光催化氧化技术知识讲解
第6讲 光催化氧化技术
光催化剂（Photocatalyst）
光催化剂 = 光 [Photo=Light] + 催化剂 [catalyst] 光催化剂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。光催化剂是将光能转换成为 化学反应的能量，产生催化作用，使周围水分子及氧 气激发成极具氧化力的·OH及O2-。用其分解对人体和 环境有害的有机物质及部分无机物质，加速反应，不 造成资源浪费，且不形成附加污染。
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影响TiO2光催化性能的因素
形态：颗粒状与膜状
——颗粒状的光催化剂在溶液中呈悬浮状态，在溶液中与 有机物的接触面积小，且容易发生团聚现象 ——膜状：①防止粒子的流失；②增加光催化剂整体的比 表面积；③光催化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增 加，提高了光的利用率；④一些载体可同光催化剂本身发 生相互作用，有利于电子-空穴对的分离；⑤利用吸附剂类 载体可增加对反应物的吸附，提高催化剂的光催化活性， 同时实现吸附剂类载体的再生；⑥用载体将光催化剂固定， 便于制成各种形状的光催化反应器。
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粉体TiO2光催化剂的制备方法
3. 水热法
在加有聚四氟乙烯内衬的筒式高压釜中以TiCl4 、偏 钛酸或钛酸丁脂为前驱体制备。所得粉体粒度分布窄， 团聚程度低，纯度高，且制备过程污染小，成本较低。
4. 溶胶-凝胶法法 以钛醇盐或钛的无机盐为原料，经水解和缩聚得溶胶， 再进一步缩聚得凝胶，经干燥、煅烧制得。制得的粉 体纯度高，粒度细，分散好；但烧结性不好，干燥时 收缩大，易发生团聚现象。
2.7
CdS
2.4
ZnS
3.7
SrTiO3
3.4
SnO3 铁的氧化物会3发.5生阴极光腐蚀WSe3
1.2
Fe2O3
光催化氧化法简介
光催化氧化法简介更新时间：08-5-23 14:15光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O等简单无机物，避免了二次污染，简单高效而有发展前途。
所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。
光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。
在我国工业废水中，印染废水因其有机物含量高、色度深、水质复杂、排放量大而成为难处理的工业废水之一。
印染废水中含有大量卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类及各种染料等有机物，主要来自纤维、纺织浆料和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。
其COD浓度达数千至数万mg/L，色度也高达数千至数万倍，可生化性差，很多废水还含有高浓度无机盐：如氯化钠、硫化物等，严重污染水环境。
国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差，出水难以稳定达到国家规定的排放标准。
光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，实验证明，此方法对印染废水有较好的处理效果。
当进水COD Cr为1300 mg/L左右，色度为800倍时，经本法处理的废水，出水COD Cr达188 mg/L，色度为0～10倍，COD Cr 去除率达92%，脱色率几近100%。
主要水质指标达到了GB8978—1996《污水综合排放标准》中染料工业的二级标准。
本法可取代常规的生物法，适合中小型印染厂的废水处理。
光催化氧化法原理更新时间：08-5-23 14:20光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3-、PO43-、Cl-等。
经典-光催化氧化
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• TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处 理。
• TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰 化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害气体 也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下转 化成无毒无害物质。
TiO2光催化法应用事例：空气净化
• 降解有机物的最终产物是CO2和H2O，没有其它 毒副产物出现，不会造成二次污染；
• 此外，纳米TiO2在降解毛纺染料废水、有 机溴（或磷）杀虫剂等到方面也有一定效 果。
反应过程：废水中的Cr6＋具有较强的致癌 作用，在酸性条件下，TiO2对Cr6＋具有明 显的光催化还原作用。在pH 值为2.5的体系 中，光照1h 后，Cr6＋被还原为Cr3＋ 。还 原效率高达85% 。
Байду номын сангаас
TiO2光催化技术在水处理中存在的问题
研究表明：将TiO2涂覆在陶瓷、玻璃表 面，经室内荧光灯照射1小时后可将其表 面99％的大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色
葡萄球菌等杀死。
TiO2光催化法的前景
• 利用纳米光催化TiO2治理空气污染已经得到广泛 应用，国内外都出现了很多产品，市场前景非常 广阔。
• 传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污 染等问题，污水治理一直得不到好的解决。纳米 技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。
光催化法
光催化氧化：
光催化氧化是一种高级氧化（AOPs）技 术，主要是利用现代科技手段、结合环境工 程学、生物学、力学、光学等多门科学的尖 端技术集成而生产，是针对高浓度、难降解 有机废水的处理而开发的新型水处理技术。
第二章光催化氧化技术
第二章光催化氧化技术第1节光催化概述光催化(Phntocatalv}i} }是在光的照射下产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自山氢氧基和活性氧，具有很}},的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水和.二氧化碳，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防r} ;自洁、字泞除甲醛和净化空气功能。
光催化的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳和水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论.r-有效期较长、维护费用低。
同时，二氧化钦本身无毒无害。
已广泛用于食品、民药、化妆品等各种领域。
光催化在光的照射下产生氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能。
可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋臼质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水(HZO)和二氧化碳}co}),因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁及净化空气的功能。
(川光催化基本原理光催化的原理是光催化剂纳米材料被太阳光、灯光(紫外线)照射后，表面电子(e)被激励，同时生成带电的正孔(h+},正孔(h+)和空气中的氧(o:)、水(HZo)发生反应，产生具有极强氧化作用的活性氧。
有机物污染物、臭气、细菌等被氧化分解，而电子(e)还原成空气中的氧。
光催化反应可分为下列几个步骤:①反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钦表而;②经光照射后。
二氧化钦产生电子及空穴;③电子和空穴分别扩散到二氧化钦粒子表面;④电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基;⑤氢氧自由基和反应物进行氧化反应;光催化是利用特定波长光源的能量产生催化作用，使周围氧及水分子激发成极具活性的OH一及02一自由离子基，这些氧化力极强的自由基儿乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质第2节光催化氧化技术在污水处理中的应用}.光催化叙化技术的应用光催化技术的研究始于20世纪70年代的后半期，用作催化的化学物有T1}} ,硫化锅、硫化亚铅、妮或钦系层状复合氧化物、二氧化铁等。
光催化氧化技术简介
光催化氧化除臭设备光催化氧化是在外界可见光的作用下发生催化作用,光催化氧化反应是以半导体及空气为催化剂，以光为能量，将有机物降解为CO2和H?0。
本公司采用的半导体是目前反应效率最高的纳米TiO2光催化剂,经蜂窝陶瓷载附特殊处理后使用,达到理想效果。
在光催化氧化反应中，通过紫外光照射在纳米TiO2光催化剂上产生电子空穴对，与表面吸附的水份（H2O）和氧气（02）反应生成氧化性很活波的羟基自由基（0H-）和超氧离子自由基（02-、0-）。
能够把各种废臭气体如醛类、苯类、氨类、氮氧化物、硫化物及其它VOC 类有机物、无机物在光催化氧化的作用下还原成二氧化碳（C0 2）、水（H2O）以及其它无毒无害物质,同时具有除臭、消毒、杀菌的功效，由于在光催化氧化反应过程中无任何添加剂，所以不会产生二次污染。
该设备核心中的纳米光催化触媒材料（GC-100）是一种吸收光能后，能在其表面产生催化反应的物质，当特定纳米波长的紫外光照射光催化触媒材料（GC-100）时，其表面发生光催化氧化还原反应。
光催化触媒材料（GC-100）吸收光子后在其表面产生电子（E—）和空穴（H +）,将吸收的光能转化成化学能，即具有光催化作用。
当光催化触媒材料（GC-100）与空气中的水接触时，表面就吸附出0O2、0H —，出0 0H—被空穴（H+）所氧化，02被电子（E—）还原，反应式如下：H20+ H+ 0H. + H+ 02+ E—02—.0HH基团的氧化能力较强，使有机物氧化，最终分解为水和C02。
下面为典型污染物的被该装备氧化机理。
脂肪族氧化机理：该装备中激发的特定波长紫外光激发光催化触媒材料（GC-100）所生成的OH. 具有强氧化作用，将脂肪族氧化为醇，进一步氧化为醛、酸，最后脱羧生成二氧化碳，整个过程可描述如下：R-CH2 CH3R-CH2 CH2 OH RCH 2 CHORCH 2 COOHR £出+CO2RCH2 OHRCHOR -COOH每降解一个碳原子，生成一个CO2，重复循环，直到脂肪族完全转化为CO2 为止。
光催化氧化法
光催化氧化法
探讨氧化光催化的原理需要从分子氧的混合态开始，我们知道氧在室温、惰性气体（如空气）中存在三种自由物质状态：单原子氧（挥发性O）、活性氧（活性氧）和分子氧（O2）。
光催化氧化剂是一种能够将电费子与氧结合起来制备活性氧的物质。
使用光催化氧化剂催化的氧化反应可将分子氧分解成活性的单原子氧，单原子氧可与物质反应，产生焦炭或气体。
这种催化氧化技术是一种特别重要的处理方法，因为它可以减少污染物的浓度，节省能源。
光催化氧化的基本原理是通过光能将有机化合物对氧进行氧化而形成活性氧，活性氧在有机物中进行氧化反应，从而进行氧化分解。
光催化过程是由一种叫做photocatalytic oxidizing（PCO）的物质引起的，PCO能将电子从太阳光中释放出来，将电子结合到活性氧中，然后再将活性氧与物质结合，这样活性氧就可以在这些物质中发挥作用，将有机物氧化。
对于常见的PCO材料，有TiO2、氧化锌等，在有效的光的照射下，这些PCO材料能将有机物转化为二氧化碳和水，降低有害物质的浓度，这是比传统氧化技术更加有效的去除有毒物质的一种方法。
由于操作的简单性，这种技术还被应用于工业过程中治理有害污染物的处理。
PCO以太阳能为能源，将有机物转化为无害或有利的气体，这种技术具有低成本、绿色和无污染等优点，在污染物处理等方面表现出色，可以作为更加可持续的气体处理技术来充分利用太阳能的优势。
总的来说，光催化氧化是使用光照射PCO材料，分解分子氧并将其变成活性氧，有机物以氧化的方式分解，具有低成本、绿色和无污染优点，在处理固体污染物时，此方法比传统技术更具有优势。
由于其简单的操作性能，它已成为处理重金属废水污染物的有效手段。
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术光催化氧化法是一种常用的挥发性有机废气治理技术，通过利用光催化材料中的光活性物质对有机废气进行氧化降解，达到净化空气的目的。
光催化氧化法具有操作简单、能耗低、无二次污染等优点，在挥发性有机废气处理中具有广泛的应用前景。
在光催化氧化法处理技术中，最常用的光催化材料是二氧化钛（TiO2）。
二氧化钛具有良好的光催化活性，并且具有稳定性和可重复使用性。
利用紫外光激发二氧化钛，其表面产生活性氧种（如羟基自由基），能够氧化有机废气分子中的挥发性有机物，将其分解为CO2和H2O等无害物质。
在实际的光催化氧化法处理过程中，为了提高处理效果，通常会采用一种或多种方法进行改进。
其中包括增加光催化剂的比表面积、改变催化剂的形貌、调整催化剂的能带结构等。
还可以通过改进反应体系、调节光源波长、优化反应条件等手段来提高光催化氧化法的处理效率。
光催化氧化法处理技术适用于多种挥发性有机废气的治理。
对于甲醛、苯、二甲苯等挥发性有机物，光催化氧化法可以有效地将其降解为无害物质。
光催化氧化法还可以处理含有有毒组分的废气，如挥发性有机气体中的氰化物、硫化物等。
光催化氧化法也存在一些局限性。
光催化氧化法对光照条件有一定的要求，如果光源不稳定或光照强度不足，则处理效果会受到影响。
光催化氧化法对废气中的湿度和温度也有一定的要求，高湿度和低温下可能会降低光催化剂的活性。
光催化氧化法的处理效率也受到废气中其它成分的影响，如存在过多的氧化物、酸性或碱性物质时，可能会对光催化剂产生损害。
光催化氧化法是一种有效的挥发性有机废气治理技术，具有操作简单、能耗低等优点。
在实际应用中，可以通过改进催化剂和反应条件等手段来提高处理效率。
光催化氧化法仍然存在一些局限性，需要进一步研究和改进，以实现更好的废气治理效果。
《光催化氧化技术》课件
光催化氧化技术可应用于水处理、空气净化、自洁材料等领域，具有 广泛的应用前景。
可与其他技术结合
光催化氧化技术可以与其他技术如超声波、电化学等结合使用，提高 降解效率。
技术挑战
对光源的依赖性 催化剂的稳定性
反应条件控制 成本问题
光催化氧化技术需要一定波长的光源照射才能进行，对于一些 难以照射到的地方或特定波长的光源，该技术的应用受到限制
案例二：空气净化
总结词
光催化氧化技术能够去除空气中的有害气体和微生物，对室内和室外空气净化具有重要 作用。
详细描述
光催化氧化技术通过将空气中的有害气体和微生物吸附到光催化剂表面，在光照条件下 被氧化分解为无害物质，从而达到净化空气的目的。该技术可以有效去除甲醛、苯、氨 气等有害气体，以及细菌、病毒、霉菌等微生物，对于改善室内外空气质量具有显著效
02
光催化氧化技术的应用领域
环境保护
去除污染物
光催化氧化技术能够将有机和无 机污染物分解为无害物质，如二 氧化碳和水，从而有效去除空气
和水中污染物。
废水处理
光催化氧化技术可用于处理各种工 业和生活废水，降低水体中的有毒 有害物质含量，达到排放标准。
土壤修复
光催化氧化技术可用于修复被重金 属和有机物污染的土壤，通过分解 污染物降低其对生态系统的危害。
结果分析
根据实验结果，分析光催化氧化反应的机理、影 响因素和优化条件。
3
应用前景
探讨光催化氧化技术在环保、能源等领域的应用 前景。
05
光催化氧化技术的实际案例
案例一：污水处理
总结词
光催化氧化技术在污水处理领域具有显著的应用效果，能够有效降解有机污染物，提高污水处理效率 。
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术光催化氧化法是一种利用光催化剂对挥发性有机废气进行降解的治理技术。
它主要通过光催化剂在光照条件下与挥发性有机物发生反应，产生活性氧物种，进而将有机物氧化分解为无害的物质。
光催化氧化法的原理是利用光催化剂吸收光能，从而产生电子和空穴对。
其中电子能级较低的电子与挥发性有机物中的氧化物进行反应，氧化有机物；而空穴能级较高的空穴与水或氧气中的水分子进行反应，生成氢氧自由基等强氧化剂，进一步氧化有机物。
这样，挥发性有机物经过一系列氧化反应后，最终被降解为水和二氧化碳等无害物质。
光催化氧化法的优点是可以高效降解挥发性有机物，适用于广泛的废气处理应用。
相比传统的吸附剂和催化剂，光催化剂具有更高的活性和较长的使用寿命。
光催化氧化法无需添加额外的化学试剂，对环境友好，不会产生二次污染。
光催化氧化法还可以降解一些难降解的有机物，对于一些高浓度和低浓度的废气都有较好的处理效果。
光催化氧化法也存在一些挑战和限制。
光催化剂的选择非常关键，需要根据废气特性和处理要求选择合适的催化剂。
光催化反应对光照条件敏感，需要保持适当的光强和光照时间，因此需要合理设计反应器结构和光源系统。
光催化氧化法对空气洁净度较高的要求较高，因为颗粒物和污染物会降低光催化剂的活性。
在实际应用中，光催化氧化法通常与其他废气处理技术结合使用，以达到更好的处理效果。
可以将光催化氧化法与吸附、蜡烛燃烧等方法组合使用，先去除废气中的颗粒物和高浓度有机物，然后再采用光催化氧化法对残留的低浓度有机物进行处理，从而提高处理效果。
化工废水处理-光催化氧化技术
02
太阳光：节能，但太阳能的利用率低
二、流态不同
悬浮型 固定型（非填充式和填充式） 流化床
悬浮型
悬浮型：TiO2粉末直接与废水混合 组成悬浮体系。
优点：结构简单，能充分利用催化 剂活性；
缺点：
存在固液分离问题，无法连续使用
易流失 1. 悬浮粒子阻挡光辐射深度， TiO2 =0.5mg/m3左右，反应速度 达到极限。
复合半导体催化剂。 （4）表面光敏化：光活性物质可吸收可见光，受激发将电子传递给半导体导带 （5）表面螯合及衍生化作用：含硫化合物、OH-、EDTA等螯合剂能影响半导体的能带位置，
使导带移向更负的位置。
催化剂的负载
三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2
➢ 将TiO2负载到光滑平整的载体上形成均一连续的薄膜。 ➢ 将TiO2固定到载体上
三、多相光催化氧化——光催化剂TiO2 TiO2的改性
表面修饰：由于TiO2的吸收阈值为387nm，对太阳光的利用率低，为了提高光催化活性和 扩大激发光波长范围而进行催化剂改性。
（1）惰性金属沉积：Pt、Au、Ag、Cu （2）过渡金属掺杂：Fe3+ （3）复合半导体：用两种或以上的半导体通过浸渍、混合溶胶、均匀沉淀等方法能够制成
二、均相光催化氧化——光助Fenton
Fenton试剂发展（Fe2+/H2O2） 1894年，Fenton用于有机合成氧化苹果酸 1964年，Eisenhouser将其用于处理苯酚及烷基苯 1993年，Ruppert将紫外光照射引入Fenton处理4-CP，形成
光助Fenton技术。 其后，在处理有机废水上得到应用。
1
0 过氧化氢浓度的影响
3
0
pH值的影响——初始
污水处理中的光催化氧化技术
光催化氧化技术利用特定波长的光激发光催化剂（如二氧化钛、 氧化锌等），产生具有强氧化性的自由基，这些自由基能够将有 机物氧化分解为二氧化碳和水等无害物质。
技术发展历程
1972年
日本科学家Fujishima和Honda发现光照的电极表面 能分解水，揭开了光催化研究的序幕。
1985年
科学家们发现二氧化钛具有光催化活性，为光催化 氧化技术的发展奠定了基础。
05
光催化氧化技术的发展前景与展望
技术发展趋势
高效光催化剂的研发
针对污水处理的需求，研发具有更高活性和稳定性的光催化剂是 未来的重要趋势。
优化反应条件
通过深入研究反应机理，优化反应条件，提高光催化氧化的效率。
拓展应用领域
光催化氧化技术不仅可用于污水处理，还可应用于空气净化、有毒 有害物质的降解等领域。
污水处理中的光催化氧化技术
汇报人:可编辑
2024-01-04
目
CONTENCT
录
• 光催化氧化技术概述 • 污水处理中的光催化氧化技术 • 光催化氧化技术处理污水的原理及
过程 • 光催化氧化技术的实际应用案例 • 光催化氧化技术的发展前景与展望
01
光催化氧化技术概述
技术定义与原理
定义
光催化氧化技术是一种利用光能将有机物转化为无害物质或低毒 物质的方法。
技术改进与创新
新型光催化材料的探索
01
探索新型光催化材料，如金属氧化物、硫化物、氮化物等，以
提高光催化效率。
反应器设计与优化
02
改进和优化光催化反应器的设计，提高光能利用率和反应效率
。
联合工艺的研发
03
结合其他污水处理技术，如活性污泥法、生物膜法等，形成联
关于光催化氧化技术的综述研究
关于光催化氧化技术的综述研究光催化氧化技术是一种利用光能激发催化剂催化氧化反应，将有机废水中的有机物质氧化降解为二氧化碳和水的高效技术。
随着环境污染和能源危机的日益加剧，光催化氧化技术凭借其高效、环保的特点成为环境领域的研究热点之一。
本文将对光催化氧化技术的原理、应用和研究进展进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、光催化氧化技术的原理光催化氧化技术的原理是利用光能使催化剂吸收光子激发电子，从而在催化剂表面形成活性物种，进而促进氧化反应的进行。
光催化氧化的关键步骤包括：①光生电子-空穴对的形成，催化剂表面的电子受到光子激发后跃迁到导带，形成自由电子和空穴。
②活化吸附，有机废水中的有机物质被吸附到催化剂表面。
③氧化反应，活性物种与有机物质发生氧化反应，生成CO2和H2O。
光催化氧化技术的关键是选择合适的催化剂、光源和反应条件，以提高光催化氧化反应的效率。
1. 水处理领域光催化氧化技术在水处理领域得到了广泛应用，主要用于处理含有机废水的工业废水和城市污水。
通过光催化氧化技术，可以将有机废水中的有机物质高效地氧化降解为无害的无机物质，从而实现水体的净化和再利用。
光催化氧化技术还可以有效去除水体中的有机色素和有机物质，改善水质和净化环境。
2. 空气净化领域光催化氧化技术还被广泛应用于空气净化领域，主要用于降解空气中的有机污染物和有害气体。
利用光催化氧化技术，可以将空气中的VOCs、NOx等有机污染物和有害气体氧化降解为无害的CO2和H2O，从而净化空气，改善空气质量，减少环境污染。
3. 光催化电化学光催化氧化技术还可以与电化学技术相结合，构建光催化电化学系统，实现对废水和废气的高效治理。
光催化电化学系统利用太阳能或人工光源激发催化剂，产生活性物种，并利用电化学方法实现物质的氧化还原反应，从而高效地净化水体和空气，实现资源的循环利用。
1. 催化剂的研究催化剂是光催化氧化技术的关键，其性能直接影响光催化氧化反应的效率和稳定性。
uv光解和uv光催化氧化
uv光解和uv光催化氧化UV光解和UV光催化氧化是两种常见的光催化技术，它们在环境治理和有机废水处理等领域具有重要的应用价值。
本文将分别介绍UV光解和UV光催化氧化的原理、应用和优缺点。
一、UV光解UV光解是利用紫外光的能量将有机物分解为无机物的过程。
在UV 光解过程中，紫外光激发了有机物中的电子，使其跃迁到较高的能级。
这种能量吸收导致有机物发生裂解和氧化反应，最终转化为无害的物质。
UV光解具有以下优点：1.高效：紫外光具有较高的能量，可以快速激发有机物中的电子，促使其发生分解和氧化反应。
2.无需添加剂：UV光解过程中无需添加任何化学剂，避免了对环境的二次污染。
3.适用范围广：UV光解对不同类型的有机物都有较好的降解效果，可应用于多种废水处理领域。
然而，UV光解也存在一些限制：1.光源能量不稳定：UV光源的能量会随着时间的推移而衰减，需要定期更换或维护，增加了运行成本。
2.无法彻底降解：UV光解通常只能将有机物降解为较小的分子，无法完全将其转化为无害物质。
因此，在具体应用中还需要结合其他技术进行后续处理。
二、UV光催化氧化UV光催化氧化是利用紫外光和光催化剂的协同作用将有机物氧化为无害物质的过程。
在UV光催化氧化过程中，紫外光激发了光催化剂表面的电子，形成具有较强氧化能力的活性物种（如·OH），这些活性物种能够与有机物发生反应，将其氧化分解。
UV光催化氧化具有以下优点：1.高效降解：UV光催化氧化通过活性物种的生成，可以高效地降解有机物，达到较好的净化效果。
2.广谱性：UV光催化氧化对各种有机物都具有较好的降解效果，适用于多种废水处理场景。
3.可回收利用：光催化剂可以通过再生和循环利用，降低了运行成本。
然而，UV光催化氧化也存在一些限制：1.催化剂选择：选择合适的光催化剂对降解效果至关重要，不同的有机物可能需要不同的光催化剂。
2.光照条件限制：UV光催化氧化需要紫外光的照射，因此在实际应用中需要保证光照条件的稳定和充足。
光催化氧化法的反应原理
光催化氧化法的反应原理光催化氧化法是一种利用光催化剂催化产生活性氧物种来氧化有机污染物的技术。
其基本反应原理是利用光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对，并利用这些电子-空穴对在催化剂表面进行氧化还原反应。
在光催化氧化法中，常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、铁氧体（Fe3O4）等。
这些光催化剂具有良好的光吸收性能，并且具有一定的导电性质。
当光照射到光催化剂表面时，光能被吸收，导致电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
电子-空穴对的生成可以通过光照下的光致电子转移来实现，也可以通过光吸收后的热激活电子转移来实现。
在光催化氧化反应中，有机污染物吸附到光催化剂表面，然后与产生的活性氧物种（如羟基自由基·OH）发生氧化反应。
其中，活性氧物种的生成与电子-空穴对的再组合有关。
电子与空穴在光催化剂表面进行再组合时，会产生自由基和其他活性物种。
这些活性氧物种具有很强的氧化能力，可以与有机污染物发生氧化反应，将其降解为无害的物质。
此外，光催化剂表面还可能存在一些功能性基团，如羟基（-OH）和羧基（-COOH），它们也可以直接与有机污染物发生氧化反应。
在光催化氧化过程中，反应速率受多种因素的影响。
首先是光照强度的影响，光照强度越高，产生的电子-空穴对数量越多，活性氧物种的生成速率也越快。
其次是催化剂的种类和表面特性的影响。
不同种类的光催化剂对光照的响应程度不同，其表面特性也会影响有机污染物吸附和活性氧物种生成的效率。
此外，反应温度、催化剂负载量等因素也会影响光催化氧化反应的速率。
光催化氧化法具有许多优点，如无二次污染、高效率和低成本等。
它可以应用于水处理、大气污染控制、有机废弃物处理等领域。
然而，光催化氧化法在实际应用中还存在一些挑战，如光催化剂的稳定性、传质限制、反应体系的复杂性等。
因此，今后的研究需要进一步探索提高光催化氧化法的效率和可控性。
总结起来，光催化氧化法的反应原理是利用光催化剂吸收光能产生电子-空穴对，并利用这些电子-空穴对在光催化剂表面进行氧化还原反应。
光催化氧化法的原理及特点
光催化氧化法的原理及特点
光催化氧化法是一种通过光照射催化剂的表面产生氧化反应来降解有机污染物的技术。
其原理主要包括以下几个步骤：
1. 催化剂吸附：有机污染物首先被吸附到催化剂的表面。
2. 光激发：光照射催化剂的表面，将光能转化为催化剂的电子激发。
3. 氧化反应：激发的电子将氧气和水分子还原为活性氧物质，例如羟基（OH·）、过氧化氢（H₂O₂）等。
4. 降解有机污染物：活性氧物质与吸附在催化剂表面的有机污染物发生反应，将其氧化分解为二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）等无害的物质。
光催化氧化法的特点包括：
1. 高效降解：光催化氧化法能够高效降解有机污染物，由于光能的参与，反应速度较快，降解效率较高。
2. 无二次污染：该方法不需要添加额外的化学药剂，仅利用催化剂和光能即可完成降解过程，不会产生二次污染。
3. 广谱降解：光催化氧化法对各种有机污染物具有较强的降解能力，可应用于处理不同类型的有机污染物。
4. 操作简便：该方法的操作相对简便，只需提供光源和催化剂，不需要特殊的设备和条件支持。
5. 可再生催化剂：光催化氧化法使用的催化剂可通过再生的方式重复使用，具有持久稳定性和较长的使用寿命。
总之，光催化氧化法在有机污染物降解中具有高效、无二次污染、广谱降解等特点，是一种潜在应用广泛的环境治理技术。
光催化氧化处理技术在水处理中的应用
光催化氧化处理技术在水处理中的应用水是人类生存的基础之一，但是随着工业和城市化的发展，水污染的问题日益严重。
为了解决这个问题，人们研究和发展了各种水处理技术，其中光催化氧化处理技术是一种先进的技术，可以有效地降解水中的有机污染物。
本文将详细介绍光催化氧化处理技术在水处理中的应用。
一、光催化氧化处理技术的原理光催化氧化处理技术是利用光源和催化剂使污染物在氧的存在下发生氧化反应，最终达到降解有害物质的目的。
催化剂通常是具有光催化活性的半导体材料，比如钛酸盐、铟氧化物、锌氧化物等。
当光照射在催化剂表面时，会产生电子和空穴，这些电子和空穴会在催化剂表面上不断地发生复合反应，释放出能量，从而引发氧化反应。
在氧化反应中，污染物分子与氧分子的碰撞会产生自由基，自由基会进一步与水分子发生氧化反应，最终将污染物降解为无害的物质。
二、光催化氧化处理技术的优点与传统的水处理技术相比，光催化氧化处理技术有以下几个优点：1. 高效性：光催化氧化处理技术可以高效地降解水中的有机污染物，处理效率通常可以达到90%以上。
2. 无需加入化学试剂：除了催化剂外，光催化氧化处理技术无需加入任何化学试剂，减少了对环境的污染，避免了化学试剂残留的问题。
3. 可持续性：光催化氧化处理技术是一种可持续的技术，能够利用太阳能等可再生能源进行处理，减少了对非可再生能源的依赖。
4. 适用范围广：光催化氧化处理技术适用于各种不同类型的水源，例如城市污水、工业废水、农业废水等。
三、光催化氧化处理技术在水处理中的应用1. 城市污水处理城市污水中含有大量的有机物和氮、磷等营养物质，这些物质如果排放到自然界中会严重污染环境。
光催化氧化处理技术可以高效地降解城市污水中的有机物和营养物质，减少对环境的污染。
在实际应用中，光催化氧化技术可以与生物处理技术结合使用，达到更好的处理效果。
2. 工业废水处理工业废水中含有大量的有机物和重金属等有毒物质，对环境和人体健康都具有很大的影响。
光催化氧化课件ppt
六、影响光催化氧化反应的因素
Ｏ2的影响。在光催化反应中，气相氧的浓度是一 个敏感因素。随着气相氧分压的逐渐增大，有机物 降解速率明显增加。
光强的影响。大量试验数据表明，光强对光催化 反应速率的影响并不十分显著，动力学级数介于 0.5～1.0之间。应该根据反应速率的快慢选择合适 的光强
盐效应。盐的影响在水处理过程中也不容忽视,有 些盐对反应起促进作用，而有些盐则起极大的阻碍 作用。ClO-2、ClO-3、BrO-3和Ｓ2Ｏ2-4能够捕捉 光生电子，降低ｅ--ｈ+的复合；Ｃｌ-、ＮＯ-2、 ＨＣＯ-3和ＰＯ3-4将会与ＯＨ-竞争空穴，影响Ｈ Ｏ·的生成,显著降低光子效率。
溶胶-凝胶法在玻璃表面制备了均匀透明的纳米 TiO2薄膜，采用高压汞灯为光源，敞口固定床 反应器对水中染料亚甲基蓝进行了光催化氧化 实验。实验结果表明:随着涂膜次数的增加，薄 膜TiO2负载量增加，锐钛矿晶相粒径增大， TiO2薄膜对亚甲基蓝氧化降解具有较高的光催 化活性。
有机农药废水
用负载型TiO2/SiO2对有机磷农药2,2 二乙 烯基二甲基磷酸酯(DDVP)的光催化降解 取得较好的效果 。
二、光催化机理
光催化技术是利用半导体作为催化剂。 当用光照射半导体光催化剂时，如果光 子的能量高于半导体的禁带宽度，则半 导体的价带电子从价带跃迁到导带，产 生光生电子（e－）和光生空穴(h+)。
TiO2+hγ——e－ + h+
光生空穴具有很强的氧化性，可夺取半导 体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子， 使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的 物质，通过光催化剂被活化氧化。
量子效率 与其它水处理技术联用，获取最佳的处
理效果
CODcr质量浓度为650ｍｇ/Ｌ-1,有机磷 质量浓度为19.8ｍｇ/Ｌ-1的农药废水， 经375Ｗ中压汞灯照射4ｈ， CODcr去除 率为90%，有机磷将完全转化为ＰＯ43-。
紫外光催化氧化
紫外光催化氧化
紫外光催化氧化是一种利用紫外光作为催化剂，使有机物质在紫外线照射下发生化学反应的技术。
其原理是采用纳米TiO2光催化氧化法，当半导体二氧化钛受到能量大于其禁带宽度的光源照射时，其价带的电子被激发，跃迁到导带，产生原初电荷分离，从而产生导带电子和禁带空穴。
这些电子和空穴对迁移到表面后，具有强的接收电子的倾向，可以参加氧化还原反应，直接将有机分子氧化为正碳自由基或将表面现象的水分子氧化为羟基自由基。
生成的羟基自由基进攻有机物分子，使之氧化和分解，使有机污染物转化为CO2、H2O和无机盐达到矿化。
此外，紫外光催化氧化技术具有反应条件温和、适用范围广、高效节能、安全性好、操作简单等优点。
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含氮有机物：磷酸四丁基铵、阿 特拉N H4+ 等
有机磷杀虫剂：DDVP、DEP
TiO2
紫外 Cl-、PO43-、CO2
◎ TiO2光催化氧化的原理 ◎ 光催化剂 ◎ 光催化反应器
◎ TiO2光催化技术的应用
◎ 展望
TiO2光催化氧化原理
TiO2光催化氧化原理
Aend
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
UV/Fenton的优点
◎ 降低Fe2+的用量，保持H2O2较高的利用率。 ◎ UV和Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应， 即 ： ·OH 的 生 成 速 率 远 大 于 传 统 Fenton 法 和 紫 外 催化H2O2分解速率的简单加和。
激发态的导带电子和价带空穴能重新合并，并产生热能或其 他形式散发掉。
光催化的技术特征
1. 低温深度反应 光催化氧化可以在室温下将水、空气和土壤中 的有机污染物氧化。
2. 绿色能源 光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化 剂，驱动氧化—还原反应，而且光催化剂在反 应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特 征使光催化技术更具魅力。
光催化氧化技术
（Technology of Photocatalysis Oxidation)
什么是光催化?
◎概括说来，就是光催化剂在光的作用下发生催化作用。
◎光催化剂：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。利用光能转换成为化学反应所 需的能量，产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发 成极具氧化力的自由基或负离子。
羧酸：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、 TiO2 乳酸、乙酰丙酸
紫外
CO、H2 烷、烃、醇
表面活性剂： DBS、SDS、BS、4-氯酚
Fe2O3、Zn 日光 O、TiO2等 灯
CO2、HCl、 SO32-
染料：酸性红、直接耐酸大红、 活性艳红、酸性艳蓝、阳离子艳 红
TiO2
紫外 CO2、H2O、无机 离子等
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
影响UV/Fenton反应的因素
1. 有机物浓度：污染物的去除率均随其起始浓度的 增加而降低。
2. Fe2+浓度：Fe2+浓度过多，不利于·OH的生成而 使得反应速率降低； Fe2+过低不利于H2O2分解 为·OH。维持适当的Fe2+浓度。
3. H2O2浓度：在维持其他反应条件不变的前提下， 增大H2O2投加浓度或投加量可以提高反应速率。
——TiO2光催化氧化技术
非均相光催化技术的发展概况
1972年，Fujishima 和Honda在 半导体TiO2电极上发 现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这 一新的领域。
1977年，Yokota 等发现在光照条件下, TiO2对丙烯环 氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化的应用范围， 为有机物氧化反应提供了一条新的思路。
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
4. 载气：氮气、空气和氧气三种载气的比较，氧气作 为载气效果最好。
5. pH值和温度：温度影响不大；pH值控制在6以下。 6. 反应时间：取决于诸多因素，最显著的是催化剂剂
量和废水负荷。 7. 光源：照射剂量越大，对有机物的矿化效果越好。
非均相光催化氧化技术
近三十多年来，光催化技术在环保、卫生保健、有机合 成等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际 上最活跃的研究领域之一。
不同类型有机物的光催化降解
有机物
催化剂 光源 光降解产物
烃：脂肪烃、芳香烃
卤代物：卤代烷烃、烯烃、脂肪 酸卤代芳香族化合物
TiO2 TiO2
紫外 紫外
CO2、H2 HCl、CO2
◎光催化剂在光照条件（可以是不同波长的光照）下所 起到催化作用的化学反应，统称为光催化反应。
◎光催化一般是多种相态之间的催化反应。
光催化氧化
◎ 均相光催化氧化 ◎ 非均相光催化氧化
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
一、Fenton试剂
◎ Fenton 试剂：Fe2+和H2O2的组合。 ◎已有100多年的应用历史，在精细化工、药学化工、 医药卫生、环境污染治理等方面都有应用。 ◎ 1964年，Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯 酚及烷基苯废水。 ◎ Fenton试剂在废水处理中主要用于去除COD、色 度和泡沫等。
e O2 O2
O2 H HO2
Organ HO O2 CO2 H2O 其他产物
Mn (金属离子) ne M
TiO2光催化氧化原理
在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上 的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴 （h+）。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化-还 原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原 剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O，O2反 应生成•OH和超氧离子O2-，能够把各种有机物直接氧化成 CO2、H2O等无机小分子，电子也具有强还原性，可以还原 吸附在其表面的物质。
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
二、Fenton氧化机理
Fe2+ + H2O2 → · OH + OH－ + Fe3+ Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + ·HO2 + H+
操作条件：pH = 3~5
三、Fenton试剂在废水处理中的应用
——单独作为一种处理方法氧化有机废水 ——与其他技术联用，如混凝沉降法、活性炭法、生 物法、UV
均相光催化氧化——UV/Fenton试剂法
UV/Fenton法及反应机理
Fe(III)混合物 的光解
λ>300nm
Fe(III)
Fe(II)
hν
Fenton反应 Fe（II）+H2O2
H2O2的光解 λ<300nm
直接光解 A + hv
Amid
·OH
UV/Fenton反应体系
自由基反应 ·OH + A
图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下：
TiO2 h h e
h e 热量
H2O H OH
h OH HO
2HO2 O2 H 2O2
H 2O2 O2 OH OH O2
h H2O O2 HO H O2
H 2O2 h 2 OH
h H2O OH H