光催化氧化反应器的研究进展
纳米TiO2光催化反应器研究进展
绍 了纳米 ＴＯ： ｉ 光催 化 反应 器近年 来的研 究进展 ，对各 类 型反 应 器的优 缺 点进 行 了深入 分 析 ， 展 望 了催 化反 应 器应 用前景 。 并
关 键词 ： 氧 化 钛 ； 二 光催 化 ； 应 器 反
中图分 类 号 ： ７３ １ Ｘ０．
文献 标识 码 ： Ａ
ｏ ｖ ｏｍｅｔ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｉ ｉ ａ ｉ ｅ ｔｅａｔｏ ｉｔ ｄ ｃｄｔｅｄｖｌ ｍ ｎ ｏ ｔｅ ｉ ２ ｈｔ ｆ ｎ ｉ ｎ ｎ ｇ ｅｒ ． ｔ ｓ ｒｃ ， ｕ ｒ ｎ ｏ ｕｅ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｆ Ｏ ｏ － ｅ ｒ ｅ ｎ ｎ ｎｈ ｔ ｌ ｈ ｈ ｒ ｈ ｏ ｈ Ｔ ｐ ｏ
（ｑ ３２ｅ ） 氧化还原电位高 、 Ｅ ＝ ． 、 Ｖ 光催化反应驱动 力大 、 光催 化 活性 高 等特 点 ｂ。其 反应 机理 是 ： 光 波 辐 射 到 ＴＯ 表 面 时 使 导 带 激 发 产 生 激 发 态 电 ｉ：
子（ ） ｅ一和带 正 电荷 的空 穴 （ ， ｈ ） 电子 与氧 发生还 原 反 应并 进一 步反 应 生成 过 氧化 氢 （ ２，空穴 Ｈ ） 与水 、氢 氧根 离 子发 生 氧化 反应 生 成高 活性 的羟
光催化氧化降解水中污染物研究进展
２ 半 导体 光催 化 法 的应 用
表 １是不 同催化剂对污染物的光催化 降解情况 。光催 化反
应 在 污 水 处 理方 面 的实 际应 用 ， 选 是在 水 中污 染物 的 降解 ， 首 有
ｏ ／’ ｔ ｌ Ｌ 光照 ８ ｏ ｈ时，Ｉ的产率达到 ４ ． ６ ， ２ １ ２ ％ 取得较好 的效果。
关键词 半导体
国内学者将半导体材 料用 于光催化 降解 污染物 ， 得了突 取 破性 的进展 。 光催 化氧化法结构 简单 、 操作 条件容易控制 、 氧化
能 力 强 、 二 次 污 染 ， 此 将 具 有 广 泛 的应 用 及 发 展 前 景 。 无 因
１ 半导 体 光催 化 反 应机 理
崔玉民
摘 要
范 少华 （ 阳师 范学 院化 学 系， 徽 阜 阳 ２６ ３ ） 阜 安 ３ ０２
本文从 半导体光催化方法 、 反应机理 、 应用 、 提高半导体光催 化剂活性的途径等 方面分别论述了 半导体 光催化技术
现状与发展 趋势。 光催化剂 光催化降解 污染物
表 １ 光 催 化 降 解 污 染 物 研 究概 况
转化的各种物质 。
透明 的 Ｔ０ 薄膜 ， ｉ２ 并制成光催化反应器 ， 对水溶液中 Ｉ的光催化 一
氧 化 进 行 了研 究 。实 验 结果 表 明 ： 用 锐 钛 型 Ｔ０ 作 光催 化 剂 ， 采 ｉ２ ３ 化 钾 溶 液所 用 催 化 剂 量 为 ４ ０ ， 于 ０ ３ ｏ／ ，［ ］ ３ ０ Ｌ碘 ．ｇ 等 ．ｍ ｌＬ Ｈ － ．
３ 提 高半导 体 光 催化 剂 活性 的途径
目前 ， 在提高光催化活性方面 ， 金属或金属 氧化物与半导体 组成 的光催化剂研究发展十分迅速。 金属（ 以下用 Ｍ表示 ） 在光催 化体系中的作用有两种解释 ：１双功能机理解释 ， （） 既影响半导体 颗粒表面 的能级结构 （ 降低了带隙能 ）又影响催化氧化 和还原反 ， 应的过程 ；２单功能机理解释， （） 即只影 响氧化和还原反应的过程。
气固流化床光催化反应器的研究进展
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第 ｌ 卷 第３ ３ 期 ２０ ０ ６年 ６月
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦＤ０ＮＧＧＵＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ ＯＦ Ｔ ＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｉ Ｅ
东 莞 理 工 学 院 学 报
Ｖ１３ Ｏ ｏ． ． １Ｎ ３
Ｊ ｎ． ２ ｕ ００６
氧气 。其在环保 中的应用则 始于 １ ７ 年 加拿大 科学家Ｊ ｈ ． Ｃ ｔ ｙ 首次将Ｔ Ｏ光催化应用 于剧 ９６ ｏｎ Ｈ ａ ｅ 等 ｉ２
毒 多氯联 苯降解 的研 究 。气 固相 光催化氧化技 术至今未能 工业化 的一个 最主 要原因是 高效光反应器 的缺乏 。 目前 ，开发 结构简单 、反应效率 高的新型光反应 器 已成为气 固相光 催化技术 的一个重 要研
器分为固定床和流化床，主要介绍了国外近年来流化床光催化反应 器应用于废气处理中的研究进展情况，
阐明 了新型 流化 床 光催化 反应 器的研 究与设 计是光 催化 氧化 法 工业化 过程 中需 要解 决 的 关键 问题 之 一 ，分
析 了其存在的问题 ，并对今后的发展方向进行 了展望．
关键 词 ：多相光催 化 氧化 ：反 应 器；流化床 ：废 气处理 中图分类号 ：Ｔ ５ Ｑ０ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ —０ １ （０ ６ ３ ０９ —０ ０ ９ ３ ２ ２ ０ ）０ — ０ １ ４
的研 究热潮 。本文 总 结 了国外近 年来废 气治理 中气 固流化床 光催化 反应器 的研 制及应 用情况 ，并 对其发展趋势进行 了展望 。
TiO2光催化氧化的研究进展
中图分 类号 ： ７ ３ Ｘ ０
文 献标 识码 ： Ａ
ＴＯ 光催化氧化 的研究进展 ｉ２
全 玉莲 康 春莉 王 洋。 ， ，
（． 国环境 管理 干部 学 院 ， 北 秦 皇 岛 １中 河 ０ ６０ ；． ６ ０ ４ ２ 吉林 大 学环 境与 资源 学院 ， 吉林 长春 １ ０ ２ ； ３ ０ ３
ｄ ｉｋ ｎ ｔｒ ｒｎ ｉｇ ｗａ ｅ
１７ 年 Ｆ －ｓｉ ９２ ｕｊ ｈｍａ等 发 现 受 光 辐射 的 Ｔｉ ｉ Ｏ 上 可 以持 续发 生水 的氧 化 还原 反应 ， 生 ・ 产 ０Ｈ。 这一 发现 揭开 了人 们 对 Ｔｉ 光 催 化作 用 进 行 深 ０ 入研 究 的序 幕 。１７ ９６年 Ｇ ｒｙ等 首先 应 用 二 氧 ａｅ
ｉ ｇ ｗａ ｅ ． Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｔ ｎ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｙ ａ ｓ ｉ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｉｉ ｎ ｎ ｔｒ ｖ ｌ ｐ ｎ ｅ ｄ ｎ ｙ ｏ ｈ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｅ ｆｃｅ ｔ
Ｇ ｏ ｒ ｐ ｙａ ｄＡｇ ｉｕｔｒ ｌ ｏｏ ｙ， ｈｎ ｓ Ａｃ ｄ ｍｙｏ ｃｅ ｃ ， ｈ ｎ ｃ ｕ ｉ ｎ １ ０ １ ） ｅｇ ａ ｈ ｎ ｒｃ ｌｕａ ｌｇ Ｃ ｉｅｅ ａ ｅ ｆ Ｓ ｉ ｅ Ｃ ａ ｇ ｈ ｎＪ ｌ ３ ０ ２ Ｅｃ ｎ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ｐｈ ｔ ｃ ｔｌ ｔ ｘｄ ｔｏ ｒｎ ｉｌ ｆｐ ｌｕ ａ ｔｄ ｇ ａ ａ ｉｎ ｗｉｈＴｉ ｎ ｈ ｒ ｐ ｏｏ ａ ａｙ ｉ ｏ ｉａ ｉｎ ｐ ｉｃｐｅｏ ｏｌ ｔ ｎ ｅ ｒ ｄ ｔｏ ｔ Ｏ２ａ ｄ ｔ ｅｐ ｅ — ｃ
ｌａ ｉｇ Ｔｉ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｓ ，ｓ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｆｓ ｌｒ ｅ ｅｇ ｔ ｉａ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐｎ ｏ ｄｎ Ｏｚｐ ｏ ｏ ａａｙ ｔ ｏｖｎ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｏ ａ ｎ ｒ ｙ ｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｌ ｏ
光催化氧化技术进展
3.TiO2光催氧化基本原理
半导体光催化作用机理以能带理论为基础.TiO2光催 氧化基本原理可以通过以下几个过程进行解释.
〔1〕带间跃迁：当能量大于或等于TiO2禁带宽度即 波长小于378.5nm的光照射TiO2时,其价带上的电 子受光激发跃迁到导带,称为间带跃迁.
〔2〕电子-空穴对<e--h+>的产生：被激发的电子从 价带进入导带后,在导带上产生带负电的高活性光 生电子<e->,在价带上留下带正电荷的空穴<h+>, 即生成电子-空穴对.电子和空穴在电场力和扩散 的作用下迁移到TiO2粒子表面,如果粒子表面已经 存在被吸附的有机物或无机物,则更容易发生氧化 还原反应.
• 作为新型的高级氧化技术,光催化氧化法已成为环 境治理的前沿领域和研究热点,利用光催化氧化有 望实现有机物的深度矿化.现阶段实现工业化的主 要困难是催化剂的光催化效率低,氧化剂难于分离, 不能充分利用太阳能,合适载体的选择以及光催化 反应器不适合工业生产等一系列问题.不过随着这 些问题的逐步解决,光催化氧化技术在水处理领域 将会有良好的市场前景和社会经济效益.
• TiO2+hv→TiO2+e-+h+
• h++e-→复合+能量<hv'<hv或热能>
光催化氧化反应的研究进展
摘
要 ： 述 了光催化氧化技 术降解废水废 气的原理 ， 概 影响 因素 ， 高光催化剂 活性的途 提
径． 以及光催化技术在有机合成 中的应用。 制备 高效的催化剂 ， 解决太阳光的利 用问题 ， 开发光催
化 反应 器将 是今 后 研 究 的重 点 。 关 键词 ：光催 化氧 化 ； 光催 化反 应 器
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２ ０ 年第 ３ 卷第 ５ ０７ ８ 期
文章编号 ：０ ６－１４ ２ ０ ）５ ０ １ ～ ５ １０ － ８ （０ ７ ０ — ０ ７ ０ ４
《浙 江 化 工 》
一ｌ 一 ７
光催化氧化反应 的研究进展
杨 尧 （ 浙江大学材料与化学工程 学院 ， 浙江 杭州 ３０２） １０７
的途 径 。
科学技术的进步和对光催化技术广泛而深人的
穴发生分离 。 迁移到粒子表现的不同位置。 热力学理 论表明 ， 电子具有还原性 ， 空穴具有氧化性。吸附在
研究 ， 使光催化技术得到迅速发展。 除了利用半导体 ＴＯ 表面的氧俘获电子形成 ０－分布在表面的 ｈ ｉ ２ ， 可 ｊ Ｈ和 Ｏ 材料来进行光催化氧化降解废水 、 废气以外 ， 也有不 以将吸附在 ＴＯ 表面 Ｏ 一 Ｈ０分子氧化成 ・ Ｈ 而 Ｏ 少研究机构利用该技术为有机合成提供了一条新途 自由基 ， ・ Ｈ 自由基的氧化能力是水体中存在的
８ ． ｍ的光子后 ， ５ 价带电子被激发 ， 越过禁带 要的是 。光催化技术可将污染物降解为无毒的无机 等于 ３７ ｎ 形成带负电的高活性电子 ｅ， 一同时在价带 小 分 子物 质 如 Ｃ Ｈ２ 及 各 种 相 应 的无 机 离 子 而 进人导带 ． Ｏ、 ０ 在电场 的作用下 ， 电子与空 实现无害化 ， 为治理水污染提供了一条新 的、 有潜力 上产生带正电的空穴 ｈ。
光催化氧化法污水处理反应器的研究进展
／／ ／ ＼‘
废 瓣
图 ２ 旋转叶片光催化反应器
２ 在光源 照射 方式 中， ． ２ 由于各 方面因素 的限制 ， 目前大多采用 的还 是人工光 源 ， 但是无论 是从经济性 角度还是 环保角度 来讲 ， 阳光直 太 近几年来 ． 针对光催化反应器 的研究 ， 逐步加深 ， 后出现了很 多 接作为光源都是最理想 的选择 ，如果要采 用太 阳光来作 为反应光源 ． 先 那么聚集式 的反应器就更具有优 势一些 ． 只是在反应器 的设 计上更加 新 型的反应器 ． 为学者今后 的研究 奠定 了 良 的基础 。 好 ２１ 在催化剂 的存 在形式方 面主要分为负载式 和悬浮式光催 化反应 复杂 。 ． 抛ｆ陀 蕾 麓应组 件 器， 而近年来 ， 学者们逐渐打破 了这 种界限清晰的反应器 形式 ， 出现 了 将催 化剂负载在较小表 面积 的载体 上 ． 并使其悬浮于反 应液 中的反应 器， 如鼓泡式光催化 反应器 和悬浆 式光催化反应器等 。
２ 新型 光催 化 反 应 器
图 ３ 实用型太 阳能固定膜 光催化装置 （ ） 左 及横断面示意 图（ ） 右
Hale Waihona Puke 化氧化 法反应器研 究的最新进展 ， 并对其今后 的发展 方向做 出了展望 。
【 关键 词 】 光催化 ； 反应 器； 发展 方向
所示 以 ３ — Ｏ目活性碳为载体 ． ０４ 采用溶胶一凝胶法制备 了 ＴＯ 薄膜 ｉ 颗粒光催化剂 ． 甲基橙 废水进行光催化降解 反应器 为长方体结 对含 随着水资源短缺对人类社会 的影响 Ｅ益加重 ， ｌ 污水 处理 回用受 到 构． 内部垂直 布置 多块平 行折流板 ， 形成液相迷宫式通道 ； 液体从分 布 人们越来越多 的关 注 而在众 多处理方法 中． 光催 化氧化法作 为一 种 板上方反应器侧 面流人 ， 且入 口所在的壁面与反应 区折流板平行 。废 很有前途 的处理方 法 ． 吸引了越来越多学者 的注意 。 近年来 ， 于这种 对 水沿折 流板 间隙在迷宫式反应区 内流动并与上升气泡 呈错流接触 ． 颗 方法 的研究正在逐 步深 入 ．而反应器对于反应 系统来 说至关重要 。 因 粒 光催 化剂悬 浮分散 于气 液混合 相中 ．形成 非均相 的光催 化反应 体 此针对光催化氧化 法反应器的研究 ， 更是层 出不穷 。 经济适 用 ， 快速有 系。 、 、 气 液 固三相流动体系保证 了催化剂颗粒均匀分 布于气 液混 合相 效地反应器将 为光催化氧化法在污水处理领域 带来 更好地发展 ， 因此 中． 使反应体系具有高的催化剂 比表面积 、 较长 的液相停 留时间 。 能较 对于污水处 理领 域也有重大的意义 。 好 地利用光能 ． 有较好 的传递推动力 杨毅等［ ５ １ 了一种带有旋转 叶片且可 负载光催化纳米 材料的光 研制 １ 光 催 化 反 应 器 的 分 类 催化反应器 ． 图 ２ 如 所示 。 以制备的纳米 Ｔ 硅藻土复合材料作为光 ｉ Ｏ 目 ． 前 光催化反应器主要按 以下几种形 式分 类ｔ ： 叫 催化剂 、ＮＴ生产废水为处理对象 ， Ｔ 考察 了催 化材料附载 量 、 废水浓度 １１ 光催 化剂的存在形式 ． 和多次重复使用对反应器催化 降解 效率 的影响 。结果表 明 ： 附载有光 按照光催 化剂 的存 在形式 ，光催化反 应器可 分为负载式 和悬浮 催化纳米材 料的反应器经过 ６次 ６ ｈ重复使用 ． Ｔ Ｔ生产 废水催化 对 Ｎ 式 。在负载式光催化反应器 中 ， 剂负载在反应器 内壁或灯管外壁 降解效率仍然保持在 ７ ％以上 ． 催化 ５ 远高于直接分散在废 水中纳米材料 的 等具 有较大表面积 的载体上 ．随着反应 液流过而发生 氧化还原反应 ： 处理效率（ ． ％ ， ４ ２ １即多次重复使 用并保持高降解效率 ； ７ ５ 而且可较好地 而在悬浮式光催化 反应 器中 ．催化剂则是 以悬浮态存 在于反应液 中 ． 避免纳米光催 化材 料的团聚 ． 避免因 回收造成 的纳 米材料光催化 效率 这种方式 ， 催化剂 与反应液的接触更充分 ， 但是氧化剂 的回收困难 。 降低 以及 回收不完全造成的水俸二次污染等现象 １２ 光源 的照射 方式 ． 先一 按照光 源的照射方 式 ，光催化反应器可分为 聚集式和非 聚集 式。 聚集式光 催化反应 器一般采 用具有 聚光效果 的抛物槽 或抛物 面收集
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被广泛应用于污染物治理领域。
该技术利用光催化剂将光能转化为化学反应能，使污染物在光催化剂和氧气的作用下发生氧化反应，降解成低毒、低浓度的物质。
该技术具有高效及无二次污染等特点，特别是在不易降解的有机物的处理上有着很好的应用。
光催化氧化技术的发展历程：1996年，光催化氧化技术被应用于废水处理。
1998年，日本出现了第一款商业化的光催化空气净化器。
2000年，国内开始研究光催化空气净化技术。
之后，国内外对光催化氧化技术的研究逐渐深入，应用领域也不断扩大。
目前，光催化氧化技术应用领域涉及悬浮颗粒、颗粒状物质、有机物、气体及水等领域的治理。
催化剂的选择：目前，常用的催化剂有TiO2、CdS、ZnO等。
在这些催化剂中，TiO2应用最广泛，其在紫外光照射下可以吸收大部分的紫外光谱。
CdS和ZnO的吸收较弱，但对可见光和紫外光的响应能力较强。
其中，CdS在光催化反应中表现出了很好的性能，被广泛应用于处理有机物和硫化物。
催化剂改性包括材料的掺杂和表面的改变等。
当掺杂物被引入催化剂时，掺杂物会与催化剂的晶格相互作用，从而改变催化剂的吸收和反应特性。
例如，Ag/TiO2催化剂的反应活性可提高4倍以上，掺杂Co的TiO2相对于纯TiO2催化剂反应活性提高了5-10倍。
光源选择：光催化氧化技术需要用到光源，目前在实验中使用的光源包括汞灯、钨灯、UV LED等。
其中，UV LED在光源选择中应用最广泛，其稳定性高，寿命长，同时还可以针对红外波段进行镀膜实现波长选择，具有很大的发展前景。
过程控制：光催化氧化技术需要对处理过程进行控制。
其中的光源强度、反应时间、催化剂浓度、溶液pH等因素都会影响反应效果。
此外，反应器的照射方式、反应器的形状等因素也会影响反应效果。
总体而言，光催化氧化技术在污染治理领域拥有广阔的应用前景。
虽然在研究过程中仍有一些问题需要解决，如光催化剂的选择、改性、光源选择、过程控制等，但通过不断的探索和创新，我们相信这一技术将会在未来得到进一步的发展。
光催化氧化催化剂载体的研究进展
光催化氧化催化剂载体的研究进展孙 俭1，郭永成2，肖雅婷1，吕振波1，李 剑1，杨丽娜1（1. 辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001；2. 中国石油 抚顺石化分公司洗化厂，辽宁 抚顺 113001）［摘要］综述了近年来负载型光催化氧化催化剂载体的研究进展，并对不同类型载体（包括硅基、碳基、金属及金属骨架类载体等）的特性进行了分析总结。
硅胶、活性炭、金属氧化物等常见载体，经提纯、改性后，负载的催化剂均表现出较好的光催化氧化性能。
介孔分子筛类载体凭借高比表面积以及丰富独特的孔道结构成为研究热点；金属有机骨架材料作为一种新兴材料，在光催化氧化方面具有极大潜力。
［关键词］ 光催化氧化；催化剂；脱硫；载体［文章编号］1000-8144（2021）01-0088-06 ［中图分类号］TQ 426 ［文献标志码］AResearch progress of photocatalytic oxidation catalyst carrierSun Jian 1，Guo Yongcheng 2，Xiao Yating 1，Lü Zhenbo 1，Li Jian 1，Yang Lina 1（1. Institute of Petroleum and Chemical Engineering ，Liaoning Shihua University ，Liaoning Fushun 113001，China ；2. Washing Plant of PetroChina Fushun Petrochemical Company ，Liaoning Fushun 113001，China ）［Abstract ］Photocatalysis technology has become a research hotspot of many scholars. The research progress of supported photocatalytic oxidation catalyst carriers in recent years were reviewed ，and the advantages and disadvantages of different types of carriers including silicon-based ，carbon-based ，metal and metal frameworks and other carriers ，were analyzed and summarized. Common carriers such as silica gel ，attapulgite ，activated carbon ，etc.，after certain purification and modification ，the supported catalysts all show good photocatalytic oxidation performance. The mesoporous molecular sieve carrier has become a research focus due to its high specific surface area and rich and unique pore structure. As an emerging material ，metal organic framework materials have great potential in photocatalytic oxidation.［Keywords ］photocatalytic oxidation ；catalyst ；desulfurization ；carrierDOI ：10.3969/j.issn.1000-8144.2021.01.015［收稿日期］2020-08-06；［修改稿日期］2020-10-09。
TiO2光催化剂的研究进展
光催化剂在环保领域的应用摘要：光催化是一种新型的环境治理方法。
文章首先分析了光催化的反应机理，对光催化在水处理、气体处理以及其他环保方面的研究和应用进行了综述。
最后，指出了当前阻碍这一技术发展的难题。
Application of Photocatalyst to Contaminants DegradationAbstract: The photocatalysis was a new technology of environment treatment. The principle and mechanism of photocatalysis reaction was analyzed, firstly. Then the application of thistechnology was discussed in waste water, air and others area. At last, the mainproblems of photocatalysis were indicated at present.1 引言自1972年Fujishima和Honda[1]发现了TiO2作为催化剂，在太阳光的作用下可以分解水制得氢气以来，光催化反应开始得到了普遍的关注。
经多年深入的研究，逐步掌握了该反应的机理[2-3]。
在此基础上，研究者发现光催化反应可以有效的分解有机物、杀灭细菌和消除异味，并且光催化技术拥有多方面的优势，如反应温度是室温，光催化剂自身无毒、无害、无腐蚀性，也不会有二次污染等。
因此和传统的高温、常规催化、吸附等技术相比，光催化在环保领域的应用有很多明显的优势，近些年来取得了长足的发展[4-7]。
本文就这一技术在环保领域的应用做一个综合评述，以期为相关的研究提供参考。
2 反应机理光催化是以n型半导体的能带理论为基础，以n型半导体作催化剂的一种光敏氧化法。
半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带(V alence Band，VB)和空的高能导带(Conduction Band，CB)构成，价带和导带之间存在一个区域为禁带，区域的大小通常称为禁带宽度(Eg)。
TiO2 光催化反应机理及动力学研究进展
Key words p ho toca ta ly sis; m echan ism s; k inet ics
一、 引 言
在人类面临的众多环境问题中, 毒性大、生物难 降解的有机污染物的处理是一个难题。 此类物质由 于难以用生物方法去除, 而排放到环境中会对环境 产生很大的危害作用, 所以人们一直寻求新的方法 来处理这个问题。 光催化方法作为高级氧化技术的 一种, 是利用光生强氧化剂将有机污染物彻底氧化 为 H 2O、CO 2 等小分子, 此法能处理多种污染物, 适 用范围广, 特别是对难降解的有机物具有很好的氧 化分解作用。 此外, 光催化反应还具有反应条件温
关键词 光催化反应 机理 动力学 中图分类号: O 61214; O 64311; O 64411 文献标识码: A 文章编号: 10052281X (2002) 0320192208
Recen t Advances in M echan ism s and K inetics of T iO 2 Photoca ta lys is
水处理中光催化反应器的研究进展
体金属氧化物 Ｔ Ｏ 单 晶电极可光分解水 以来 ， ｉ２ 半 导体的光催化效应在环境治理和能源开发等方面引
起 人们 的广 泛关 注和研究 ． 国内外大 量 研究 表 明 ， 利 用 光催 化技术不 仅 能够 处 理 多 种 有 机 污 染 物 ， 而且 具 有很 好 的杀 菌及 抑 制 病 毒 活 性 的作 用 ， 会 形 成 不
究方向． 关键词 ： ； 催化反应器 ； 处理 Ｔｉ 光 水
中 图分 类 号 ： ６ ３ ｏ ４ 文献 标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：Ｇ） ７ ６ （０ ７０ —０ ７０ （ ０ ０ ０ ２ ０ ） ｈｍａ和 Ｈｏ ｄ 现 利 用 半 导 ｕｉ ｉ ｓ ｎ ａ发
收稿 日期 ：０ ７０ —０ ２ ０ －３１． 作者简介 ： 蒲生彦（ ９ １ ， １ ８ 一） 兰州大学在读研究生．
比金红石型 Ｔｏ 粒子具有更高的催化活性（０ ￣ ｉ２ ２０
３０ ０ 效率［８ 因此， ０ 倍） ７］ ．． 一般情况下研究人员均采
用锐 钛 型 Ｔｉ ． ０２
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８
环境研究与监测
第２ ０卷
１２ Ｔｉ２ 催化 作 用机理 ． ０ 光
的发 展 ． 随着 光催 化反 应器 研究 的进展 ， 它将 促 进环
纳米 Ｔ０ 之所以能作为催化剂与其 自身的光 ｉ２
电特性有关． 纳米 Ｔ ｏ 的能带是不连续 的， ｉ２ 在充满 电子的低能价带 （ ） Ⅶ 和空的高能导带 （ Ｂ 之间存 Ｃ） 在一个禁带 ， 当光照射 Ｔ ｏ 的能量大于或等于禁 ｉ２
制是多 相光 催化 技术 走 向实 用 化 的关 键 步 骤． 个 一
分反射率高、 紫外线 的吸收能力低 ， 其光生 电子和空 穴容易分离 ， 对氧的吸附能力强． 有研究表 日［ 当 月 引，
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展
㊀２０１９年４月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y第８期收稿日期:２０１９Ｇ０３Ｇ１８作者简介:余㊀臻(１９８７ ),女,硕士,助教,研究方向为水污染控制.光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展余臻(四川建筑职业技术学院,四川德阳６１８０００)摘要:指出了光催化氧化技术是一种新型的水处理技术,与传统水处理技术相比在难降解有机物㊁微污染有机物㊁饮用水等处理中有很大优势,介绍了光催化氧化技术的作用机理㊁常用的催化剂T i O ２特点及其一般的改性方法,探讨了光催化氧化技术在废水和饮用水中的应用及研究进展.关键词:光催化氧化;T i O ２;水处理中图分类号:X ７０３㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀文章编号:１６７４Ｇ９９４４(２０１９)８Ｇ００６２Ｇ０２１㊀引言光催化氧化技术是一种新型的水处理技术.光催化氧化技术具有反应条件温和(一般在常规条件下即可实现)㊁能耗低(可利用太阳能作为光源)㊁操作简便等优点.与传统的水处理工艺相比,在难降解有机物㊁微污染有机物㊁饮用水等处理中有很大优势２㊀光催化氧化机理光催化氧化机理目前研究并不完善,一般认为光催化氧化法是以紫外光㊁模拟太阳光或者自然光等光源,以半导体材料T i O ２㊁Z n O ㊁WO ３等作为催化剂,一般认为光催化反应的原理可以用半导体的能带理论来解释,这些半导体粒子的能带结构一般由填满电子的价带和空的高能导带构成,价带和导带直接存在禁带,当受到等于或大于禁带宽度的光照射到半导体时,价带表面的电子被激发跃迁到导带上形成光生电子,而在价带上就会产生光生空穴,这样就在半导体的内部形成电子空穴对,在电场作用下或者扩散的方式运动,会使得电子空穴对迁移到粒子的表面.空穴因具有极强的氧化性,可将其表面吸附的有机物或者催化剂或OH－及H ２O 分子氧化成羟基自由基 OH ,OH 生成会立即与有机化合物发生反应,反应时消耗 OH 而有机物被氧化而矿化,随之被分解,应用在水体中即可使水得到净化.３㊀T i O ２光催化剂的特点T i O ２是一种常见的催化剂,在众多的光催化剂中,是目前认为的最有效的半导体材料有锐钛矿型㊁金红石型和板钛矿型３种,一般同样条件下锐钛矿型催化活性是最好的.其化学稳定性高,氧化还原性强,且耐酸碱和光化学腐蚀,对太阳光紫外光部分能加以利用,便宜而且无毒.由于以上特点在光催化反应中一般多用作为T i O ２催化剂,一般能够达到很好的效果.但是由于T i O ２能够吸收的波长范围较窄,光吸收阈值小于４００n m ,对太阳光的利用率不算高,所以针对于此对T i O ２的改性进行了一些研究,主要有:①通过使不同禁带宽度的半导体材料的复合提高电荷的分散效果,从而扩大吸收波长,②掺杂金属离子,用来捕获导带中的电子.４㊀光催化氧化技术在废水中的应用４．１㊀焦化废水焦化废水是煤高温干馏㊁煤气净化㊁副产品回收与精制过程中产生的工业有机废水,组分复杂㊁污染物浓度高㊁毒性大等是其主要特点,是一种难降解的工业废水.肖俊霞等[１],研究发现以T i O ２为氧化剂光催化氧化降解焦化废水外排水,T i O ２投加量４g/L ,不改变溶液p H 值的条件下,反应３h ,T O C 的去除率可达５３．４０％,有机物种类由６６种下降至２３种.４．２㊀农药废水农药废水一般成分复杂㊁难降解㊁且含有大量的无机盐,一般农药废水的水质水量变化大.蒋裕平等[２]研究发现,通过对水体中的T O C ㊁B O D ５㊁石油类物质的含量进行光催化氧化降解反应发现,控制农药废水p H 值为９,铁碳比为１ʒ１,催化剂T i O ２的投加量为１g /L 时,处理农药废水效果最好.施帆君等[３]研究发现,用T i O ２光催化氧化法处理农药废水,以C O D C r 的去除率处理效果作为研究对象,发现在p H 值为９,反应时间１２０m i n ,T i O ２投加量为２．６４g /L 时达到最好处理效果.４．３㊀染料废水印染废水是印染工业生产过程中染料的流失占全部染料总产量的约１５％和各工序的废水混合而成,具有排放量大㊁有机物含量高㊁水质变化大等特点,是工业废水中的主要来源之一.吴兆美等[４],用掺硼氧化银为氧化剂在可见光下,光催化氧化降解甲基橙及印染废水混合物,发现可在１２０s 内实现甲基橙完全降解,p H 值为５~１０,印染废水混合物在２５m i n 内可完全降解.王智[５]用光催化氧化法用含有柠檬酸铁的水溶液降解结晶紫,可以利用太阳能光解过程使得C O D 去除率达到８５％以上的.孙广垠等[６]在p H 值为６．０,光照时间１２０m i n ,H ２O ２投加量未３．０mm o l /L ,以T i O ２为催化剂投２６㊀余㊀臻:光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展环境与安全加量０．５g/L的条件下,采用光催化氧化降解印染废水发现C O D和色度去除率分别为７６．８％和８９％.４．４㊀造纸废水造纸废水是一种含有大量的纤维素㊁木质素㊁松香酸等难降解有机物,可生化性差,污染物浓度高,C O D 含量高,排放量大的一种废水.韩沛等[７]研究发现,用溶胶－凝胶法制备纳米T i O２为催化剂用量１０g/L,光照反应时间１h,造纸废水的C O D和色度的去除率分别在７０％和７５％以上,深度处理麦草造纸废水,可达标排放.高治国等[８]研究发现,用经过双元素(F e和C e)掺杂改性的催化剂T i O２,对光的利用率高于未掺杂的催化剂,在用其处理造纸废水经过１８０m i n,脱色率和C O D C r的去除率分别在９０％和８３％以上.５㊀光催化氧化技术在饮用水处理中的应用５．１㊀微量有机污染物饮用水的微量有机污染物有很多种,一般存在有动植物在自然循环中分解所产生的物质如腐殖质等,水处理中产生的消毒副产物如三卤甲烷等,还有工业废水和农业排水所含的一些物质.吴伟等[９]使用市售P２５(粒径２１n m,比表面积５０m２/g)作为光催化剂浓度为０．５g/L,在p H值为６．２５,腐殖酸的初始浓度为２０m g/L,光照时间１８０m i n的条件下,腐殖酸几乎完全脱色, T O C去除率高达９７．９％,而消毒副产物C H３C l３从初始浓度３２６．２μg/L下降到１０．４μg/L,去除率达到９５％以上.杨敏[１０]研究发现,利用溶胶凝胶法合成纳米T i O２/S e复合催化剂,用其进行光催化氧化反应,在p H 值为６．５,催化剂投加量为１．５g/L,初始浓度为１０m g/ L的条件下,用２０w紫外灯光照反应３h,腐殖酸的去除率最佳达到７８．８％.５．２㊀藻毒素水体中由于水体富营养化带来了许多藻类,藻类爆发性的繁殖会带来藻毒素的污染,而藻毒素本身就目前研究而言是一种潜在的致癌物质.姚杭永等[１１]在研究中发现,M C L R溶液浓度为１００μg/L,加入负载一次的催化剂３g/L,反应１５m i n M C L R的去除率为９４％,２０m i n后可被完全去除.杨静等[１２]研究发现,用可见光照射用溶胶凝胶法合成的氮掺杂的催化剂N－T i O２降解M C－L R,在反应条件下,反应１４hM C－L R的去除率可达１００％,２０h矿化度可达５９％.郭燕飞等[１３]以合成碳氮共掺杂的二氧化钛(C,N－T i O２)为催化剂,反应１０h后对叶绿素a的去除率达到８３％,反应６h对M C －L R的去除率可达８９．９％.５．３㊀饮用水中的细菌在饮用水处理中,如果含有水微生物可能会导致传染病等的出现,用光催化氧化可以破坏细菌的细胞壁㊁破坏遗传物质.与传统氯气消毒技术相比,传统消毒只能消除３０％~９０％的水体微生物,且会造成二次污染,而光催化氧化不仅可以杀灭细菌㊁病毒还可以将其分解,避免水微生物死亡后释放出有毒成分.肖娜等[１４]研究发现在太阳光下,用杂化的T i O２－N薄膜处理饮用水中的大肠杆菌其灭菌率可达５７．７％,在杂化的T i O２－N薄膜上掺杂A g,可使得大肠杆菌的灭菌率达到９０％以上.A b e l e d o等[１５]研究发现用T i O２光催化剂和H２O２在模拟太阳光照的情况下,发现水中的隐孢子虫卵囊的生命特征大幅下降.６㊀展望光催化氧化技术是一种高效㊁节能㊁无二次污染的新型的水处理技术,但目前对其机理的研究并不完善还有待进一步的研究证明.在最常用的催化剂T i O２的应用中发现,为了尽可能的利用太阳光,需扩大其波长的吸收范围,需要进一步对T i O２的改性寻找更经济㊁合成更便利㊁利用率越高㊁降解效果越好的改性催化剂.参考文献:[１]肖俊霞,吴贤格．焦化废水外排水的T i O２光催化氧化深度处理及有机物组分分析[J]．环境科学研究,２００９,２２(９):１０４９~１０５５．[２]蒋裕平,陈少宏．铁碳法和光催化氧化法处理富含农药农业废水的效果[J]．江苏农业科学,２０１３,４１(５):３６３~３６５．[３]施帆君,崔康平,杨㊀阳,等．F e n t o n试剂与T i O２光催化氧化农药废水研究[J]．人民黄河,２０１０,３２(１１):６２~６４．[４]吴兆美,曾㊀娅,王晓燕,等．掺硼氧化银催化剂制备及降解模拟印染废水[J]．环境工程学报,２０１６,１０(６):２８４７~２８５４．[５]王㊀智．光催化氧化法降解印染废水中结晶紫的实验研究[J]．工业安全与环保,２０１４,４０(８):７０~７１．[６]孙广垠,宋吉娜,张㊀娟．T i O２光催化氧化法深度处理印染废水的研究[J]．工业水处理,２００９,２９(８):２５~２７．[７]韩㊀沛,龚文琪,杜金逵．纳米T i O２光催化氧化处理造纸废水的试验研究[J]．武汉理工大学学报,２００９,３１(１２):８１~８３．[８]高治国,陈文通,郑琳琳．光催化氧化处理造纸废水的试验研究[J]．辽宁化工,２０１１,４０(３):２２７~２２９．[９]吴㊀伟,H uJ i a n g y o n g,赵雅萍．T i O２光催化降解腐殖酸的实验研究[J]．华东师范大学学报(自然科学版),２０１１(２):１１９~１２５．[１０]杨㊀敏．纳米T i O２/S e复合催化剂光催化氧化处理水中腐殖酸的研究[D]．苏州:苏州科技学院,２０１０．[１１]姚永杭,夏良亮,闵㊀浩．活性炭负载T i O２光催化降解微囊藻毒素－L R[J]．环保科技,２０１１,１７(２):５~９．[１２]杨㊀静,陈登霞,邓安平,等．掺氮二氧化钛可见光照射降解微囊藻毒素－L R[J]．中国科学,２０１０,４０(１１):１６８８~１６９６．[１３]郭燕飞,吴苏舒,胡晓东,等．可见光响应的碳氮共掺杂T i O２抑杀蓝藻和降解微囊藻毒素(M C－L R)的研究[J]．环境工程,２０１８,３６(６)．[１４]肖㊀娜,徐明芳,虞英杰,等．可见光响应氮杂化T i O２－N薄膜对水源水体的杀菌作用[J]．安徽农业科学,２０１０,３８(３):６７８１~６７８４．[１５]A b e l e d oL MJ,A r e sE,G o m e zC H．E v a l u a t i o no f s o l a r p h o t oＧc a t a l y s i s u s i n g T i O２s l u r r y i n t h e i n a c t i v a t i o n o f C r y p t o s p o r i d i u mp a r v u mo o c y s t s i nw a t e r[J]．E n v i r o n．S c i．T e c h n o l．,２０１３(４７):６４６３~６４７０．３６。
废水处理光催化反应器研究进展
Ａｂｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｈ ｔｃ ｔｌｔｃ ｏ ｉ ａｉｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｈ ｒａ ｍｅ ｆ ｗａｔｗａｅ ｓ ｒｖ ｅ ｄ．Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｒ ｓ ａｃ ｆｐ ｏｏ ａａｙｉ ｘｄ ｔｏ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｔ ｅ ｔｅ ｔ ｎｔｏ ｓ ｅ ｔｒ ｗａ ｅ ｉｗｅ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｏ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌ ｔｃ ｒ ａ ｔ ｒ ｉ ｓ ｅ ｔ ｒ ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ ｖ ｌｐ ｎ ｆ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｃ ｏ ｎ ｗａ ｔ ｗａ ｅ ｒ ａ ｍ ｎ
ＺＨＡＮＧ ｎ － ｕ Ｌｉ ｇ ｙ ｎ， ＺＨＡＮＧ ｎｇ ｘ ａ ｇ，ＬＩ Ｈ ａ ｓ ｎｇ Ｄｏ － ｉ ｎ ｎ－ｈｅ
ｔｅ ｔｐ ｓ ａ ｄ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｈ ｔｃ ｔｌ ｓ ，ｔ ｅ ｒ ａ ｔｒ ｒ ｉｉｅ ｎ ｏ ｔ ｒｅ ｃ ｔｇ ｒ ｓ 、 ｈ ｙ ｅ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｐ ｏｏ ａａｙ ｔ ｈ ｅ ｃｏｓ ｗｅ ｅ ｄ ｖｄ ｄ ｉ ｔ ｅ ａｅ ｏ ｉ ，ｉ ｅ．ｓ ｓ ｅ ｄ ｄ，ｓ ｐ ｏｔ ｄ， ｈ ｅ ｕｐｎｅ ｕ ｐ ｒｅ ｎ ｏ ｐ ｉ ｇ ｔ ｓ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｃ ａａ ｔｒ ａ ｖ ａ ｅ ，ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ａ ｓ ｉ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆ ｔ ｅ ｔ ｒｅ ｋ ｎ ｓ ｆ ａ ｄ ｃ ｕ ｌｎ ｙ ｅ ．Ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ， ｈ ｒｃｅｓ， ｄ ａ ｔｇ ｓ ｎ ｉａ ｖ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｈ ｈ ｅ ｉ ｄ ｏ ｐ ｅ ｎ ｎ ｇ ｈ
纳米TiO2光催化剂固定化及其光催化反应器的研究进展
大量 的研究 。 但是 目前 以 Ｔｉ 。 导 体为基 础 的 ０半 光 催化 技术 还存 在几个 关键 的技 术难 题 ，极大 地 制约 了其工 业化 。关 键 问题包 括光 催化 剂 的 负 载技 术 和高效 光 催 化反 应 器 的设计 ｎ 。光 ｑ］
便 宜 、购 买方便 、透 光性 好 ，是 实验 室的首选 载体 。颗 粒类 载体有 分子 筛 、活性炭 、玻璃珠
等 。分子筛 有极 大 的 比表 面积 和规则 的孔洞结
构 ，不但 可 以富集污染 物 ，而且其 有 可剪裁 的
内外 表面 ，是一 种较好 的 载体材 料 ；活性炭有
１ 光催化 剂 的 固定 化技 术 １ １ 载体 的影 响及 常用 载体 ．
维普资讯
３ Ｏ
纳 米 Ｔ ０。 催 化 剂 固定 化 及 其 光 催 化 反 应 器 的 研 究 进 展 ｉ 光
纳米 Ｔ Ｏ２ ｉ 光催 化 剂 固定化 及 其 光 催 化 反 应 器 的研 究进 展 ＊
罗善 霞 一 郝 晓 刚 张 忠林 刘世斌
而反应 器 只能 为间歇 式操 作 的反应 器 ，处 理过
Ｔｉ 。 Ｏ 膜 但这 种 方法受 到载 体本 身导 电与 否的
限制 ，且不 能大 面积制 备 。 （ ）纳 米 Ｔｉ ４ Ｏ 直接 加载 口 。 Ｔ Ｏ 微 粒直接 加 载 ， 是先制 备好 高活性 ｉ 就
程繁 杂 ，成 本高 ，且需 动力 搅拌 维持 悬浮 ，不
溶 胶 一凝 胶 法是 目前 应用最 多 的一种 负载
的 Ｔｉ 粉末 或 直接 用 Ｐ ５粉 末 ，用 粘结 剂将 Ｏ ２ 其 加载 在各种 载 体上 。粘结 剂有 耐光催 化分解
gC3N4光催化性能的研究进展
gC3N4光催化性能的研究进展一、本文概述1、介绍gC3N4的基本性质和应用背景。
石墨相氮化碳（gC3N4）是一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在光催化领域引起了广泛关注。
gC3N4具有类似于石墨烯的层状结构，但其组成元素为碳和氮，而非石墨烯中的纯碳。
这种结构赋予了gC3N4良好的化学稳定性和独特的光学特性。
在光照条件下，gC3N4能够有效吸收光能并转化为化学能，从而驱动光催化反应的发生。
近年来，随着环境污染问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物治理手段，受到了广泛研究。
gC3N4作为一种性能优异的光催化剂，在光解水产氢、有机物降解、二氧化碳还原等方面展现出巨大的应用潜力。
gC3N4还具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉等优点，使得其在光催化领域的应用前景十分广阔。
因此，对gC3N4光催化性能的研究不仅有助于推动光催化技术的发展，也为解决当前的环境和能源问题提供了新的思路和方法。
本文将对gC3N4光催化性能的研究进展进行综述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
2、阐述光催化技术的重要性和gC3N4在光催化领域的研究意义。
光催化技术，作为一种高效、环保的能源转换方式，近年来受到了广泛的关注和研究。
该技术利用光能激发催化剂产生电子-空穴对，进而驱动氧化还原反应的发生，实现光能向化学能的转换。
这种技术不仅可以在太阳能利用、环境治理、有机物合成等领域发挥重要作用，而且对于推动可持续发展和绿色化学的发展具有重要意义。
在众多光催化剂中，石墨相氮化碳（gC3N4）因其独特的结构和性质，成为了光催化领域的研究热点。
gC3N4是一种非金属半导体材料，具有合适的禁带宽度、良好的化学稳定性和丰富的表面活性位点，这些性质使得gC3N4在光催化领域具有广阔的应用前景。
gC3N4的制备原料丰富、成本低廉，且制备方法多样，这为其在实际应用中的推广提供了有力支持。
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，
TiO_2半导体光催化反应器的研究进展
摘 要 光催 化氧化作为一种高级氧化技术 ， 在环境 污染控制方 面得到了较快 的发展。主要介绍 了 国内外 近年来有关 光催 化
反应 中其 反 应 器 的 设 计 与 研 究 进 展 情 况 ， 催 化 剂 在 反 应 器 中 的存 在状 态 分 类 论 述 了各 特 点 ， 及 反 应 按 以 器 在设 计 中存 在 的 问 题 和 今 后 发 展 的 方 向 。
ａ ｄ Ｃ ｅ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉｇ， ｏ ｇ ｉｇ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌｇｙ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ０ ｎ ｈ ｍｉａ ｇｉｅ ｒｎ Ｃｈ ｎ ｑ ｎ ｉｅｓｔ ｏ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ５ ）
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ： Ｔ ｈｅｐｈｏ ｏｃ ｔ ｌ ｔｃｏｘｉａ ｉ ｔ ａ ａ ｙ ｉ ｄ ｔｏｎ，ａ ｎｅ ｏ ｄｖ ｎｃ ｄ ｏ ｄａ ｉｎ ｅ ｈｎｉｕｅ， ｈ ｓ ｅ ｎ ｄ ｖ ｌ ｐｅ ｉ ｋ ｙ ｉ ｓ ｏ ｆａ ａ ｅ ｘｉ ｔｏ ｔ ｃ ｑ ａ ｂ ｅ ｅ ｅ ｏ ｄ ｑｕ ｃ ｌ ｎ
ｔ ｅｆ ｌ ｆｅ ｖｒ ｎ ｎ ｏｌ ｔ ｎ ｃ ｎ ｒ １ ｈ ｉ ｄ ｏ ｎ ｉ ｍｅ ｔｐ ｌ ｉ ｏ ｔｏ ．Ｂａ ｅｏ ｈ ｏ ｒ ｈｅ ｓｖ ｉ ｒ ｔ ｒ ｅ ｉｗ ，ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｅ ｏ ｕ ｏ ｓ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｎ ｉｅ ｌ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｖｅ ｔ ｈ ｓ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｄ —
环境污染与防治
第３ ３卷
第 ３期
２１ ０ １年 ３月
ＴＯ 半 导体 光催 化 反 应 器 的研 究 进 展 ＊ ｉ２
李 侃 徐 云 兰。 贾金 平
（ ＿ 海 交 通 大学 环 境 科 学 与工 程 学 院 ， 海 ２ ０ ４ ；． 庆 理 工 大 学 化 学 化 工 学 院 ， 庆 ４ ０ ５ ） １上 上 ０２０２重 重 ０ ０ ０
纳米TiO_2光催化反应器在污水处理中的研究进展
光 催化 氧化 作为 一种 高级 氧化技 术 ， 在污水 治理 领域得 到 较 快 的发 展 。 自从 ＦｉＩｍｎ提 出单 个 二 ｕｉｌ ８ｉ ｌ 氧化钛 （ ２晶体 能够 光分解 水 之后 ， ） ｎｏ 纳米 ＴＯ 就作 ｉ２ 为一种 重要 的功 能材料 开始 被人们 所 利用 ， 纳米 ｏ ｎ２ 光催化 技术是 一 种新型 高效 的废水 处 理技术 ， 化能 氧 力 强 ， 应条 件温 和 ， 备 简 单 ， 于控 制 ， 二 次 污 反 设 易 无
价带上 产生相 应 的 电子 一空 穴 ， 而 引 发 反应 ， 溶 从 水
平板型反应器的主体是涂覆催化膜 的平板 ， 反应
液 以薄膜状 流 经催 化 膜 ， 能够 达 到 较 高 的反 应 速 率 ，
收 稿 日期 ：０ ８ ｌ ６ ２ ｏ 一ｌ 一２
液中的光催化氧化反应 ， 在半导体表面失去的电子主
光催 化反应 器的设 计， 论 了光催 化反应器设计 中存在的 问题和在 污水处理 中的研 究进展 。 讨 关键 词 ： 光催化氧化 ； 纳米 中图分类号： ７３ ｘ ０ 反应 器； 污水处理 文章编号 ：０８ ３ ｌ２ｏ ）４ ０９ ４ ｌｏ —２ｏ （０８ｏ —０２ 一ｏ
文 献标码 ： Ａ
新 疆环境保 护 ２０ ，ｏ４ ：９ ２ ０ ８３ （） ２ —３
纳米 ＴＯ 光 催化 反 应 器 在 污 水 处 理 中 的研 究进 展 ｉ２
＇
●
王 灵 ， 荣 平 （ 纪 扬州大 环 学 境科学与 程学院， 工 江苏 扬州 ２ ｏ ） ２０ ５９
光催化研究进展
光催化研究进展TiO2光催化氧化研究进展tenj] 11 uv紫外綫2017/5/4 Thursdayxxxxxxxxxxxx目录摘要： (1)关键词： (1)概述： (1)1 TiO 2 光催化氧化机理 (2)2 光催化氧化降解有机物的机理. (2)3 应用 (3)3. 1 悬浮体系光催化氧化. (4)3. 2 固定相光催化氧化. (4)4 提高活性的途径 (5)4. 1 耦合半导体 (5)4. 2 金属沉积 (6)4. 3 离子修饰 (7)4. 4 加氧化剂 (8)4. 5 电化学辅助光催化. (9)4 结语 (10)参考文献 (10)摘要：探讨了TiO2 光催化氧化技术的原理,其研究现状, 以及可能提高TiO2 光催化氧化效率的途径。
关键词：光催化氧化二氧化钛有机污染物概述：世界范围内的环境污染问题越来越受到广泛关注, 各国政府对于有害物质的处理提出了更高的要求, 制定了更为严格的标准。
常规的一些方法由于种种原因, 效果尚不理想,难以单独应用。
因此, 发展新型实用的环保处理技术是非常必要的。
随着研究的深入, 人们发现半导体催化剂在太阳能储存与利用, 光催化转换及有机污染物的环境处理等方面，有着诱人的前景。
其中TiO2因其光稳定性和高效性而倍受人们青睐。
在诸如水和空气的纯化、细菌和病毒的破坏、癌细胞的杀伤、异味的控制、光解水产生氢气、固氮及石油泄露的清除等方面得到广泛应用。
尤其是多相光催化氧化法对环境中各种污染物的明显去除效果, 已引起世界关注。
1972年，Fuji shima 和Hondo报道了在光电池中光辐射TiO?可持续发生水的氧化还原反应，产生H2。
1976年S. N. Frank等将半导体材料用于催化光解污染物, 取得了突破性的进展。
光催化氧化法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染, 加之TiO2 化学稳定性高、无毒、成本低, 故TiO2 做催化剂的光催化氧化法是一种具有广阔应用前景的水处理新技术。
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g.c
非聚集太阳光系统的比较 ∀ 由于较小的照射表面积
采用线源的球形发射模式 o 入射辐射区域由下 式给出 }
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Λ
¨p ΛΒ §ξχ ρ n k ζ p ξχlu
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ห้องสมุดไป่ตู้ktl
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Β kt p Ρ ρ uΠρ ¯Ι º
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式中
Σ
ρλ
灯半径 灯壁上的辐射强度 是在反应器内被吸收的入射辐射
水银灯l的光催化氧化进行了研究 ∀ 流化床反应器 能更好地利用光源 o 易于实现对温 具有这样的优点 }
g.c
关键词 } ¬ u ~ 光催化氧化 ~ 光反应器 ~ 溶解氧 中图分类号 } zsv q 文献标识码 } 文章编号 } tsss p wysukusswlsw p ssvw p sw t
¶的几何结构对光催 l ∀ 试验结果表明 }
现了阶梯式反应器可以增强传质以及曝气可以将空 气中的氧作为氧化剂的特点 ∀ 它是采用德国达姆施 塔特 ϕ «° 股份有限公司生产的透明丙烯酸有机 玻璃k l制成的双片层渠道系统 k 通过在渠道末端交替地进行钻孔使得 tyryss p vul o 反应器内的水流以曲流方式流动 o 并在每个渠道的 层底安装多孔曝气管以提供气流 o 加强悬浮液的混 合程度 ∀ 这样每一个曝气的渠道都起到了一个小搅 拌池反应器的作用 o 并与其他渠道相结合构成了一 个高效率的阶梯式反应器 ∀ 可以在 s ∗ |sβ之 间进行安装 o 以优化水力状态并获得最佳的太阳光 照射 ∀ 对典型化合物二氯乙酸 k l 的降解 曝气不仅可以保持催化剂的均一分布而 试验表明 o 且还能够加速光催化反应 o 在日光灯或太阳光的照 射下比薄膜固定床反应器 k « ¬ ± p ¬ ¯° ¬ »¨ §p ¨ § ¨ ¤ ¦ · ² µo l 的降解率高 v ∗ tv 倍 ∀ 已成 功地用于经过生物预处理的纺织工业废水和洗车废 水的处理中 ∀ 杨阳等{ 设计了一种新型的浅槽型填充床光
从而获得较高的反应速率 ∀ 的浓度 o 是化工工业的生 k一种不可生物降解的化合物 o
实现了 ¬ 产染料l的工业应用中 o u 与处理水的分
并申请了一项 ¬ 离及回收利用 o u 快速沉淀工艺过 程的专利 ∀ 研究人员一直试图采用不同的工艺运行形式来 提高固定式系统内污染物向催化剂表面的传质速 率o 使其既能与悬浮式系统相媲美 o 而又无需进行催 化剂的分离 ∀
提高 ∆ Ο 浓度的反应器
通过向反应器内加入氧化剂以结合颗粒表面过
可抑制表面光生电子和空穴的复合 o 提高 剩的电子 o 光量子利用率 ∀ 氧化剂中最易获得 最经济和最有 效的电子受体就是分子氧 o 如何提高废水中的溶解 氧量将是光催化反应器设计的关键技术之一 ∀
为了促进有效界面上氧的转移 o« ¤ ± 等z 设计 体现了完全 ¬ ¦ « ¬ ± ¬ ¯° ¤ ¶ ¦ ¤ § ¨¨ ¤ ¦ · ² µo l o 混合式和推流式反应器的优点 ∀ 反应器的设计是采
光效率 能利用地球上总的 辐射 ~ 能利 用 地 球 上 总 的 辐 射 ~紊 流 状 能实现氧向液膜 的 有 效 转 移 ~不 高~ 紊流状态 o 无传质的限制 ~ 几乎是 闭 路 优点 无传质的限制 ~ 几乎是闭路系统 o 不 态o 需要从 净 化 水 中 分 离 ¬ u ~结 构 简 不存在污染物的挥发 系统 o 结构简单 ~ 投资少 存在污染物的挥发 ~ 单~ 投资少 层流状态而限制传质 ~ 存在挥发性污 大水量废水的处理需要 染物的挥发 ~ 缺点 不能防止催化剂的 大的催化剂面积 ~ 污染和经受天气变化的影响 只能利用直射的 辐射 k最大为地球 光效率低 ~ 需要从净化水中分离 ¬ u ~ 两轴 k方位角和高程 l 太阳光的 xs h l ~ 需 要 注 入 氧 o形 成 气 泡 ~需 要 添 加 太阳跟踪系统 ~ 光效率低 ~ 需要注入氧 o 大水量废水的处理需要大的反 u u ~ 形成气泡 ~ 需要添加 u u o 如果系统过 应器面积 热将导致泄漏和腐蚀 o 投资大
t u
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传送系数
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的分数 }
Αn t u nt u Β Β Αp t u n t t u u Α Η Λ Β Λ Ρ
利用对反应效率的影响 o 并列举了设计实例 ∀
光催化氧化反应器的设计远比传统的化学反应 除了涉及质量传递与混合 反应物与催化剂 器复杂 o 的接触 流动方式 反应动力学 催化剂的安装 温度 控制等问题外 o 还必须考虑光辐射这一重要因素 ∀ 目前已有多种形式的光催化氧化反应器应用于光降 同时也暴露出许多问题 开展了大量的工作 ∀
网
颗粒固定在载体上 k如反应器壁或尼龙丝网等l o 据 此可将相应的反应器形式称为悬浮式和固定式 ∀
筑龙
¨ ¬ ¶ ¨ ± 等u 针对典型化合物二氯乙酸k l的
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化反应器
用微波技术同时实现 ¬ u 和病菌的完全截留 ∀ 此 外o 膜对高分子物质的截留将增加其在光反应器内
¯ ¤ ±¦ ¨ ² 等w 在 进 行 非 均 质 催 化 剂 降 解 ³ p
中国给水排水
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光催化氧化反应器的研究进展
常 颖 o 王宝贞 o 王 琳o 缪 佳
k哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 o 黑龙江 哈尔滨 txss|sl
摘 要 } 详述了光催化氧化反应器的结构及催化剂存在形式 运行影响因素 太阳光能源的
¯ ¨ ¦ · ² µo lts 是使反应管的表面不但具有均匀的
而且还具有扩散辐射 o 因此能够最大限度 镜面反射 o 地利用照射在上面的太阳光 ∀
¤ µ µ ¤ 等tt 针对不可生物降解的氯代烃类溶剂 k l及 ³ p 进行了不同程度聚集太阳光和
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图
辐射源模式的几何尺寸
型o 并可设反射面以提高光能的利用率 ∀ 如薄膜固 定床反应器 k l 双层板反应器 k l 及抛 物线形槽反应器k l等 o 具体见表 t| ∀
光式和非聚光式两种 ∀ 聚光式反应器要求具有高光
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太阳能反应器及聚光系统
利用太阳光作为光源的反应器可设计成平板
¤ · °¤ ½ 等x 设计了一种新式的 ¬ u 光催化氧
降解分别进行了悬浮式 ¬ u 和固定式 ¬ u 液膜反 结果表明 }与 应器 k¯²º ¬ ¯° ¨ ¤ ¦ · ² µo l 研究 o 固定式催化剂反应系统相比 o 悬浮式系统能够获得 更高的 降解率 o 达到了固定式系统的 v 倍 o 这 是因为催化剂的固定限制了传质和降低了光催化活 性 ∀ 因此 o 如果能够通过固r液分离技术实现 ¬ u 颗粒与处理水的分离及回收利用 o 那么悬浮式反应 器将比固定式反应器有着明显 的 优 势 ∀ 为 此 o¬ 等
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涡流盘反应器k³ ¬ ±± ¬ ±ª ¬ ¶ ¦ ¨ ¤ ¦ · ² µo
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中国给水排水
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度的控制 o 在目标化合物和光催化剂间能实现良好 的接触 ∀ 试验过程中采用了两种不同类型的流化 一种是 的典型类型 o 另一种是内部带有导 床o 流 管 的 k µ ¤ © · ¸ ¥ ¨ ¯¸ ¬ § ¬ ½¨ § ¨ § ¨ ¤ ¦ · ² µo
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中国给水排水
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学精密度的反射镜 o 费用昂贵 o 而且设计复杂 o 并且 它仅利用了 照射的直射光部分 ∀ 而非聚光式反 应器既利用了 照射的直射光又利用了散射光 o 而且不需要昂贵的反射镜 o 结构简单 o 因此有着更大 的发展潜力 ∀ 复合抛物线形聚光器k²°³ ²¸ ±§ ¤ µ ¤ ¥ ² ¯ ¬ ¦² ¯
致使聚集太阳光照射的抛物线形槽反应器 k l的 而 聚光系统的降解速率约是抛物线 活性较低 o 形聚光器的 v 倍 ∀ 两个反应器对 ³ p 的去除率 为 tss h o 但 和 反应器所能达到的矿化程 这说明光解过程中中间体的 度分别为 xx h 和 zv h o 形成及反应动力学等问题取决于反应器的类型 ∀ 非 聚集太阳光照射的 反应器以其低廉的价格 高 的反应活性及不需要附加的冷却步骤以确保最佳的 反应温度成为当前太阳能利用技术中最好的方法 ∀
²² ¶ ¨ ²® 等y 采用流化床反应器k¯¸ ¬ § ¬ ½¨ § ¨ § ¨ ¤ ¦ · ² µo l对甲基橙在弱照射条件下ktx 低压
采用带有斜板和不带有斜板的沉淀池及微滤
膜继续进行了悬浮催化剂的分离研究 } 当进水的催 化剂浓度 x ª 通过沉淀 r ³ 在零电荷点附近时 o 在沉 作用可以对 ¨ ¸ ¶ ¶ ¤ ux ¬ u 实现高效分离 ~ ª 淀池内添加斜板可以减少沉淀面积 o 确保出水浓度
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还研究了另一种新型曝气阶梯式
表
光化反应器k¨ 体 µ ¤ · ¨ § ¤ ¶ ¦ ¤ § ¨ « ² · ² µ ¨ ¤ ¦ · ² µo l o
项目 薄膜固定床反应器k l
三种形式的太阳能催化反应器比较 双层板反应器k l 抛物线形槽反应器k l
按照光源照射方式的不同可将光反应器分为聚
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采用不锈钢曝气网实现了高效无动力 催化反应器 o
曝气 o 并且在浅槽内交错地安置挡板 o 显著地改善了 传质 o 从而提高了光催化反应的效率 ∀ 此种新型曝
加强了废水与光催化剂间的 反应器中的水流状态 o 气网联结多层结构的光催化反应器具有加工简单 操作容易 工程造价和运转费用低等特点 o 易于实现 工业化应用 ∀
化氧化反应的影响是可以忽略的 ~ 反应器内气体的 供给 o 不但可以用于催化剂颗粒的流化 o 而且还可以 消除光生电子 o 提高反应效率 ~ ³ 值是确定反应速 率的一个重要参数 o 在酸性条件下更有利于甲基橙 的降解 o 反应物的初始浓度越高将会减少光的穿透 o 从而降低光催化氧化的反应速率 ~ 催化剂的负荷存 在着一个最佳量 o 从而使催化剂的存在不对光的照 射产生屏蔽效应 ∀