TiO2光催化综述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TiO2光催化剂在有机污染物 降解中的应用
XXX xxxxxxxxxx
主要内容：
1 TiO2光催化反应的基本原理 2 TiO2光催化剂的改性方法 3 在有机物降解领域的应用 4 发展前景展望
1 TiO2光催化反应的基本原理
1.1 TiO2的结构与性质
在自然界中常见的晶型结构有3种，分别为锐 钛矿型、金红石型和板钛矿型。其中锐钛矿型和 金红石型是TiO2中具有光催化作用的主要晶型。
降解有机物的原理图:
2 TiO2光催化剂改性方法
常用金属：Pt、 Pd、Ag、Ru
贵金属沉积
简单的组合、 包覆、耦合、 掺杂等
复合半导体 TiO2光催化剂改性方法 离子掺杂修饰
表面光敏化
3 在有机物降解领域的应用
TiO2光催化可有效降解气相有机物，且具有性 能稳定、不产生二次污染的优点，近年来关于光 催化氧化去除空气中的有机污染物的研究越来越 多，例如对气相的甲醛、甲苯、三氯乙苯、三氯 甲烷降解的应用。
TiO2光催化反应步骤
h＋ＶＢ
价带空穴诱发氧化反应
与催化剂表面的H2O和OH-作用生成· OH
TiO2
光照 hv
复 合
导带电子诱发还原反应
e-ＣＢ
与催化剂表面的O2、作用生成· -2 O
光催化化学反应式：
TiO2+hV→h++eh++H2O→·OH+H+ e-+O2→·O-2 · -2+H+→HO2· O 2HO2·→O2+ H2O2 H2O2+· -2→2·OH+O2 O H++OH-→H2O · OH+有机物→ H2O+CO2
提高光的催化活性
设计高效实用的反应器
降低成本
TiO2光催化剂的固定化
谢谢大家！
TiO2光催化剂在水体有机污染物的降解过程中 也有广泛应用，如对染料废水、含油废水、以及 含甲基橙、对氯苯酚等有机污染物废水的处理。
主要有机物光催化降解反应
有机物 烃
卤代烃 羧酸
催化剂 TiO2
TiO2 TiO2
光源 紫外
紫外 紫外、氙灯
光解产物 CO2、H2O
HCl、CO2、H2O CO、H2、烷烃、醇、酮、酸
表面活性剂
染料 含N有机物 有机P杀虫剂
TiO2
TiO2 TiO2 TiO2
日光灯
紫外 紫外 紫外、太阳光
CO2、SO32CO2、H2O、无机离子、中间 物 CO32-、NO32-、NH4+、PO43-、 F -等
Cl-、PO42-、CO2
4 发展前景展望
TiO2光催化技术在环境治理方面有着广阔的应用前 景但到目前为止基本上还停留在实验室小型系统研究 阶段，要顺利实现其向大规模工业化的过渡，完全投 入实际应用中还有很多实际问题需要解决：
半导体材料存在一系列的满带，最上面的满带 称为价带（VB)；存在一系列的空带，最下面的 空带称为导带(CB) ；价带和导带之间的位置称为 禁带。
锐钛矿型和金红石型TiO2的能带结构
CB/e3.2 ev
VB/h+
锐钛矿
CB/e3.0 ev VB/h+
金Байду номын сангаас石
二者均属于四方晶系，它们 的价带位置相同，光生空穴具有 相同的氧化能力； 但是锐钛矿型导带的电位更负， 光生电子还原能力更强； 且锐钛矿型TiO2具有更优良的 光量子效率。
1.2 TiO2光催化反应机理
当TiO2催化剂（Eg=3.2ev）受光照射，吸收 了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带中的 电子就会被激发到导带，在价带上产生光生空 穴(h+)，产生的电子(e-)和空穴(h+)与其表面吸 附的O2／H2O等作用生成的自由基· OH／· 2有 O 极强的氧化性，可氧化分解多种有机物，最终 使有机污染物降解为CO2和H2O等简单的无机物。
XXX xxxxxxxxxx
主要内容：
1 TiO2光催化反应的基本原理 2 TiO2光催化剂的改性方法 3 在有机物降解领域的应用 4 发展前景展望
1 TiO2光催化反应的基本原理
1.1 TiO2的结构与性质
在自然界中常见的晶型结构有3种，分别为锐 钛矿型、金红石型和板钛矿型。其中锐钛矿型和 金红石型是TiO2中具有光催化作用的主要晶型。
降解有机物的原理图:
2 TiO2光催化剂改性方法
常用金属：Pt、 Pd、Ag、Ru
贵金属沉积
简单的组合、 包覆、耦合、 掺杂等
复合半导体 TiO2光催化剂改性方法 离子掺杂修饰
表面光敏化
3 在有机物降解领域的应用
TiO2光催化可有效降解气相有机物，且具有性 能稳定、不产生二次污染的优点，近年来关于光 催化氧化去除空气中的有机污染物的研究越来越 多，例如对气相的甲醛、甲苯、三氯乙苯、三氯 甲烷降解的应用。
TiO2光催化反应步骤
h＋ＶＢ
价带空穴诱发氧化反应
与催化剂表面的H2O和OH-作用生成· OH
TiO2
光照 hv
复 合
导带电子诱发还原反应
e-ＣＢ
与催化剂表面的O2、作用生成· -2 O
光催化化学反应式：
TiO2+hV→h++eh++H2O→·OH+H+ e-+O2→·O-2 · -2+H+→HO2· O 2HO2·→O2+ H2O2 H2O2+· -2→2·OH+O2 O H++OH-→H2O · OH+有机物→ H2O+CO2
提高光的催化活性
设计高效实用的反应器
降低成本
TiO2光催化剂的固定化
谢谢大家！
TiO2光催化剂在水体有机污染物的降解过程中 也有广泛应用，如对染料废水、含油废水、以及 含甲基橙、对氯苯酚等有机污染物废水的处理。
主要有机物光催化降解反应
有机物 烃
卤代烃 羧酸
催化剂 TiO2
TiO2 TiO2
光源 紫外
紫外 紫外、氙灯
光解产物 CO2、H2O
HCl、CO2、H2O CO、H2、烷烃、醇、酮、酸
表面活性剂
染料 含N有机物 有机P杀虫剂
TiO2
TiO2 TiO2 TiO2
日光灯
紫外 紫外 紫外、太阳光
CO2、SO32CO2、H2O、无机离子、中间 物 CO32-、NO32-、NH4+、PO43-、 F -等
Cl-、PO42-、CO2
4 发展前景展望
TiO2光催化技术在环境治理方面有着广阔的应用前 景但到目前为止基本上还停留在实验室小型系统研究 阶段，要顺利实现其向大规模工业化的过渡，完全投 入实际应用中还有很多实际问题需要解决：
半导体材料存在一系列的满带，最上面的满带 称为价带（VB)；存在一系列的空带，最下面的 空带称为导带(CB) ；价带和导带之间的位置称为 禁带。
锐钛矿型和金红石型TiO2的能带结构
CB/e3.2 ev
VB/h+
锐钛矿
CB/e3.0 ev VB/h+
金Байду номын сангаас石
二者均属于四方晶系，它们 的价带位置相同，光生空穴具有 相同的氧化能力； 但是锐钛矿型导带的电位更负， 光生电子还原能力更强； 且锐钛矿型TiO2具有更优良的 光量子效率。
1.2 TiO2光催化反应机理
当TiO2催化剂（Eg=3.2ev）受光照射，吸收 了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带中的 电子就会被激发到导带，在价带上产生光生空 穴(h+)，产生的电子(e-)和空穴(h+)与其表面吸 附的O2／H2O等作用生成的自由基· OH／· 2有 O 极强的氧化性，可氧化分解多种有机物，最终 使有机污染物降解为CO2和H2O等简单的无机物。