 、易 于的 优点 。在汽 车 挡 风玻 璃 、后 视 镜表 面 镀上 层 TO 纳 米薄 膜 ,可 以防止 镜 面结雾 。研 究 表 明 ,镀 有 TO 薄 i i 膜 的镜 面和 没 有 TO 薄膜 的镜 面 相 比 ,具 有 高度 的 自洁效 果 ,一 i, 旦 表面 被 油污 污染 , 由于其 具有 超 亲 水 性 ,污物 不 易 在表 面 附着 而在 风 吹雨淋 的作 用下 剥离 ,从而 使得 表面 长期 保持 清洁 。
纳米TiOsub2sub与光催化技术

纳米TiO2与光催化技术作者:倪伶俐吕媛张衍楠来源:《化学教学》2008年第07期摘要:本文主要介绍了纳米TiO2的光催化降解原理及其应用,简要介绍纳米TiO2制备方法。
关键词:纳米TiO2;光催化降解;太阳能;环境污染文章编号:1005-6629(2008)07-0046-03中图分类号:G614.41 文献标识码:E当前,环境污染问题日益严峻,尤其是水污染、大气污染问题不仅密切关系到各类动植物的生存,也关系到人类自身。
如果能将污染物降解成无毒无害的H2O、CO2及无害的无机离子,就能有效地解决污染问题。
光催化是一种新兴的环境净化技术,由于采用TiO2材料制成的催化剂无毒、廉价、高效、性能稳定,纳米TiO2光催化技术成为解决环境污染问题的一种有效途径[1,2]。
1纳米TiO2光催化技术1.1纳米TiO2光催化降解机理人们很早就认识到TiO2锐钛矿相具有光催化性。
TiO2半导体的带隙能为3.2eV,当用λ-)吸收能量跃迁到导带上,从而在导体内产生了电子(e-)和空穴(h+),电子和空穴从半导体内部迁移至表面,价带上的空穴极易与OH-结合成反应活性很强的OH自由基,从而能氧化有机污染物分子,导带上的电子则与电子接受体结合,如图1所示。
hv(光照)+SC(催化剂表面TiO2粒子)→e-(电子)p+(正电荷空穴)A(催化剂吸附的电子接受体)+e-(电子)→A-(ads)D(催化剂吸附的反应物分子)+p+(正电荷空穴)→D+(ads)图1 TiO2粒子光催化过程简图图2 电子和空穴的结合示意图光催化反应效率的高低是用光催化反应的量子效率来衡量的,但电子和空穴在催化剂粒子表面的再结合降低了量子效率,对半导体光催化降解污染物很不利,所以为了在光催化剂表面上能有效地转移电荷引发降解污染物反应,必须抑制或消除光激发电子和空穴的再结合,如图2所示。
e-+p+→N+E其中N为中性位,E是结合释放的能量[3]。
在20世纪70年代,纳米量级TiO2的光催化特性被发现,它同时具有锐钛矿相和金红石相两相,但以锐钛矿相为主[4]。
纳米TiO2的光催化性能及其在有机污染物降解中的应用
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纳米TiO2具有光催化性能,利用太阳光能将有机污染物矿化为CO2和H2O......纳米TiO2的光催化性能及其在有机污染物降解中的应用魏刚黄海燕熊蓉春北京化工大学 (100029)摘要纳米TiO2具有光催化性能,利用太阳光能将有机污染物矿化为CO2和H2O。
从TiO2的光催化降解机理入手,详细讨论了影响纳米TiO2光催化性能的因素及提高光催化性能的方法,列举了纳米TiO2在有机污染物光催化降解中的应用,提出了目前尚且存在的一些问题及其解决的途径。
关键词TiO2光催化有机污染物降解1前言随着石油工业的发展,以石油裂解产物为原料进行合成的有机产品越来越多,不可避免地带来环境污染问题。
随着对环境认识的不断深入和水处理技术不断提高,利用半导体光催化作用降解和消除有害有机物,就引起人们极大的关注,这种方法具有高效、节能、不存在二次污染等特点,显示出良好的应用前景。
其中,纳米TiO2尤为引人注目。
纳米TiO2在光照射下产生强烈的氧化能力,可把水和空气中的许多难分解有毒有机污染物氧化分解为二氧化碳、水等无机物,其优点是:反应条件温和,能耗低,在紫外光或太阳光照射下即可发生光催化反应;反应速度快,废水停留时间仅需要几分钟到几小时;降解没有选择性;无二次污染;应用范围广。
2机理TiO2属于N型半导体材料,具有能带结构,一般由填满电子的低能价带和空白的高能导带构成,价带和导带间存在禁带。
TiO2的禁带宽度为3.2eV,当它吸收波长小于或等于387.5nm的光子后,价带上的电子(e-)被激发跃迁至导带,形成带负电的高活性电子e cb-。
同时,在价带上产生带正电的空穴(h vb+),在电场作用下,电子与空穴分离并迁移到粒子表面。
光生空穴有很强的捕获电子能力,具有强氧化性,可将吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基。
其反应机理可用下式表示:TiO2+H2O→e-+h+H++H2O→·OH+H+H++OH-→·OHO2+e-→·O2-·O2-+H+→HO2·2HO2·→O2+H2O2H2O2+O2-→·OH+OH-+O2·OH自由基的氧化能力很强,能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧化降解为CO2,H2O等无害物质,且·OH对反应物无选择性,在光催化氧化中起着决定性作用。
纳米TiO2光催化机理及其在空气净化中的应用
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y asT etpc l h tc t yi c a im f i o i o ec na n t nd ga aini e pan d A e 哆p f er. h ia p oo aa t me h ns o O, nar r o tmia o e rd t x lie . n w y l c T bn i o s e o
病 ,就 是 通 过 空 气传 染 的 。 因此 如何 提 高 室 内 的
消 毒抗 菌 [、癌症 治 疗 『以及 污水 处 广泛 的研 究和应 用 , 尤其在 2 世 纪9 年 0 0
代 以后 。
空气 品质 ,对 室 内空 气 进 行 有 效 地 消 毒 灭 菌 ,尤 其 是对 室 内空气要 求高 的某 些医 院重 点科室 如手术
arce n n q i m e t al dm o —a s n r d c d wh c d p str e dm e to a n ta fo ed me t n la i g i la i ge u p n le p fn i to u e , i ha a t e — i n i n i se do n — i n o a ce n n c i h l i l fc .t d a a e dp o lm st es l e o e ia e e c ep i e u . a e Isa v ntg sa r b e o b o v di t r t l r s a h a ontd o t n n he c r r
等 。 17 9 2年 ,F js i uihma和 Ho d n a发现 了 TO i 电
极在 光催化 作用 下可 以分解 水 ,这标 志着 均相 光催 化材 料 的研 究进入 了一个 崭新 的 时代 [。17 4 9 7年 , J 在 Fak和 Ba 5 rn r ] 发现 TO 能降解 废水 中 的氰 d【 首次 i, 化物 后 ,TO 在 环境 处理 中的应用 越来 越 引起 人们 i
纳米TiO2光催化技术在环境污染控制中的应用
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光催化技术在环境污染控制中的应用
滨州市环境保护科学技术研究所,山东 滨州 256600)
如图
下移动向表面,在这其中有一部分发生复合失活(线路
物发生氧化还原反应(线路
部分在催化剂表面发生复合(线路
迁移的越快,
复合的概率就会越小,光催化的活性也就变得越高。
烯烃、氯化烷烃、甲苯、异丙基苯、异辛烷等有机污
目前,关于环境污染物降解技术方面的研究内
这既是当前生态环境治理的实际要求,也是深化科学技术在环境污染中应用的有效方式。
通过对相关研究成果的梳理,笔者发现,虽然纳米
光催化技术在环境污染物降解中应用的研究比较多,也取得了一定的成果,但与污染物降解的实际应用要求之间仍然存在较大的差距,并且部分成果尚处于探
等光催化材料在环境保护中的应用真正进入实用阶段,应着重从以下方面进行改进:必须进行大量的掺杂、复合等体相和表面的修。
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用
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纳米光催化技术在大气污染治理中的应用纳米光催化技术在大气污染治理中的应用近年来,随着工业化和城市化的快速发展,大气污染已经成为全球范围内的一大环境问题。
大气污染不仅对人类健康造成威胁,还对生态系统和环境稳定性产生了严重的影响。
因此,寻找高效、经济的污染治理技术成为迫切需要的任务之一。
纳米光催化技术由于其卓越的光催化性能,近年来被广泛应用于大气污染治理中。
纳米光催化技术是一种利用纳米材料的催化作用和光照的双重力量来促进化学反应的方法。
其基本原理是通过光照激发纳米材料上的电子,使其具有高度的活性,从而加速污染物的分解和降解。
这种技术不仅具有高效、迅速的反应速度,还能在非常温和的条件下进行,减少能源消耗和环境污染。
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用主要包括光催化降解有机污染物和光催化净化空气两个方面。
首先是光催化降解有机污染物。
有机污染物是大气中主要的污染源之一,包括挥发性有机化合物(VOCs)、氮氧化物(NOx)和含硫化合物等。
纳米光催化技术可以利用纳米材料上的光催化剂,在光照的作用下将有机污染物分解为无害的物质。
研究表明,纳米光催化技术对于降解有机污染物具有高度的效率和选择性,能够有效地减少大气中有机污染物的浓度,改善空气质量。
其次是光催化净化空气。
大气污染中的细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)是导致空气污染的主要元凶。
纳米光催化技术可以利用纳米材料的催化活性,在光照的作用下将PM2.5和O3分解为无害的物质。
研究表明,纳米光催化技术对于净化空气具有显著的效果,能够降低PM2.5和O3的浓度,改善空气质量,保护人们的健康。
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用还面临一些挑战。
首先,纳米材料的制备和使用成本较高,限制了其大规模应用的可能性。
其次,纳米材料的稳定性和寿命问题也亟待解决。
如果纳米光催化剂的活性随时间的推移而降低,将不利于其长期稳定的应用。
此外,纳米光催化技术对于不同污染物的降解效率存在差异,需要对不同环境条件进行合理调控和优化。
纳米光催化技术在大气污染治理中的应用
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纳米光催化技术在大气污染治理中的应用摘要:在大气污染治理中应用纳米光催化技术,可以提高大气污染治理效果,纳米光催化技术因其光感光效果、对环境和人体无害,而今已经成为社会上先进的空气净化技术。
当前纳米光催化技术在大气污染治理被广泛应用,为了分解大气污染物的成分,需要开发可靠性高的纳米催化剂。
为了实现新技术开发后对大气污染的有效控制,相关技术也在不断优化升级,同时结合相应环境研究空气净化装置,纳米光催化技术在大气污染治理中的应用对优化生活环境具有重要意义。
关键词:纳米光催化技术;大气污染治理;应用引言:空气污染已成为世界性的问题,全世界的人都在寻找解决环境污染问题的方法。
现在,正在开发许多新的技术和方法,纳米光催化技术也是其中之一。
这是一种环境净化技术,会使环境中的污染物去除。
纳米光催化材料是光催化技术最重要的部分,因此找到最佳催化材料,制备合适的催化材料的方法最重要。
现在,科学家们一直在研究新的、高效的、经济的催化材料,但还没有明显的进步。
需要找到适合制造载体催化剂的载体,改善其活化、反应效率、降低成本,并持续改善,来治理大气污染。
一、纳米光催化技术概述一些研究者在生态学和环境保护领域促进了纳米光催化技术的普及。
近年来,纳米光催化技术已成为国际研究的重要组成部分。
今天,纳米光催化技术在分解大气中的有害气体、净化室内空气、杀菌除臭、污水和垃圾处理等方面取得了良好的成果。
当今社会,在人口逐年增加的情况下,各种能源不足。
但是,太阳能不同,可以无限期供应。
将太阳能应用于纳米光催化技术,不仅可以避免大气污染物处理工艺的缺点,还可以节约能源。
纳米催化技术是目前能够有效控制大气污染的最先进的治疗大气污染的方法与传统方法相比,它有明显的优点。
简单的操作和高度的环境控制,可以利用太阳能去除大气中的污染物,防止二次污染。
TiO2具有稳定的化学性质和光电化学特性,对人体无害,耐光腐蚀,具有非常高的成本性能。
用作大气污染防治的催化剂,没有比这更方便和复杂的工序和其他工艺,只在太阳光的照射下起作用,不会产生其他污染物。
纳米TiO2光催化剂的应用
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纳米TiO2光催化剂的应用
张云怀
【期刊名称】《贵州大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2001(018)002
【摘要】介绍纳米TiO2光催化剂的催化机理及应用研究.
【总页数】3页(P132-134)
【作者】张云怀
【作者单位】重庆大学化学工学院,
【正文语种】中文
【中图分类】O644.12
【相关文献】
1.N、Zn共掺杂纳米TiO2光催化剂的制备及其光催化降解甲基橙应用研究 [J], 陆茜
2.纳米TiO2光催化剂在污水处理中的应用 [J], 闫友军
3.纳米TiO2光催化剂在工业废水处理中的应用进展 [J], 邹思坤
4.应用改性纳米TiO2光催化剂处理废水 [J], 孙宝雯;张鹏军;赵维电
5.负载纳米TiO2污泥光催化剂的制备及应用 [J], 庞浩亮;田宇杰;王孟迪;
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第 5期
孙凤英等: 纳米 TiO 纳米 TiO2 光催化材料及其在净化大气污染中的应用
21
表 1 不同组方光催化剂对 H2 S 和 SO2 的净化率
光催化剂组方
90% TiO2 + 10% 金属氧化物 80% TiO2 + 10% 金属氧化物 70% TiO2 + 10% 金属氧化物 60% TiO2 + 10% 金属氧化物 50% TiO2 + 10% 金属氧化物
TiO2 是一种多晶形的化合物, 常见的 n 型半导 体。它在自然界中有 3 种结晶形态: 金红石型、锐 钛型和板钛型。板钛型在自然界中很稀有, 属斜方 晶系, 是不稳定的晶型, 在一定条件下就会转化为 金红石型, 因而没有工业价值。红金石型和锐钛型 为同一晶形, 都属于 四方晶系, 但它们 的结构不
关键词: 纳米 TiO2 ; 光催化; 净化大气; 应用 中图分类号: O643 文献标识码: A 文章编号: 1001- 005X ( 2007) 05- 0019- 03 Photocatalytic Material of Nanosized TiO2 and its Application in Air Pollution Purification Sun Fengying, Ma Chunlei ( Northeast Forestry University, Harbin 150040) Abstract: The photocatalytic technology of nanosized TiO2 is a new technique of pollution treatment. It is called the revolution in photo- purifying of 21st century. The characteristics of photocatalytic material of nanosized TiO2, the mechanism of photocatalytic reaction, and the progress in its application of air purification were introduced in this paper. Key words: nanosized T iO2 ; photocatalysis; air purification; application
H2S 净化率% 87 0 82 5 81 0 80 7 75 9
SO2 净化率% 99 0 98 8 98 8 98 7 99 0
1985 年, John 等 作了用碱液吸 收 H2S 并用光 照产生 H2 的研究[ 14] 。有研究表明, 由于光催化分 解 H2S 制取 H2 需要的能量比分解 H2 O 需要的少, 所以近些年来光催化分解 H2 S 制取 H2 引起了人们 广泛的关注。 3 3 有机污染物的净化
H2 O H+ + OH-
e- + O2 O2 h+ + OH- HO H+ + O2 - HO2 NO+ HO2 NO2 + OH NO2 + HO HNO3 目前, 国内外大多 数研究者都是将 TiO2 制成 薄膜 ( 如含有 TiO2 的活性 炭、涂料 和渗透 剂等) 负载在固定物上[ 4- 9] , 吸收紫外光催化氧化, 与大 气中的 NOx 反 应, 对 降低 NOx 的浓 度十 分有 效。 实验表明, TiO2 对低浓度 NOx 的降解效率可 高达 90% 以上。中山大学徐安武等直接把 T iO2 乳液涂 在反应 器 的 表 面, 在紫 外 光 照 射 下光 催 化 降 解 NOx , 一定条件下, NOx 的降解率达到 97% [10] 。东 北林业大学都雪静研制了汽车尾气降解材料, 将纳 米 TiO2 固化在水泥基表面, 在氙灯的照射下, 汽 车尾气 中较高浓度的 NO 的净化效率 达 100% [11] , 降解效果见图 2。
从光催化的机理来看, 物质的降解速率必然与 光生载流子 e- 和 h+ 的浓度有关, 纳米级的T iO2 随 着Байду номын сангаас径的减小, 表面原子迅速增加, 光吸收效率提 高, 从而增加了表面光生载流子的浓度。实验结果 表明, 该物质的反应速率与其在催化剂表面的吸附 量有关[ 2] , 随着粒径尺寸的减小, 表面原子的配位 不全导致表面活性位 置增多, 有 利于反应物的吸 附。因此纳米级的 TiO2 作为催化剂有利于提高光 催化反应的效率。 3 纳米 TiO2 净化大气污染物 3 1 NOx 的净化
纳米级的 TiO2 具有大的比表面积。表面原子 数、表面能和表面张力随着粒径的下降急剧增加, 量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应宏观量子隧 道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和 表面稳定性等都优于常规粒子。 2 2 TiO2 的光催化反应原理
根据以能带为基础的电子理论, 半导体的基本 能带结构是: 在一系列的满带, 最上面的满带称为 价带 ( VB valence band) ; 存在一系列的空带, 最下 面的空带 称为导带 ( CB conduction band) ; 价 带和 导带之间 为禁带。当用能量 等于或大于禁带 宽度 ( Eg) 的光照射时, 半导体价带上的电子可被激发 跃迁到导带, 同时在价带产生相应的空穴, 这样就 在半导体内 部生成 电子 ( e- ) - 空穴 ( h+ ) 对。 锐钛型 TiO2 的禁带宽度 3 2eV , 当它吸收了波长小 于或等于 387 5 mm 的光子后, 价带中的电子就会 被激发到导带, 形成带负电的高活性电子 e-cb , 同 时在价带上产生正电的空穴 h+vb 。由于半导体能带 的不连续性, 电子和空穴的寿命较长, 在电场的作 用下, 电子与空穴发生分离, 迁移到粒子表面的不 同位置。它们能够在电场作用下或通过扩散的方式 运动, 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所捕获, 也
研究表明, 烃类、醇类、醛类等绝大多数有机 物经过纳米T iO2 光催化氧化后, 最终都会生成 CO2 和 H2O。以醛类中的甲醛为例进行说明。张宜恒等 利用 ST - ESR 方 法, 以紫外 光为光源, 纳米 ZnO 为氧化剂测录甲醛的分解。在照射 30 s 后, CO2 相 对收率 为 34% [16] 。杨 建 军 等采 用 程 序升 温 脱附 ( TPD) 和自旋俘获 电子自旋共振 ( ST- ESR) 的 方法进行研究的试验结果表明[ 15] , 甲醛的光降解 是经过第一步氧化为 HCOOH 作为中间产物, 最终 氧化为 CO2 和 H2O。其中, 图 3 为对 HCOOH 水溶 液中加入 DMPO 自旋捕获剂和 Pt T iO2 光催化剂组 成的反应体系, 并经紫外光照射后的 ESR 谱。图 4 为催化剂 Pt TiO2 吸附空气中甲醛经紫外光照后的 TPD 谱。两图证实了甲醛经光催化氧化后得的产物 为 CO2 。
1前言 近年来, 纳米光催化技术已经成为世界各国科
技界所关注的焦点, 作为一种具有极大市场应用潜 力的新兴科学技术, 其潜在的重要性毋庸置疑。光 催化是纳米半导体独特的性能之一, 这种纳米材料 在光的照射下, 能把光能转变为化学能, 不但能有 效地将有机污染物完全降解, 还能降解一些无机污 染物; 不仅能够用于处理污水, 还能用于净化空气 中的 有害气体。此 外, T iO2 光催化技 术还具有能 耗低 ( 能利用太阳能) , 可在常温常压下进行, 反 应速度快, 应用范围广, 易于回收, 无二次污染等 优点。因此, 纳米 T iO2 光催化材料在净化大气污 染物方面有着得天独厚的优势和广阔的应用空间。 2 纳米 TiO2 光催化技术 2 1 TiO2 的性质
收稿日期: 2006- 12- 18 基金项目: 西部交通建设科技项目 ( 200631800083) 第一作者简 介: 孙凤英 ( 1957- ) , 女, 辽 宁省 营口人, 教 授, 研究方向: 汽车运行品质控制与生态材料技术。
同, 红金石对紫外线有良好的屏蔽作用, 被应用为 防紫外材料; 而锐钛型具有良好的光催化活性, 因 此在治理环境污染方面展示出极为广阔的前景。
大气污染物中氮氧化物主要来自于汽车尾气和 工业废气等的排放。大中城市由于建筑物高、道路 狭窄、交通繁忙、拥堵严重, 导致污染物密度大, 不易扩 散。利用 纳米 T iO2 光 催化氧 化氮 氧化物, 是在紫外光照射和过量 O2 存在的条件下, NO 的氧 化产物与水作用生成 NO3 - , NO3 - 容易被植物和微 生物组织吸收, 在自然界形成氮的循环。因为生成 硝酸的量很少, 所以不会对周围水体和环境的 pH 值造成不良影响。Komazaki 等研究的 NOx 被光催化 剂氧化的机理如下[ 3] :
CO2 转化还原不仅有利于消除大气温室效应, 又能 合成有机燃料或其它化工中间产物, 因此光催化还 原 CO2 合成有 机物对环境保护和能源利用具 有重 大意义。CO2 光催化还原是利用太阳光的能量去激 发电子, 再利用被激发的激活电子所具有的能量使 CO2 还原成为有机物。徐用军等利用 Pd T iO2 光催 化还原 CO2 产生甲酸盐 ( HCO2 - ) 取得了比较好的 效果[17] 。刘亚琴等 利用纳 米 SiO2 T iO2 光 催化 剂, 将 CO2 光催化 还原生 成甲醇[ 18] 。研 究结 果表 明, 添加氧化硅后, 氧化硅和二氧化钛之间形成 Si- O - T i 键, 提高了锐钛型 TiO2 的比表面积, 且随着 含硅量的增加, SiO2 TiO2 的 UV 吸收逐步蓝移, 禁 带宽度增加。还原反应 结果表明, SiO2 TiO2 具有 光催化还原活性, 且随着含硅量的增加先增加后减 小, 当 SiO2 质量分数为 3 5% 时, SiO2 T iO2 复合催 化剂反应活 性最强, 5 h 内甲醇 产量可达 到 21 0 mg L, 并有少量甲醛生成。 4 结束语