光催化降解有机污染物进展PPT课件
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有机污染物的降解PPT课件
20
• 选择纳米级TiO2作为光催化剂主要考虑以下2个因素： 其一是纳米级TiO2粒径小，表面原子数多，光吸收效 率提高，增大了表面光生载流子的浓度，提高光催化效 率；其二是粒径越小，单位质量的粒子数越多，比表面 积也就越大，表面吸附的OH—、H2O增多，增大了光 催化反应速率。
• 实例：
TiO2降解印染废水可使CODCr为268mg/L的印染 废水脱色率96 %,CODCr去除率为86 %。（夏金虹）
• 包括很多芳烃（苯、甲苯、二甲苯、乙苯等） 在内的许多有机物都具有易挥发特性。由此组 成了一个有机化合物大类，被称为挥发性有机 化合物类（VOCs）。
10
• 注意那些本身不易挥发，但是经过一些化学反 应后能生成易挥发物质的玩意： CN-这个东西本来是不易挥发的，但是与H＋结 合后生成易挥发的HCN，毒性100倍的增强。
• 当光生电子及空穴迁移到TiO2表面，并与吸附在TiO2 表面的H2O、O2等发生作用，生成·OH、·O2-等高活 性基团，进而氧化水中绝大多数有机污染物和部分无机 物。为使光催化反应有效进行，就需减少电子和空穴的 复合。一方面，空穴h+可被TiO2表面的束缚水和羟基 俘获，或被体系中额外加入的一些空穴俘获剂俘获，使 体系中有足够的高活性的电子e—；另一方面，反应液 中存在的电子受体如溶解氧或加入的强氧化剂作为电子 受体，消除光生e—，实现空穴与电子的有效分离，提 高催化效率。
如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的碱水解方程式为：
CHOCOR |
加热
CHOCOR + 3NaOH -------> 3R-COONa + CHOH-CHOH-
CHOH | CHOCOR R基可能不同，但生成的R-COONa都可以做肥皂 。
• 选择纳米级TiO2作为光催化剂主要考虑以下2个因素： 其一是纳米级TiO2粒径小，表面原子数多，光吸收效 率提高，增大了表面光生载流子的浓度，提高光催化效 率；其二是粒径越小，单位质量的粒子数越多，比表面 积也就越大，表面吸附的OH—、H2O增多，增大了光 催化反应速率。
• 实例：
TiO2降解印染废水可使CODCr为268mg/L的印染 废水脱色率96 %,CODCr去除率为86 %。（夏金虹）
• 包括很多芳烃（苯、甲苯、二甲苯、乙苯等） 在内的许多有机物都具有易挥发特性。由此组 成了一个有机化合物大类，被称为挥发性有机 化合物类（VOCs）。
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• 注意那些本身不易挥发，但是经过一些化学反 应后能生成易挥发物质的玩意： CN-这个东西本来是不易挥发的，但是与H＋结 合后生成易挥发的HCN，毒性100倍的增强。
• 当光生电子及空穴迁移到TiO2表面，并与吸附在TiO2 表面的H2O、O2等发生作用，生成·OH、·O2-等高活 性基团，进而氧化水中绝大多数有机污染物和部分无机 物。为使光催化反应有效进行，就需减少电子和空穴的 复合。一方面，空穴h+可被TiO2表面的束缚水和羟基 俘获，或被体系中额外加入的一些空穴俘获剂俘获，使 体系中有足够的高活性的电子e—；另一方面，反应液 中存在的电子受体如溶解氧或加入的强氧化剂作为电子 受体，消除光生e—，实现空穴与电子的有效分离，提 高催化效率。
如：脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的碱水解方程式为：
CHOCOR |
加热
CHOCOR + 3NaOH -------> 3R-COONa + CHOH-CHOH-
CHOH | CHOCOR R基可能不同，但生成的R-COONa都可以做肥皂 。
光催化降解有机污染物
光催化降解有机污染物19113219 高思睿1、有机污染物处理的重要性在21世纪，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研究部门的高度重视。
水和空气作为人类最宝贵的资源，随着工业进程的加快，大量的废水、废气被排入其中，其中的有毒有机化合物会在人体内富集，给健康带来巨大威胁。
而且在这些化合物中，有部分化合物用平常的处理方法很难将其降解。
我国学者金奇庭等人通过研究观察发现：很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明显的毒害作用。
这些有机化合物必须通过一些其他的非生物的降解技术来除去。
光催化处理有机污染物的技术由于其价廉，无毒，节能，高效的优势逐渐成为各界人士研究的重点，光催化的研发也一跃成为当前国际热门研究领域之一。
自1972年日本学者藤島(Fujishima)和本田(Honda)发现TiO2单晶能光电催化分解水以来，光催化氧化还原技术，在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、太阳能开发等方面具有广阔的应用前景，受到世界各国的广泛关注，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、氰化物等许多难降解或用其它方法难以去除的有机污染物都能够通过光催化氧化反应有效的降解、脱色、去毒，并最终完全矿化为CO2、H2O及其他无机小分子物质，达到完全无机化的目的，从而消除对环境的污染。
2、光催化剂主要的光催化剂类型：1、金属氧化物或硫化物光催化剂2、分子筛光催化剂3、有机物光催化剂在光催化中采用半导体物质作为光催化剂，有ZnO、CdS、WO3、TiO2等。
由于TiO2具有价廉易得、使用稳定及光活性高等优点，所以在光催化降解中，一般采用它作为光催化剂。
1. TiO2的结构二氧化钛是钛的氧化物。
根据晶型可以划分为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种。
金红石矿在自然界中分布最广，锐钛矿型TiO2属于四方晶系，板钛矿型TiO2由于属于正交晶系很不稳定，金红石型TiO2相对于锐钛矿型和板钛矿型来说应用较广。
多酸_盐_光催化降解有机污染物的研究进展
摘要 多酸( 盐) 化合物因独特的结构及光谱性质, 作为一类光催化剂受到人们的青睐, 概述了多酸 ( 盐) 光催化氧化处理有机污染物的 研究进展。 关键词 多酸 ( 盐) ; 光催化; 有机污染物 中图分类号 X 13 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2008) 01- 00089- 02 Progresses on the Study of Photocatalysis Degradation of Organic Pollutants with Polyoxometalates GOU Hua et al (Department of Chemistry, Zunyi Normal College, Zunyi, Guizhou 563002) Abstract Polyoxometalates have been widely used as a kind of environment friendly catalysts due to their particular structures, properties and their spec trum c haracters. The progresses on the study of photocatalysis degradation of organic pollutants with polyoxometalates has been summarized. Key words Polyoxometalates; Photocatalysis; Organic pollutants
含氧酸 根阴离子 缩合形 成的叫 杂多阴 离子, 如 WO42- + PW12O403- ) , 其酸叫杂多酸。多酸及其多金属氧酸盐 叫多酸催化剂( POM) 。 杂多酸( 盐) 是一类由杂原子( 如 P、 Si 、 Fe、 Co 等) 和多原 子( 如 Mo、 W、 V、 Nb、 Ta 等 ) 按一定的空间结构通过氧原子配 位桥联结组成的类多氧簇金属配合物。其中 , 多阴离子被称 为杂多酸( 盐) 的一级结构 ; 其二级结构是指多阴离子与反荷 离子组合得到的多酸及其盐的晶体结构 , 反荷阳离子的点电 荷、 半径、 电负性不同 , 杂多酸 ( 盐) 的催化性和选择性就不 同; 杂多阴离子、 反荷离子与结晶水构成多酸的三级结构。 按中心原子与原子的个数比可把杂多酸 ( 盐 ) 分为 5 类: Keg gin 型( 中心原子与杂原子的个数比为 1 12) , Dawson 型( 中心 原子与杂原子个数比为 2 18) , Waugh 型( 中心原子与杂原子 个数比为 1 9) , Anderson 型 , Silverton 型。固态杂多酸 ( 盐 ) 体 相内的杂多阴离子间具有一定的空隙, 反应分子可被吸收到 体相内部, 使得杂多酸 ( 盐 ) 变成与浓溶液类似的柔软结构。 在体相内, 反应分子的扩散, 阴离子的重新排列, 使得反应就 像在溶液中进行一样。这种介于固体与溶液之间的浓溶液, 称为假液相。通常, 水溶性高的杂多酸及其盐容易形成假液 相, 有利于催化效率的增加。不同同多酸 ( 盐) 结构不同, 典 型的有 Lindqvist 结构, 钼酸盐、 钨酸盐、 钒酸盐以及混配金属
太阳能光电催化降解有机污染物耦合制氢-PPT课件
2 研究现状
• 光电催化的基本原理和特点 • 纳米TiO2颗粒有良好的量子效应，其禁带宽度(Eg )为3. 2 eV，波长小于387 nm的紫外光照射后，价带(VB )的电子吸 收光子的能量被激发到导带(CB) 。在导带、价带分别产生 光生电子和空穴，这些载流子易复合而释放光或热，没有 复合的光生电子和空穴使TiO2表现出光催化性能。 • Ti02+hv e—+h+ (l一l) • e—+h+ 光或热 (l一2)
选题背景
• 为了解决能源问题和环境问题
• 更好地充分利用太阳能，提高光催化分解水的效 率
• 探索高效、廉价的废水资源化处理的绿色处理技 术 • 探索合成高效、稳定的复合二氧化钛纳米管技术
• 同时，目前国内外所采用污水生化处理技术对一些难降解 的有机污染物仍然达不到彻底降解的目的。而利用太阳能 光电催化降解废水中的有机污染物，不但可以使废水中的 各种有机污染物彻底降解为H2O和CO2，同时也能够产生H2， 高效地实现了从太阳能到氢能的转变。因此，把利用太阳 能来探求一种高效、廉价的污水处理资源化绿色技术已成 为当今水处理领域研究的热点。
6 可行性分析
• 在利用阳极氧化法非金属掺杂TiO2纳米管制备的过程中
实现了其晶型结构和表面特性的优化，为其更好地发挥光 催化剂的性能奠定了良好的基础。制备好的TiO2纳米管由 于其具有的特殊的外表面结构能够更好地利用太阳光。利 用非金属掺杂能够改变TiO2 的内部结构，其内部结构对太 阳光中的可见光具有较强的吸收能力。同时在光催化体系 中外加电流的作用下，可以使得光生电子迅速流动，产生 电子流，避免了电子和空穴的复合。这样，就可以在光催 化剂中维持较高的空穴浓度，使得光催化剂具有较高的光 催化活性，进而可以提高光催化效率。光催化反应器的合 理设计也会大大促进光催化剂对太阳光的有效利用，提高 光催化产氢效率和光转化效率。
光催化学科的前沿与发展趋势ppt课件
● Michikazu Hara等通过氮化Ta2O5合成出窄禁带宽度的半导 体TaON和Ta3N5（2.5eV和2.1eV），使其光吸收带边分别拓 展到500nm和600nm左右，从而具备可见光光催化性能[4]。
● Masato Takeuchi等[5]采用离子注入法制备Cr掺杂的TiO2， 光吸收带发生红移，可以在可见光下把NO分解为N2和O2。
2、为解决多相光催化过程效率偏低的问题， 近年来从提高催化剂自身的量子效率和改 进反应过程条件两个方面开展了大量的研 究工作，取得了重要进展。
●采用离子掺杂[10-12]、半导体复合[13-14]、纳米晶粒 制备[15-16]、超强酸化[17-19]等方法，提高光生载流 子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合，在一 定程度上改善了光催化剂的量子效率。
O2p h+ VB
O2/OH-
NHE
Ti Cr , In
42
通过掺杂阴离子调变禁带宽度
CB
Ti3d
UV Vis
VB
CB
eN2p Vis
H+/ H2
UV
O2p
h+ VB
O2/OH-
NHE
O2- N3- , C4-, S2-, P3-
43
光催化学科的前沿与发展趋势
1
●光催化学科是催化化学、光电化学、 半导体物理、材料科学和环境科学等 多学科交叉的新兴研究领域。
2
光催化分解水制氢
H2O
→hv
催化剂
H2 +
½
O2
环境光催化
C6H6 +
7
½
O2
→hv
催化剂
6
CO2 +
3H2O
● Masato Takeuchi等[5]采用离子注入法制备Cr掺杂的TiO2， 光吸收带发生红移，可以在可见光下把NO分解为N2和O2。
2、为解决多相光催化过程效率偏低的问题， 近年来从提高催化剂自身的量子效率和改 进反应过程条件两个方面开展了大量的研 究工作，取得了重要进展。
●采用离子掺杂[10-12]、半导体复合[13-14]、纳米晶粒 制备[15-16]、超强酸化[17-19]等方法，提高光生载流 子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合，在一 定程度上改善了光催化剂的量子效率。
O2p h+ VB
O2/OH-
NHE
Ti Cr , In
42
通过掺杂阴离子调变禁带宽度
CB
Ti3d
UV Vis
VB
CB
eN2p Vis
H+/ H2
UV
O2p
h+ VB
O2/OH-
NHE
O2- N3- , C4-, S2-, P3-
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光催化学科的前沿与发展趋势
1
●光催化学科是催化化学、光电化学、 半导体物理、材料科学和环境科学等 多学科交叉的新兴研究领域。
2
光催化分解水制氢
H2O
→hv
催化剂
H2 +
½
O2
环境光催化
C6H6 +
7
½
O2
→hv
催化剂
6
CO2 +
3H2O
《光催化技术》PPT课件
等多种催化剂，取得了很大进展，紫外光照射纯水的
活性已由最初的几μmol／goh催化剂增大到几百μmol ／goh
2021/3/8
28
东北大学承担了国家自然科学基金项目“光解水
用掺杂稀土新型TiO2半导体电极的研究”，采用溶胶
－凝胶法、气相沉积法等在电极中添加不同稀土及其
它金属氧化物，利用稀土的催化活性及扩展材料吸光
2021/3/8
22
可见光光催化降解有毒有机污染物研究 获重要进展
在国家自然科学基金委，科技部及中科院的支 持下，化学所光化学院重点实验室赵进才研究员 课题组与有机固体院重点实验室帅志刚研究员合 作，在可见光光催化降解有毒有机污染物方面取 得重要进展。研究成果发表在最近一期的 J. Am. Chem. Soc. (2004，126，4782)上。
光催化技术
2021/3/8
宋光辉
1
什么是光催化?
概括说来，就是光触媒在外界可见光的作用下 发生催化作用。
光催化一般是多种相态之间的催化反应。 光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）
下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。
2021/3/8
2
光合作用也可以看作光催化
2021/3/8
3
2021/3/8
由于是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后 来将这一现象中的氧化钛称作光触媒。 这种现象相当 于将光能转变为化学能。
2021/3/8
12
几种常用的光触媒
TiO2、 CdS 、 WO3 、ZnO、ZnS、Fe2O3、SnO2等 纳米光触媒：CdS,Fe2O3,TiO2,ZnO等 TiO2的优点：
2021/3/8
10
光触媒
光触媒[PHOTOCATALYSIS] 是 光 [Photo=Light] + 触媒(催化剂)[catalyst] 的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以 促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为 化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子 激发成极具氧化力的 OH - 及 O 2 - 自由负离子。几乎可分解所 有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反 应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。
光催化材料PPT课件
尽管面临诸多挑战，光催化材料的发展仍充满机遇。随着人们对环境保护和能源需求的日益重视，光催化技术在水体净化、 空气净化、太阳能转化等领域的应用前景广阔。同时，随着技术的不断进步和应用范围的扩大，光催化材料将有望成为未来 绿色能源和环境治理领域的重要支撑技术之一。
THANKS
感谢观看
• 光催化材料的发展也将更加注重环保和可持续发展。在材料的制备和应用过程 中，将更加注重资源的节约和环境的保护，同时推动光催化技术的绿色化和产 业化发展。
光催化材料面临的挑战与机遇
光催化材料在实际应用中仍面临一些挑战，如光催化反应的效率、反应动力学和稳定性等问题。此外，光催化材料的回收和 再利用也是需要解决的重要问题。
光催化材料等。
04
光催化材料的应用实例
光催化水处理
01
去除有害物质
光催化材料能够利用光能将水中的有害物质，如重金属离子、有机污染
物等，进行氧化或还原反应，将其转化为无害或低毒性的物质，从而达
到净化水质的目的。
02
杀菌消毒
光催化材料在光照条件下能够产生具有强氧化性的自由基，这些自由基
能够破坏细菌和病毒的细胞膜结构，从而杀死细菌和病毒，起到杀菌消
光谱响应范围
描述光催化材料能够吸收的光的 波长范围。一些材料主要吸收紫 外光，而另一些则能吸收可见光 或红外光。
光吸收效率
衡量材料在特定波长下吸收光的 程度。高吸收效率意味着材料能 更有效地利用光能。
化学性质
稳定性
指光催化材料在化学环境中保持其结 构和性能的能力。
氧化还原能力
指材料在光催化反应中的氧化或还原 能力，影响其光催化活性。
• 除了传统的金属氧化物、硫化物、氮化物等材料外，新型复合光催化材料、异 质结构光催化材料等也将成为研究热点。这些新型材料通过结构设计、元素掺 杂、表面改性等方式，能够进一步提高光催化性能和拓宽应用范围。
THANKS
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• 光催化材料的发展也将更加注重环保和可持续发展。在材料的制备和应用过程 中，将更加注重资源的节约和环境的保护，同时推动光催化技术的绿色化和产 业化发展。
光催化材料面临的挑战与机遇
光催化材料在实际应用中仍面临一些挑战，如光催化反应的效率、反应动力学和稳定性等问题。此外，光催化材料的回收和 再利用也是需要解决的重要问题。
光催化材料等。
04
光催化材料的应用实例
光催化水处理
01
去除有害物质
光催化材料能够利用光能将水中的有害物质，如重金属离子、有机污染
物等，进行氧化或还原反应，将其转化为无害或低毒性的物质，从而达
到净化水质的目的。
02
杀菌消毒
光催化材料在光照条件下能够产生具有强氧化性的自由基，这些自由基
能够破坏细菌和病毒的细胞膜结构，从而杀死细菌和病毒，起到杀菌消
光谱响应范围
描述光催化材料能够吸收的光的 波长范围。一些材料主要吸收紫 外光，而另一些则能吸收可见光 或红外光。
光吸收效率
衡量材料在特定波长下吸收光的 程度。高吸收效率意味着材料能 更有效地利用光能。
化学性质
稳定性
指光催化材料在化学环境中保持其结 构和性能的能力。
氧化还原能力
指材料在光催化反应中的氧化或还原 能力，影响其光催化活性。
• 除了传统的金属氧化物、硫化物、氮化物等材料外，新型复合光催化材料、异 质结构光催化材料等也将成为研究热点。这些新型材料通过结构设计、元素掺 杂、表面改性等方式，能够进一步提高光催化性能和拓宽应用范围。
光催化课件
实际上，科学家在对光催化反应的反应过程进行深入 研究的基础上，发现在实际环境中的光催化反应不仅 是光致电子和光致空穴的氧化还原反应。并且会发生 其他反应，从而强化对污染物的氧化还原反应。主要 是在过程中生成氢氧自由基，氢氧自由基的氧化能力 是特别强的。
当以波长小于385nm的光照射TiO2表面时，价带电子能够被激
还是表面羟基自由基的另外一个来源，具体的反应式如下所示：
另外， Sclafani和Herraman通过对TiO2光电导率的测定，证实
了在光催化反应中· 2-的存在，因此一个可能的反应是： O
在上式中，产生了非常活泼的羟基自由基 （· OH），超氧离子
自由基（· 2-）以及· 2自由基，这些都是氧化性很强的活泼 O HO 自由基，能够将各种有机物直接氧化为CO2，H2O等无机小分 子。
光催化氧化技术基础 1）光的波长与能量
光催化氧化反应，是从光催化剂吸收光子开始的。 光化学反应需要具有一定能量的光子来诱发。一个光子 的能量可以表示为： E=hv=hc/λ 式中： h-普朗克常数，v-光的频率，c-光速 光的波长越长，其具有的能量就越少，依次从紫外 向红外递减。因此，紫外光的能量最高，红外光低，比 如不同的车辆，一个车速快，冲击力大，一个车速慢， 冲击力小。
二氧化钛的禁带宽度Eg为3.2eV, 那么，如果想使 那个二氧化钛来进行光催化反应，则要求照射到其分子 上的光子所具有的能量大于这个数值，对照上表，可以 看出，必须使得入射光子的波长小于等于387.5纳米。 思考：如果一个光子的能量不够，能不能2个或者更多 的光子共同照射一个固定位置，从而激发光致电子和 光致空穴？
因此，总结一下，对于某种光催化剂，用光 子能量大于禁带宽度Eg的光来照射可以产生光致 电子和光致空穴，他们在复合之前分别具有氧化 和还原能力。由于光是持续照射的，因此宏观上 总是在光催化剂表面上有固定数量的光致电子和 光致空穴存在，因此表面具有持久的氧化还原能 力。
光催化降解有机污染物
4、光催化反应机理
TiO2+hυ→TiO2+h++eh++e-→热量 H2O → H+ +OHh++ OH-→·OH h++ H2O + O2→·OH+ H++O2h++ H2O→·OH + H+ e-+ O2 →·O2· O2-+ H+→·HO2 2· HO2→O2+H2O2 · HO2+ H2O + e-→H2O2+ OHH2O2+ e-→·OH + OH-
2、光催化剂
水溶液pH=1时，若干半导体光催化剂的能位数据表
半导体 TiO2 SnO2 ZnO ZnS CdS CdSe 价带(V) +3.1 +4.1 +3.0 +1.4 +2.1 +1.6 导带(V) -0.1 +0.3 -0.2 -2.3 -0.4 -0.1 能隙(eV) 3.2 3.9 3.2 3.7 2.5 1.7 最大吸收波长(nm) 387 318 387 335 496 729
6、今后的发展方向
• 相对于已经被广泛研究的液-固相半导体光催化降解有机物的废 水处理，气-固相半导体光催化氧化反应在许多方面都具有更突 出的特点。普遍认为，在光催化反应的速率方面，由于气体分子 的扩散速度相对较快，因此一般气相光催化的反应速率比起液相 都提高了几个数量级。此外，用于气相的催化剂与液相反应相比 更易回收，在实现连续化的处理方面更加方便；气相光催化反应 条件更加便捷，在常温常压的条件下即可进行反应，直接以空气 中的氧气作氧化剂，反应的效率更高；在气相光催化反应过程中 使用的光源属冷光性质，对环境的温度没有明显的影响。 • 利用半导体光催化技术处理空气中的废气的多相光催化过程已经 逐渐成为一种理想的环境治理手段。 • 在环境污染日趋严重的现代社会，TiO2 光催化降解有机废气技术 具有广泛应用前景，其能耗低，易操作，而且安全清洁等优势使 得光催化技术在未来的环境治理中扮演着重要的角色。
光催化第二章PPT课件
TiO2的等电点pHZPC=5.8， 所以，pHZPC处的导带位置ECB=－0.1－0.059pH=－0.44
三、通过测定平带点位实验获取
• n型半导体：平带点位接近导带，可以认为就是导带位置； • p型半导体：平带点位接近价带，可以认为就是价带位置； • 如果已知带隙宽度就可以确定能带位置。
上述机理最重要的是阐明电荷迁移过程，光催化
本质上是氧化还原过程，目前较好的研究手段是光电 化学方法
电化学技术研究过程 电化学技术研究
电子迁移
注入能量
高灵敏和快捷
表征光催化动 力学特征
提高催化速 率
获得实时动 力学数据
估测带隙宽度、能级位置和电 荷迁移特别是界面电荷迁移
2.5.1 光电化学理论基础
本征半导体的载流子浓度低，电子和空穴数接近，Fermi能级位于带隙中间位置，表明电 子在价带出现的概率很高而在导带中出现的概率很低。通过杂质掺杂本征半导体、或者非计量 化合物半导体等，半导体都表现n型或P型半导体的特征。
2.3光学性质分析
• 2.3.1 固体紫外-可见漫反射光谱
半导体光催化材料具有其特性，因此有一些满足其特性的表征方法。作为光催化剂，其高效宽谱的光学
吸收性能是保证光催化活性的一个必要而非充分条件，因此分析固体光催化的官学吸收性能是必不可少
的。由于固体样品存在大量的散射，所不能直接测定样品的吸收。通常采用固体紫色-可见漫反射光谱
(1-4)
调节外电压，当施加正向偏压时，Vsc增大促进电子和空穴分离；当施加负向偏压，Vsc减小， 使得Vs为零时对应的外加电压值成为平带电压Vfb。
n型：Vfb=Ecs-μ； p型：Vfb=Evs+μ
(1-5)
n型半导体表面导带电位和平带电位差μ；p型半导体表面价带电位和平带电位差μ，μ是一个在
《有机污染物的降解》课件
02
有机污染物的降途径
生物降解
01
02
03
微生物降解
利用微生物的新陈代谢过 程将有机污染物分解为无 害物质。
植物降解
利用植物的吸收和转化能 力将有机污染物转化为无 害物质。
酶降解
利用酶的催化作用将有机 污染物分解为小分子物质 。
化学降解
1 2
氧化还原反应
通过氧化或还原反应将有机污染物分解为无害物 质。
水解反应
利用水分子将有机污染物分解为小分子物质。
3
酸碱反应
通过酸或碱的作用将有机污染物转化为无害物质 。
物理降解
热解
通过加热将有机污染物分 解为小分子物质。
机械破碎
利用机械力将大分子有机 污染物破碎成小分子物质 。
吸附分离
利用吸附剂将有机污染物 从环境中分离出来。
03
有机污染物降解的影响因素
温度
05
案例分析
某地区有机污染物降解的案例分析
案例概述
某地区由于工业发展导致有机污染物 严重超标，给当地生态环境和居民健 康带来威胁。
降解技术应用
采用生物降解、光降解、化学氧化等 降解技术，对有机污染物进行治理。
降解效果评估
经过降解处理后，该地区有机污染物 浓度显著降低，生态环境得到改善。
案例总结
该案例表明，针对不同地区和不同污 染状况，选择合适的降解技术可以有 效治理有机污染物。
有机污染物的危害
总结词
有机污染物对环境和生物的危害主要表现在影响生态平衡、破坏生物多样性、损害人体健康以及影响社会经济发 展等方面。
详细描述
有机污染物可能通过食物链累积，对生态系统造成破坏，影响生物多样性。同时，一些有机污染物对人体具有致 癌、致畸、致突变等危害，损害人类健康。此外，有机污染物的存在还可能对经济发展造成负面影响，如影响农 作物的生长和水资源的利用等。
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为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性 能可对其进行修饰改性:
①表面修饰的光催化剂：表面修饰的方式主 要有沉积贵金属[4]、掺杂过渡金属离子[5]和 半导体的复合[6] 等。
②纳米材料光催化剂[7] ：当催化剂粒度在 1nm～ l0nm时，呈现纳米材料的表面效应 和量子效应，催化活性提高。纳米催化剂 还具有可见光透过性好、光吸收能力强、 耐热性好、耐腐蚀和无毒等优点。
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③负载型光催化剂：负载型光催化剂避免了 光催化悬浮体系中催化剂难分离回收的问 题，从而实现连续稳定操作。负载方法可 以是在基质上制成催化剂膜，或催化剂以 微粒状吸附负载于载体上。
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④微波等离子体处理的光催化剂：用微波等
离子体处理光催化剂的过程，是利用微波
等离子体中的分子离解成化学性质十分活
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TiO2 用于居室空气处理尤其具优势, 可将T iO2 镀 于内墙、家具和装饰物表面, 也可将TiO2 掺和于 混凝土中使用, 甚至直接应用到污染源上。张悠
金[10]等将纳米TiO2 加入到卷烟烟嘴中, 实现了 对烟焦油和尼古丁的截留( 截留率28.14%~
光催化及其对有机污染物的降解
主讲人：几米
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主要内容
• ㈠研究背景 • ㈡光催化氧化降解机理 • ㈢光催化降解的催化剂 • ㈣光催化降解实例 • ㈤结论
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㈠研究背景
• 有机污染物广泛地存在于水、土壤和大气 环境中，这些有机污染物只有少部分能在 自然环境中自行降解，其中大多数是有毒 有害的物质。一些还有“致癌、致畸、致 突变”的“三致性”。
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㈢光催化降解的催化剂
• 主要的光催化剂类型：
⑴金属氧化物或硫化物光催化剂 ⑵ 分子筛光催化剂 ⑶有机物光催化剂
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⑴金属氧化物或硫化物光催化剂
常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO2、 ZnO、WO3、Fe2O 、ZnS、CdS和PbS等。 其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中 的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地 利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿 命有限。TiO2具有催化能力强、化学稳定性 好、无毒、价格低等优点，是目前研究和应 用最广泛的光催化剂[3]。
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②小空间空气净化
利用TiO2 可以降解大部分气相有机污染物。 如甲苯蒸汽可使人头痛、恶心, 对中枢神 经系统有麻醉作用,。田地[9]等利用碳黑改 性铝材负载TiO2 降解甲苯蒸汽， 降解率达 85.15%, 催化活性可保持20 h 基本不变。 段晓东等利用掺铁改性纳米TiO2 降解汽油 蒸汽, 蒸汽中的7 种有机物降解率均在98% 以上。
泼的原子或原子团，与光催化剂间进行化
学物理作用的过程。如将微波辐射技术用
于制备固体超强酸SO 2／TiO2，催化剂。 与常规加热法相比，微波加热制备的SO 2 ／TiO 2催化剂使乙烯的光催化氧化分解反 应的量子效率大大提高。
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⑵ 分子筛光催化剂
• 分子筛是一种高效、高选择性的光催化剂载 体，在分子筛的纳米微孔反应场里有一般光 催化系统难以实现的光催化性能。Zhang等 报道了Ti—MCM一41和Ti—MCM一48中孔 分 由子于M筛C对MC一O42在1具H有2O的中大还比原表的商光积催而化使作其用光， 催化活性有所提高。郑珊等 研究了负载纳 米 积 好金在的属介吸P孔收d孔电的道 子M中 作CMT用iO—，2T：可iO表有2光面效催的减化纳少剂米光，P生d认电有为子良沉和 空穴的表面复合，改善光催化性能。
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工业上去除有机物的方法有吸附浩、生化法和 混凝沉降法等。光催化降解法始于1972[1]年， 是近三十年发展起来的污水处理新方法。自 70年代末开始，利用光催化降解处理各类污 染物废水的研究已有大量的报导，光催化降 解法可以有效地降解多种有机污染物并将多 种有机物全部矿化为CO2、H 2O或毒性较小 的有机物．能彻底破坏有机物，达到无害处 理的要求。
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纳米T iO2 光催化剂应用
①水环境有机污染物的去除
• 水环境有机污染物种类繁多, 以酚类、卤代 烃、芳烃及其衍生物、杂环化合物的毒性 为最, 几乎遍布于所有废水中, 其中又以化 工废水、印染废水、造纸废水、制药废水 含量最多、成份最复杂、毒性最大。纳米 TiO2 [8]可以有效地降解多种有机污染物并将 多种有机物全部或部分矿化为CO2、H 2O 或毒性较小的有机物
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⑶有机物光催化剂
①卟啉类化合物光催化剂：具有共轭双键大 环的卟琳类化合物在适当的条件下可传递 电子，或经光照激发出电子。金星龙等报 道¨ ，高分子金属卟啉具有很高的光敏性， 在日光照射下有良好的光催化降解效率， 能完全降解混合染料，可用于催化降解各 种废水，如染料废水、化工废水和生活污 水等。
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②金属酞菁类化合物光催化剂：酞菁类化合 物是一种重要的催化剂，它主要用于催化 有机反应。金属酞菁类化合物作为光催化 剂，在可见光下对于有机化合物如水杨酸、 对羟基苯甲酸、罗丹明B、硫代罗丹明B和 结晶紫等都能进行有效的光催化降解 。
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㈣光催化降解实例
• ⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物 • ⑵杂多酸光催化降解有机污染物 • ⑶多金属氧酸盐光催化降解水中有机污染
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㈡光催化氧化降解机理[2]
• 光催化氧化的机理主要是自由基反应，而 体系产生的活性中间体H2O2则是形成自由 基的重要引发剂。
• 以下任何反应都可以使 H2O2产生羟基自由 基
H2O2----2OH. H2O2+O2----OH.+OH- +O2 H2O2+e----- OH.+OH-
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光催化体系中的有机物在·OH作用下，发生 快速氧化反应及自由基链反应，而使有机 物迅速矿化而去除．
物
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⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物
• 纳米TiO2 是一种环保型多相半导体光催化 剂, 主要用于中低浓度废水处理、小空间空 气净化、材料表面自清洁、重金属回收等 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, 是近年来半导体 材料用于环保领域中研究最多 、最具发展 前景的高新技术材料之一。