Pt与TiO2光催化氧化还原耦合反应脱除水中无机氮
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物纳米TiO2光催化技术为一种有效的水体净化方法，可用于降解水体中的有机污染物。
本文将详细介绍纳米TiO2光催化降解有机污染物的原理、应用和未来发展趋势。
1. 简介水体污染是当前环境问题的重要方面之一，有机污染物的存在严重威胁水生态系统的健康和人类的生存。
因此，研究和开发高效的水体净化技术变得尤为重要。
纳米TiO2光催化技术凭借其高效、无毒、无副产物、易操作等优势，被广泛应用于水体净化领域。
2. 纳米TiO2光催化的原理纳米TiO2光催化技术是通过TiO2纳米颗粒的吸光吸收能量，形成带隙激发，产生电子和空穴对，进而参与化学反应。
在光照的作用下，纳米TiO2表面形成活性氧种，如羟基自由基和超氧阴离子自由基等，这些活性氧种具有较强的氧化能力，可将有机污染物分解为无害的物质。
3. 纳米TiO2光催化应用案例纳米TiO2光催化技术在水体净化领域有着广泛的应用。
以染料为例，纳米TiO2光催化技术可将有机染料降解为无色的无害物质。
此外，纳米TiO2光催化技术还可用于降解苯酚、有机酸类、农药等有机污染物。
这些应用案例充分展示了纳米TiO2光催化技术在水体净化中的潜力和优势。
4. 纳米TiO2光催化的改进方向虽然纳米TiO2光催化技术具有广泛的应用前景，但仍然存在一些问题需要解决。
首先，纳米TiO2材料的光催化效率仍有提升空间，需要进一步改进催化剂的结构和合成方法。
其次，纳米TiO2光催化技术受光照强度、温度等外部条件的影响较大，需要优化反应条件以提高降解效率。
此外，考虑到纳米TiO2颗粒对环境的潜在风险，还需要研究纳米TiO2的生物降解性以及对水生态系统的影响等问题。
5. 结论纳米TiO2光催化技术作为一种高效、环保的水体净化方法，具有重要的应用前景。
通过对纳米TiO2的研究和改进，可以进一步提高光催化降解有机污染物的效果，为水体净化事业做出更大的贡献。
未来，纳米TiO2光催化技术有望成为一种重要的工程应用，为改善水环境质量和保护生态环境做出积极的贡献。
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展摘要：介绍了光催化氧化的机理,就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在降解废水中有机污染物、无机污染物以及饮用水处理中的研究进展进行了阐述,提出了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛,光催化氧化,水处理,研究进展光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术。
1972年,Fu- jishima和Honda[1]报道了在光电池中光辐射TiO2可持续发生水的氧化还原反应,标志着光催化氧化水处理时代的开始。
1976年, Carey等[2]在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
此后,光催化氧化技术得到迅速发展。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点,在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势,是一种极具发展前途的水处理技术,对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
1TiO2光催化剂的特性及光催化氧化机理TiO2有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。
同样条件下,锐钛矿型的催化活性较好。
在众多光催化剂中,TiO2是目前公认的最有效的半导体催化剂,其特点有:化学性质稳定,能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分,氧化还原性极强,耐酸碱和光化学腐蚀,价廉无毒。
目前对光催化的机理研究尚不成熟,一般认为光催化氧化法是以N型半导体的能带理论为基础。
TiO2属于N型半导体,其能带是不连续的,在充满电子的低能价带(VB) 和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带,带隙能为3.2 eV,光催化所需入射光最大波长为387.5 nm。
当λ≤387.5 nm 的光波辐射照射TiO2时,处于价带的电子被激发跃迁到导带,生成高活性电子(e-),同时在价带上产生相应的空穴(h+),从而形成具有高度活性的电子/空穴对,并在电场作用下分离,向粒子表面迁移,既可直接将吸附的有机物分子氧化,也可与吸附在TiO2表面的羟基或水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·OH。
紫外光原位还原法制备Pt／TiO2及其光催化性能研究
Ｔｉ 。 Ｏ 光催 化 技术 在环 境污染 治 理方 面有 着广 阔 的应用 前 景 。为 了提高 Ｔ Ｏ ｉ 光催 化剂 的光催 化活 性 ， 方 一 面 ， 高光生 电子 一空 穴 的分离 效率 ， 制 电子 一空穴 的重 新 结 合是 提 高 光催 化 剂 量子 效 率 的关 键 ； 一 方 提 抑 另 面， 可通 过改 性使 催化 剂 吸收波 长 向长波 方 向移动 ， 扩 大 自然 可 见光 的利 用效 率 。以往 的研 究 表 明 ， 子 来 离 掺 杂ｌ ］ 贵金 属表 面沉 积［ 、 导 体复 合［ ． 等 改性 措 施 均 是 提高 光 催 化 剂 活 性 的有 效 方 法 。贵 金 属 表 ２、 半 。 １１ ２３ ３
备 简单 ， 转化 效 率高 ， 反应 条件 温 和等优 点 。制备 Ｐ ／ Ｏ ｔＴｉ 的方法 主要 有光 催化 沉 积法 ［ 离子 溅射 法 ｌＪ 、 】 和 。 溶 胶凝 胶法 ［］ 。光催 化 沉积法 在 温和 的反 应条 件下 就能 完成 ， 一种 制备 Ｐ ／ ０。的重要 方 法 。本文 以 ”等 是 ｔＴｉ 商 用 Ｐ ５Ｔｉ 米粒 子为 载体 ， ２ Ｏ 纳 氯铂 酸 为前 驱体 ， 甲醇 为空 穴捕 获 剂 ， 采用 紫 外 光原 位 还原 法 在 Ｔｉ ｚ 米 Ｏ 纳 粒 子表 面沉 积 贵金属 Ｐ ， 备 出担 载 型 Ｐ ／ （ 光催 化 剂 。并采 用 Ｘ ｔ制 ｔＴｉ １ ） ＲＤ、 ＤＳ等对 材 料进 行 了 物性 表征 及 Ｅ
阳 （９ ３ ）男 ， 龙 江 齐 齐 哈 尔 人 ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 光 催 化 剂 的 研 究 。 １８ 一 ， 黑 硕 主
光催化去除水中污染物的机理和影响因素
光催化去除水中污染物的机理和影响因素光催化去除水中污染物是一种新兴的环境治理技术，该技术利用催化剂吸收光能，将光能转化为催化活性，进而使水中有害物质发生氧化还原反应，从而达到去除水中污染物的目的。
本文将重点探讨光催化去除水中污染物的机理和影响因素。
一、光催化去除水中污染物的机理光催化去除水中污染物的机理是基于催化剂表面的化学反应。
当催化剂被光照射时，其表面会发生氧化还原反应，并使水中污染物得到氧化分解。
催化剂的表面是化学反应的主要场所，因此，其表面的物理和化学性质非常重要。
常见的催化剂包括TiO2、ZnO、Fe2O3等，其中TiO2是最常见最有效的光催化剂之一。
具体来说，光催化反应是由催化剂表面吸收光能，激发催化剂表面的电子，使之跃迁到导带中，产生电子空穴对。
电子空穴对的形成是光催化反应的关键步骤。
随后，电子空穴对将在催化剂表面漂移，与水中的溶解氧或OH-等合成·OH自由基，这种自由基是一种高度氧化能力的一氧化碳活性物质，具有极强的氧化能力，可以使有机污染物分解为低分子化合物。
当污染物分解为较小的分子后，这些化合物就可以安全地被分解和清除。
二、光催化去除水中污染物的影响因素1. 光催化剂的物性催化剂的物性是影响光催化活性的重要因素。
首先，催化剂的晶型会影响其光催化活性。
通常而言，具有高晶质性和良好晶格结构的催化剂会表现出更好的光催化活性。
此外，催化剂的比表面积也会对光催化活性产生重要影响。
催化剂比表面积越大，百万分之一的催化剂就能够吸收更多的光能并催化污染物的分解。
2. 光源的性质在光催化反应中，光源的性质也是影响光催化效果的重要因素。
光源的波长和强度直接影响催化剂吸收光的能力。
因此，常用的高压汞灯、钠灯、氙灯等具有不同的波长，适用于不同的催化剂。
包括紫外线、可见光和红外线，都有可能成为合适的光源，但在选用时需要根据环境及污染物的特性进行选择。
3. 反应条件反应条件如温度、PH值等也对光催化活性产生着重要影响。
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题摘要：本文主要介绍光催化氧化反应机理、及其在处理染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水、含表面活性剂废水等方面的应用, 并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。
关键词：光催化氧化氧化技术1 前言随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。
目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染, 水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。
当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟,易于大规模工业化应用的优点。
然而,这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。
这不可避免地带来废料和二次污染, 而且适用范围有限, 成本也比较高。
近年来, 有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法, 即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。
因此, 开发能将各种化学污染物降解至无害化的实用技术（尤其是污水处理和空气净化）成为各国科研工作者的重要研究内容。
光催化氧化技术（ Photocatalytic Oxidation ）是一种高级氧化技术（ advanced oxidation process,AOP）。
光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基, 该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2 等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和, 反应设备简单, 二次污染小，操作易于控制, 催化材料易得, 运行成本低, 可望用太阳光为反应光源等优点, 因而近年来受到广泛关注。
1972 年, Fujishima 等在《Nature 》上发表了“ Electrochemical potolysis of water at asemiconductor electrode ”一文, 揭开了光催化氧化技术的序幕。
1976 年, Cr aey [ 4] 等发现，在TiO2光催化剂存在的条件下，多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解•这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能, 同时也为治理环境污染提供了一种新方法，立即成为半导体光催化研究中最为活跃的领域。
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用
TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用摘要：近年来，随着环境问题的日益突出，废水处理成为了重要的课题之一。
光催化技术由于其高效、环保的特点，被广泛应用于废水处理领域。
其中，钛白粉（TiO2）光催化反应被认为是一种非常有效的方法。
本文从TiO2光催化反应的基本原理、反应机制和影响因素等方面进行了探讨，并详细介绍了其在废水处理中的应用。
一、引言随着工业化进程的不断加快，废水排放问题日益严重。
废水中含有大量的有机物、重金属离子等污染物，不仅对水体生态环境造成了严重的破坏，也对人类的健康产生了潜在的危害。
因此，如何有效地处理废水成为了亟待解决的问题。
光催化技术由于其高效、环保的优势，被广泛应用于废水处理领域。
其中，TiO2光催化反应因其低成本、易得性和良好的稳定性等特点，成为了研究的热点之一。
二、TiO2光催化反应的基本原理TiO2光催化反应是指在紫外光照射下，通过激发TiO2表面的电子，产生一系列氧化还原反应，最终实现有机污染物的降解。
TiO2光催化反应的基本原理可以归结为：1) 紫外光照射下，TiO2表面的电子被激发至导带，形成自由电子和空穴；2) 自由电子和空穴在TiO2表面进行氧化还原反应，产生一系列高活性氧化物种，如羟基自由基、超氧自由基等；3) 这些高活性氧化物种与有机污染物发生反应，使其降解为无害物质。
三、TiO2光催化反应的反应机制TiO2光催化反应的反应机制主要包括两个方面：1) 高活性氧化物种生成机制；2) 有机污染物的降解机制。
高活性氧化物种生成机制为：当TiO2表面的电子被紫外光激发，会形成自由电子和空穴。
自由电子在TiO2表面与氧分子发生反应，生成氧化还原活性物种，如羟基自由基；空穴则与水分子发生反应，产生羟基自由基和超氧自由基。
有机污染物的降解机制为：高活性氧化物种与有机污染物发生反应，形成过渡产物，并经过一系列反应逐步降解为无害物质。
光催化
摘要光催化氧化技术是一种新型的高级氧化技术,本文系统介绍了光催化剂的制备方法,探讨了各种因素对光催化反应的影响,综述了光催化技术在环境保护卫生保健自洁玻璃,特别是在光催化功能型涂料等方面的应用 ,提出了光催化技术的发展方向和值得注意的问题。
关键词:光催化 ; 二氧化钛 ; 制备 ; 环境保护 ; 光催化涂料引言1972年Fujishima和Hongda在《Nature》上发表了关于在TiO电极上光解2水的论文，这是多相光催化研究开始的标志之一。
此后人们从各个领域对TiO光2催化行为进行深入的研究，探讨其光催化原理,并致力于提高光催化效率。
1976年Carey[1]等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作，显示出光催化技术在环保领域的应用前景。
虽然光催化的原理并不十分清楚，但是利用光催化反应的研究非常活跃，目前光催化去除和降解污染物成为其中最活跃的一个研究方向，并开发了一系列光催化产品。
1. 光催化剂的制备方法1 . 1光催化剂的类型常见的单一化合物光催化剂多为金属氧化物或硫化物,如TiO2、ZnO、ZnS、CdS及PbS等,它们对特定反应具有突出优点。
如CdS半导体带隙能较小,与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性能,因此可以很好地利用自然光能,但它容易发生光腐蚀,使用寿命有限相对而言, TiO2 的综合性能较好,是研究中采用最广泛的单一化合物光催化剂。
当两种或两种以上半导体材料复合时,催化活性可能会显著改观。
研究采用的此类复合光催化剂还有WO3 /Ti O2、MoO3 /Ti O2、SiO2 /TiO2与ZrO2 /TiO2等。
Choi等[ 2 ]广泛研究了各种金属离子掺入量子尺寸的Ti O2后对催化活性的影响,发现掺入少量的Fe (Ⅲ)、Mo (Ⅴ)、Re (Ⅴ)或Os (Ⅲ)时对氯代烷烃的光催化降解能力明显增强。
1 . 2纳米TiO2的制备方法TiO2光催化剂的制备方法很多,德国Degussa公司发明的气相合成法,采用气相氢氧焰水解法(Aer osil法)制备纳米级TiO2 ,并被应用于工业生产中,该法具有原料易得,可挥发,易水解,易提纯,产品无需粉碎,物质的浓度小,生成的粒子凝聚少,气相产物的表面整洁、纯度高,易控制粒径得到不同比表面积或不同晶型的系列产品等优点。
TiO2光催化原理和应用
TiO2光催化原理和应用WORD格式整理一.前言在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。
根据世界卫生组织的估计，地球上22%的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。
长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害,世界范围内每年大概有200万人由于水传播疾病死亡。
水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。
常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。
包括我国在内世界范围内广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。
臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。
这些缺点限制了它们的应用范围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。
自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太阳光的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。
这种光合作用是一系列复杂代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。
光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。
光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。
直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。
直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。
间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。
半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。
半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。
耦合脱氮机制
耦合脱氮机制耦合脱氮技术是一种通过电化学方法去除废水中氮的技术，具有较高的脱氮效率和能耗低的优点。
耦合脱氮技术基于硝化作用和还原作用，将氨氮逐步转化为氧化亚氮和氮气，从而达到废水脱氮的目的。
本文将对耦合脱氮机制进行详细介绍。
一、电化学势耦合机理电化学势耦合机理是耦合脱氮技术的核心机理，它基于负极氢氧化过程和正极氧化过程相互作用，既可以使氨氮被氧化为氧化亚氮，又可以使氧化亚氮被还原为氮气，从而实现废水脱氮。
其基本反应式为：负极反应：2H2O+2e-→H2+2OH- （氢气释放和氢氧化物阴离子形成）正极反应：NO3-+2H+→NO2-+ H2O，NO2-+H+→NO+H2O，NO+2e-→NO2-（硝酸盐还原过程）硝化作用和还原作用是氨氮被脱除的关键反应，电子的流动是使氨氮转化为氧化亚氮的基本机制，当电子在阳极区进入水中时，氨基离子被氧化成氧化亚氮，而电子在阴极区进入水中时，氧化亚氮还原成氮气。
这种机制可以引发多种反应通路，最终达到耦合脱氮的目的。
二、电位和电流密度的影响电位和电流密度是影响耦合脱氮技术效果的主要因素。
根据文献研究和试验结果，较低的电位和电流密度能够显著提高氮的去除效率。
首先，较低的电位可以抑制硝化作用，使得氨氮更容易被还原成氮气。
其次，在电位为-0.30～-0.80 V时，电流密度变化对氮的去除效率影响较小，即采用较低的电流密度仍能实现较高的氮去除效果。
此外，电位和电流密度的变化也会改变电极表面生成的反应产物，进而影响氨氮的去除效率。
过高的电位和电流密度会抑制氢气生成，使电极表面产生大量氧化损害，降低催化性能和氮的去除效率。
因此，在实际应用中需根据废水的特点和处理要求选择适宜的电位和电流密度。
三、耦合脱氮机理衍生反应耦合脱氮机理衍生反应也是耦合脱氮技术的重要研究方向之一。
机理衍生反应是指在电化学过程中产生的中间体或活性物质通过参与另一种或多种反应，实现废水净化的过程。
部分常研究的耦合脱氮机理衍生反应如下：1. 生物降解反应：由于氨氮浓度减少，生物降解过程受到影响，细菌的数量也会相应减少。
TiO2光催化氧化降解偶氮染料
有机 或无 机废 水 ．近 年来 ，人 们对 以半导 体 为催化 剂 处理 印染 等含有 机 物废 水 的可行 性进 行 了广 ，
泛 的研 究ｕ Ｊ ．
半 导体光 催化 反 应体 系 中 ，影 响染料 光催 化 降解速 率 的 因素有 很多 ．本文 考察 了催 化剂 、光
源 、溶液 初始 浓度 和溶 液 ｐ 值 等 因素 对 光催化 氧 化 降解 甲基橙 （ Ｈ ＭＯ，Ｍｅ ｙ Ｏｒｎ ｅ ｔ ｌ ａ ｇ ）反 应的 ｈ
影 响 ，研 究 甲基橙 在不 同条件 下 的 降解 情况 ．
１ 实验 部 分
１１仪 器与试 剂 ． 仪器 ：２ ０ Ｐ ８ ２ Ｃ紫 外一 可见 分光 光度 计 （ 上海 Ｕ Ｃ 公司 ） Ｓ １ Ｓ型 电子 分析 天平 （ 京 ＮＩ Ｏ ，Ｂ ２ ０ 北
圳新世纪饮水科技有限公司） Ｈ 一Ｂ型数字型酸度计 （ ，Ｐ Ｓ３ 江苏电分析仪器厂） ．
试 剂 ：双 氧 水 ， 甲基橙 ，盐酸 ，氢 氧化 钠 ，二氧 化钛 ．以上 试剂 均 为分析 纯 ．
收稿 日期 ：２０ － １１ ０ ８０ —９
基 金 项 目 ：温 州 大 学 校 级 科 研 项 目 （０ ６ ０ ５ ２０ Ｌ １）
作者简介 ：程天行 （９ ０ ） １ ８一 ，男，浙江温 州人，助教，硕士研 究生 ，研 究方 向：水污染控制
维普资讯
２ ０
１２ 分 析 方 法 ．
温 州大学学报 ・ Ｉ 自然科学版 （ ０ ） ２ ２ ８ 第 ９卷第 ４ ０ 期
反应 器容 积为 ５ ０ ，放 置 于恒温 磁力 搅 拌器 ，将 已配 制好 的一定浓 度 的 甲基橙标 准 溶液及 ０ ｍｌ
TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究
TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究摘要：近年来，由于工业活动和汽车尾气的排放，大气中的氮氧化物（NOx）浓度急剧增加，给人们的健康和环境造成了严重威胁。
因此，寻找高效、环境友好的NOx去除方法具有重要意义。
其中，光催化技术由于其高效、低成本和无二次污染等特点而备受关注。
TiO2作为一种重要的光催化材料，其光催化性能可以通过改性来进一步提升。
本文综述了TiO2的几种常见改性方法，并重点介绍了改性后的TiO2在光催化去除NOx中的应用和相应的机理研究。
关键词：TiO2，改性，光催化，NOx，机理1. 引言大气中NOx的来源主要包括工业排放、汽车尾气和燃料燃烧等。
NOx对人体健康和环境造成了严重威胁，如导致呼吸系统病变、光化学烟雾和酸雨的发生等。
传统的NOx去除方法包括吸收、氧化和催化还原等，但存在着成本较高、操作复杂和生成二次污染物等问题。
相比之下，光催化去除NOx技术具有高效、低成本和无二次污染等特点，因此备受关注。
2. TiO2的常见改性方法TiO2的改性可以通过不同的方法进行，如掺杂、复合和表面修饰等。
其中，掺杂是指通过将其他金属或非金属元素掺入TiO2晶格中来改变其物理和化学性质。
复合则是将其他纳米材料与TiO2进行混合，形成复合光催化材料。
表面修饰是指通过在TiO2表面引入功能性物质，如金属氧化物、有机染料和聚合物等。
这些改性方法可以提高TiO2的光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，进而提高其去除NOx的效率。
3. TiO2改性在光催化去除NOx中的应用通过改性，TiO2的光催化性能可以得到明显提升，进而应用于光催化去除NOx反应中。
以掺杂为例，金属离子（如N、Fe、Ag等）的掺杂可以改变TiO2的能带结构，增强其光吸收能力，并提高光生电子-空穴对的分离效率。
复合材料（如TiO2/SiO2、TiO2/ZnO等）的制备能够形成异质结构，提高光生电子-空穴对的利用效率，并增强光催化活性。
《TiO2光催化处理水中难降解有机污染物及环境风险研究》
《TiO2光催化处理水中难降解有机污染物及环境风险研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，难降解有机污染物（如染料、农药等）在水中不断积累，给环境和人类健康带来了严重的威胁。
传统的水处理技术如物理吸附、生物降解等方法对这类有机污染物的处理效果有限。
因此，开发高效、环保的污水处理技术成为当前研究的热点。
TiO2光催化技术因其高效、无二次污染等优点，被广泛应用于处理难降解有机污染物。
本文将探讨TiO2光催化处理水中难降解有机污染物的效果及可能存在的环境风险。
二、TiO2光催化技术概述TiO2光催化技术是一种利用光激发TiO2产生电子-空穴对，进而与水中的有机污染物发生氧化还原反应的技术。
TiO2具有较高的化学稳定性、无毒、成本低等优点，在可见光和紫外光的照射下均能表现出良好的光催化性能。
该技术可将有机污染物分解为小分子化合物，最终转化为无害物质，实现污染物的降解和水的净化。
三、TiO2光催化处理难降解有机污染物1. 处理效果：研究表明，TiO2光催化技术对多种难降解有机污染物均具有较好的处理效果。
如染料、农药等有机污染物在TiO2光催化作用下，能够迅速被降解为小分子物质，甚至完全矿化为CO2和H2O。
此外，该技术还能有效去除水中的重金属离子和其他有毒物质。
2. 影响因素：TiO2光催化的效果受多种因素影响，如光照强度、pH值、催化剂浓度等。
适当调整这些因素可提高光催化效率。
此外，催化剂的制备方法、粒径大小等也会影响其光催化性能。
四、环境风险研究1. 安全性：TiO2光催化技术作为一种环保的水处理方法，其产生的二次污染较少。
但在实际应用中，仍需关注催化剂的脱落和流失问题，以防止其对环境和生态造成潜在的危害。
2. 生态风险：尽管TiO2光催化技术能有效降解水中的有机污染物，但在处理过程中可能产生一些中间产物，如自由基等。
这些中间产物可能对水生生物产生一定的毒性，从而对生态环境造成潜在的风险。
因此，在应用TiO2光催化技术时，需关注其生态风险评估和监测。
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光催化原理
tio2光催化原理
TiO2光催化作用是指利用二氧化钛（TiO2）作为催化剂，在
紫外光或可见光照射下，产生光生电子和光生空穴，从而产生一系列光化学反应的过程。
具体的光催化原理如下：
1. 紫外光或可见光照射下，TiO2表面的价带顶部电子会被能
级较高的光子激发，从价带向导带跃迁，形成光生电子，同时产生光生空穴。
2. 光生电子具有很高的还原能力，可与氧气或水中的氧还原剂发生反应，从而产生氢氧离子或超氧自由基等活性氧物种。
3. 光生空穴则具有很高的氧化能力，能与水中的水分子发生反应，产生羟基自由基（•OH），这是一种强氧化剂，可对有机
污染物进行氧化降解。
4. 光生电子和光生空穴还会在TiO2表面进行寿命较短的复合
反应，产生一系列高级氧化物种（如过氧化氢、过氧硫酸根离子等），进而参与光化学反应。
5. 这些高级氧化物种可与有机污染物发生氧化、光降解等反应，将有机污染物分解为无害的小分子或低毒化合物，从而起到净化水和空气环境的作用。
通过控制光照强度、催化剂的类型和剂量、溶液pH值等条件，可以调节TiO2光催化反应的速率和效果。
此外，TiO2光催化
也具有无需添加外部化学试剂、操作简单、无二次污染等优点，因此在环境净化、光催化降解有机废水、大气污染治理等方面具有广泛的应用前景。
水的深度处理——光催化氧化技术
光催化氧化技术在水处理领域应用进展及存在问题摘要:光催化氧化技术是近几十年来发展起来的一项深度氧化(AOP)污染治理新技术，因其具有降解彻底、无二次污染等优点而倍受人们的瞩目。
本文介绍了光催化氧化的机理，阐述了光催化氧化技术在降解水中有机污染物、无机污染物及饮用水净化和垃圾渗滤液处理中的研究进展，对光催化氧化技术的研究前景进行了展望，并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。
关键词: 二氧化钛TiO2,光催化氧化,水处理,研究进展,存在问题光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术。
1972 年，Fujishima和Honda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，标志着光催化氧化水2处理时代的开始。
1976 年,Carey 等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
此后，光催化氧化技术得到迅速发展。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点，在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术，对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
一、光催化降解水中污染物的作用原理光催化降解技术中，通常是以TiO2 等半导体材料为催化剂。
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，价带和导带之间存在禁带，当用能量等于或大于禁带宽度的光照射到半导体时，价带上的电( e-) 被激发跃迁到导带形成光生电子( e- )，在价带上产生空穴( h+ )，并在电场作用下分别迁移到粒子表面。
光生电子( e-) 易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴因具有极强的获取电子的能力而具有很强的氧化能力，可将其表面吸附的O 分子氧化成·OH 自由基，·OH 自由基几乎无选择地将水中有机物或OH-及H2有机物氧化，其反应机理如下:TiO2+hv→h++e- h++e-→E H2O→H++OH- h++OH-→·OH h++H2O+O2-→·OH+H++·O2- h++H2O→·OH+H+ e-+O2→O2-·O2-+H+→HO2· 2HO2·→O2+H2O2 H2O2+·O2-→·OH+OH-+O2 H2O2+hv→2·OH Organ+·OH+O2→CO2+H2O+其他产物 M n++ne-→M 由上述反应可见, TiO2 光催化氧化降解有机物实质上是一种自由基反应。
TiO2光催化剂在废水处理中的应用及研究进展
贵州师范大学学报（ 自然科学版） JournaI of Guizhou NormaI University（ NaturaI Sciences）
VoI. 22. No. 2 May 2004
文章编号：1004—5570（2004）02 - 0115 - 04
Reviews of application and progress in research of TiO2 photo catalysis in wastwater treatment
LIU Jian-hua，LIAO Li-Iing
（ SchooI of Physics and Chemistry，Guizhou NormaI University，Guiyang，Guizhou 550001，China）
有资料报道，在低光强下速率与光强成线性关 系，中等强度的光照下，速率与光强的平方根有线 性关系。Yinzhang 等［11］认为：上述关系可能与自 由基的产生有关，随着辐照增加，一方面电子与空 穴数量增加，电子与空穴复合数量也增加，另外产 生的自由基会发生反应生成 H2 O2 ，而 H2 O2 与有机 物反应速率比自由基要慢得多。 3. 5 反应温度和溶液 pH 值
近年来科学家们对阳离子蓝xgrrl等染料废水的光催化降解研究发现低浓度时速率与浓度存在正比关系当反应物浓度增加到一定的程度时随浓度的增加反应速率有所增大但不成正比浓度到了一定的界限后将不再影响反应速率10光强及反应器有资料报道在低光强下速率与光强成线性关系中等强度的光照下速率与光强的平方根有线性关系
5. 1 TiO2 光催化剂表面修饰 通过 TiO2 光催化剂表面修饰可降低电子 - 空
穴的复合速率，延长荧光衰减寿命，最重要的是窄 化其能带结构，可以使太阳光的利用率由百分之几 提高到百分之几十。
二氧化钛光催化剂掺杂改性的研究进展
二氧化钛光催化剂掺杂改性的研究进展张卓磊;王罗春;朱孟奇;武文燕;邢灿【摘要】半导体材料TiO2作为光催化剂得到了广泛的研究和应用.介绍了TiO2光催化反应机理以及光催化剂掺杂改性的研究进展,包括金属离子、非金属以及金属/非金属共掺杂,并且指出了TiO2光催化剂改性的研究热点和研究方向.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2013(029)001【总页数】5页(P92-96)【关键词】TiO2光催化剂;掺杂改性;金属/非金属【作者】张卓磊;王罗春;朱孟奇;武文燕;邢灿【作者单位】上海电力学院环境与化学工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】O643.321972年，FUJISHMA A发现锐钛矿型纳米二氧化钛(TiO2)微粒在紫外光照射下能使水持续光解生成氢气和氧气［1］;1976年，CAREY J H等人首先采用TiO2光催化降解难降解的有机化合物联苯和氯代联苯［2］.由此，有关TiO2等半导体光催化剂的研究成了近30年来材料化学以及环境科学领域的热点.TiO2半导体光催化剂具有催化活性高、化学性质稳定、禁带宽度合适、环境友好、成本低廉，以及对有机物降解无选择性等特点，被广泛地应用于有机污染物的光催化降解、太阳能电池的组装，以及光分解水制氢气或氧气等领域的研究［3，4］.但是TiO2由于其禁带宽度的限制，只能利用太阳光中的紫外线部分，因此对TiO2光催化剂进行掺杂改性，使其对太阳光的响应范围拓展至可见光区，成为近年来光催化研究的热点.1 TiO2光催化反应机理在自然界中，TiO2主要以锐钛矿、金红石和板钛矿3种晶型存在.板钛矿是煅烧过程中锐钛矿向金红石相转化的一个过渡相，在自然界中的量很少，因此对其的研究也极少.锐钛矿型TiO2的光催化活性高于金红石相TiO2，但也有研究指出，含有少量金红石相的锐钛矿TiO2具有更高的活性［5，6］.锐钛矿型 TiO2 的禁带宽度为 3.2 eV，其能量相当于波长为387.5 nm的紫外光，当所用能量等于或者大于禁带宽度的光照射，即要在紫外光的激发下才能显示催化活性.TiO2的光催化特性是由其特殊的能带结构决定的.在紫外光的作用下，TiO2的价带电子被激发到导带，产生高活性的电子-空穴对，电子-空穴对转移到本体表面后能被不同的点捕获，进而使空气中的氧及水活化产生活性氧自由基和(OH·)自由基，与H+作用生成自由基，自由基和OH·自由基羟基具有很高的反应活性，当污染物吸附于基表面时，就会与自由电子和空穴结合，发生氧化反应，从而分解污染物［7］.光催化剂表面的光催化反应基本包括以下4个步骤［8］:(1)光激发催化剂表面形成电子-空穴对;(2)电子-空穴对可以有效分离;(3)电子-空穴对在催化剂表面与被吸附物质发生氧化还原反应;(4)光催化剂表面产物发生脱附与再吸附.2 TiO2光催化剂的掺杂改性单纯的TiO2光催化剂因其禁带宽度的限制，只有在紫外光的照射下才能显示较好的催化活性.然而在到达地球的太阳光中，紫外光能量仅占4%左右，而可见光能量约占45%.因此，如何提高TiO2的光催化活性、拓宽其对太阳光的响应范围具有重要的应用价值.依据光催化的反应机理，提高TiO2光催化剂的催化效率主要有两个方面:一是抑制光生电子-空穴对的重组以提高电荷分离的效率，进而提高光催化效率;二是通过拓宽光催化剂的光谱响应范围，将光催化从紫外光拓展至可见光区，以提高太阳光的有效利用率.目前，改善TiO2的光催化性能主要有以下两个途径:(1)场效耦合即从光生载流子的波粒二象性出发，在反应体系中引入热场、电场、微波场、磁场等附加外部能量，在光催化反应条件下将外部能量与光场耦合叠加并直接作用于半导体光催化剂;(2)改性修饰即从催化剂的制备出发，用化学改性修饰催化剂，如光敏化、贵金属或金属氧化物的沉积、半导体的复合、离子的掺杂等［9，10］.此外，光催化反应器的合理设计也相当重要，光催化反应器的设计会影响光催化反应的传质和传热过程.2.1 非金属元素的掺杂对非金属元素掺杂的研究主要集中在元素周期表中氧附近的元素，如B，C，N，S 等.非金属元素的掺杂一般是在TiO2中引入晶格氧空缺，或部分氧空位被非金属元素取代，使TiO2的禁带窄化，从而拓宽其对光的响应范围.非金属元素C和N掺杂的研究较多.GAO Hongtao等人［11］用钛酸四丁酯作为沉淀剂合成了N-TiO2纳米晶体.研究表明，阴离子N的掺杂能够降低TiO2的禁带宽度(其禁带宽度为2.92 eV)，激发较长波长的光，加强可见光区域的光催化活性.YUN Hyeongjin 等人［12］通过溶胶-凝胶法合成C-TiO2纳米颗粒，通过在7～11的范围内调整pH值，来控制C的掺杂量;C-TiO2纳米颗粒由于较低的带隙能和光敏化的协同效应，能加强光激发以提高可见光的光催化活性，在长波长(甚至超过600 nm)可见光辐射下具有明显的光催化活性，与N-TiO2相比具有较强的优势，原因主要是C元素不具有光敏化的效果.另外，管耀华等人［13］研究了B掺杂对TiO2光催化性能的影响，以硫酸钛和硼酸为前驱体，通过水热法合成具有高可见光催化活性的B掺杂TiO2，当B的掺杂量为0.003 mol/L时，在汞灯(紫外光)和氙灯(太阳光)照射下降解甲基橙溶液，其光催化活性最高，比纯TiO2催化效果好，特别是在可见光区域.孙海身等人［14］用水热法合成S掺杂的纳米TiO2，从保温时间、pH值，以及表面活性剂的影响等方面来研究S-TiO2光催化性能.研究表明，S-TiO2能延长保温时间，有助于晶体的增长，且晶型的发育良好，但是当反应物消耗完后，随着保温时间的延长，晶体颗粒开始变大，不利于光催化活性的提高.实验结果表明，最佳保温时间为6 h，pH值为3时晶体颗粒较小，催化活性较高.为了得到分散性好的纳米颗粒，添加表面活性剂，聚乙二醇的含量为0.03%的S-TiO2样品，其吸收边缘逐渐向长波长方向移动，光催化效果较好.2.2 金属离子的掺杂2.2.1 金属离子掺杂机理过渡金属离子、稀土金属离子、贵金属离子和无机离子以及其他离子的掺杂均可有效改善催化剂的催化性能.研究表明，将金属离子引入TiO2晶格中，可在其禁带中引入杂质能级，减小禁带宽度，使价带中的电子接受波长较长的光激发后，先跃迁到杂质能级，通过再次吸收能量，由杂质能级跃迁至导带，这样就降低了受激所需的能量.适当的离子掺杂可以加强TiO2在可见光范围的扩展程度和吸收强度，使其可见光活性得到提高.可掺杂的金属种类很多，在研究过程中发现，金属掺杂量的确定非常重要，适量的金属阳离子掺杂能有效地阻止电子-空穴对的重组，而过多的金属阳离子会在光催化剂表面形成新的重组中心，反而不利于光催化反应.M/TiO2光催化降解有机污染物的基本反应式(M 代表金属离子)如下［15］: (1)激发(2)吸附(3)重组2.2.2 过渡金属掺杂AWATE S V等人［16］研究了 Cr掺杂的 Ti/MCM-41和SiO2-TiO2在可见光照射下降解曙红溶液，结果表明，Cr的掺杂能使吸收谱带红移，保持Si/Ti摩尔比为10，Cr的掺杂量为0% ～10%，随着Cr含量的增加，Cr-Ti/MCM-41和Cr/SiO2-TiO2对曙红的光降解活性均有所增强，相比而言Cr-Ti/MCM-41的降解活性更好.CHAND Rumi等人［17］研究了Cu 掺杂对加强TiO2/SiO2光催化活性的影响，研究表明，Cu的最佳掺杂量为0.1%(摩尔比)，在紫外光和可见光照射下光催化降解苯酚，降低煅烧气氛制备的Cu掺杂催化剂对苯酚的降解率高于未掺杂的催化剂，或是在空气气氛下制备的Cu掺杂的催化剂，这可能是由于可见光吸收的增加和光生电子-空穴对的重组时间的延长造成的.此外，V，Co，Fe，Mn 等金属的掺杂，都能有效地对TiO2光催化薄膜进行改性，使其光吸收谱带向可见光区移动.YAMASHITA H等人［18］结合离子辅助沉积法(IAD)和金属离子注入法在硅珠上制备金属掺杂的TiO2薄膜，研究表明，V的掺杂改性最有效.刘欢等人［19］采用溶胶-凝胶法制备V掺杂的TiO2薄膜，结果表明，V由前驱体中的3价转变为4价和5价两种价态，薄膜仍为锐钛矿结构，属深能级掺杂，引入V后TiO2的禁带宽度由3.28 eV减小至3.15 eV，吸收带边红移至可见光范围.王志坚等人［20］研究发现，Fe的掺杂能明显提高TiO2的紫外光催化活性;紫外漫反射分析显示，Fe掺杂的TiO2发生蓝移，粒径变小.2.2.3 贵金属掺杂焦斌权等人［21］以钛酸四丁酯为原料，利用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和Ru掺杂的TiO2纳米粉体，在模拟太阳光下，降解含酚水溶液中的苯酚，以研究TiO2纳米粉体的光催化活性和Ru的掺杂量对光催化活性的影响.结果表明，Ru离子的掺杂延缓了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，使其相转变温度升高;Ru离子掺杂改性后，TiO2纳米粉体的光响应范围向可见光区拓展;掺杂适量的Ru有助于提高TiO2样品的光催化活性.此外，在掺杂3%Ru时TiO2样品的光催化活性最佳.SONAWANE R S等人［22］在太阳光照射下研究了溶胶-凝胶法合成的Au/TiO2薄膜光催化降解苯酚，结果表明，Au的最佳掺杂量为2%，Au的掺杂可使胶体向锐钛矿转化的温度降低，锐钛矿向金红石相转化的温度也随之降低(由600～900℃变为400～600℃)，这可能归因于Au成为结晶的核心(Au在100℃开始结晶)，可吸收的光波长红移至450 nm.此外，他们还研究了催化剂的钝化和失活问题，Au/TiO2催化剂经试验证实可长期循环连续使用.ZHAO Wei等人［23］在聚苯乙烯模板上用水热法合成Ag改性的中空SiO2/TiO2复合微球来降解罗丹明B染料，研究表明，Ag/Ti摩尔比为0.089时为最佳的掺杂量，但随着Ag含量的继续增加，罗丹明B的降解效率反而变低.究其原因，一是比表面积有所降低;二是Ag分布在TiO2的表面阻止了TiO2对光和污染物的吸附;三是多余的Ag成为电子-空穴对的重组中心.但无论是在紫外光还是可见光区域，Ag改性的中空SiO2/TiO2复合微球对于罗丹明B的降解都具有较好的光催化活性.2.2.4 稀土金属掺杂徐世华等人［24］以钛酸四丁酯作为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的TiO2.研究表明，0.5%La3+的掺杂阻止了TiO2由锐钛矿向金红石相的转变，提高了转变温度，减小了TiO2的晶粒尺寸;La3+-TiO2光吸收与煅烧温度有关，500℃和600℃烧结下La掺杂的TiO2吸收边发生蓝移，而在450℃和700℃下吸收边红移.郭泉辉等人［25］在 TiO2晶格中掺杂 La2O3，对 TiO2光催化剂进行了掺杂改性研究，结果表明，在365 nm黑光灯照射下，La2O3的掺杂可提高TiO2对甲苯降解的光催化活性，当La2O3的掺杂量为0.5% ～0.6%时其光催化剂的催化活性最高.晏爽等人［26］以钛酸四丁酯为主要原料，采用溶胶-凝胶法制备了钇掺杂纳米TiO2光催化剂.钇掺杂改性前后TiO2的XPS分析表明，样品中确实有钇(Y)的存在，钇元素进入TiO2晶格导致其局部变形，但并未改变其晶型(锐钛型);在波长为464 nm的可见光下光照150 min降解甲基橙，钇掺杂 TiO2光催化性能明显好于未掺杂TiO2的光催化性能;当钇掺杂量为1.2%时，其降解率可达46%.2.2.5 其他金属掺杂LI Xiang等人［3］研究了Sn-TiO2的合成及其光催化活性(降解盘尼西林)，结果表明，SnO2的禁带宽度为3.6 eV，只有在光波长小于345 nm时才能被激发，因此在使用36 W的紫外灯(波长为365 nm)进行光照时，大多数的Sn-TiO2光生空穴都是来自TiO2而不是SnO2;Sn掺杂的光催化剂具有较高的比表面积和较强的吸附性能，使得光催化活性提高，吸收波长也有一定的红移，其最佳掺杂量为3%(摩尔百分比).韩蕴华［27］通过溶胶-凝胶法、逐层包覆的方法制备了Ba2+掺杂的磁性纳米催化剂Ba-TiO2/SiO2/NiFe2O4，研究表明，Ba2+的掺杂引起了TiO2晶格的畸变，使粒径变小，同时会抑制锐钛矿向金红石相的转变;适量的掺杂可提高TiO2的可见光催化性能，并且采用磁分离技术可方便迅速地进行回收利用，其回收率可达95%以上.2.3 金属和非金属共掺杂相关研究表明，采用不同离子与阴、阳离子共掺杂等方法可以进一步扩大TiO2光催化剂的吸收范围并提高其光催化活性.SHEN Yanfang 等人［28］将溶胶-凝胶法和机械合金法相结合制备的W和N共掺杂的TiO2纳米粉末，在可见光范围内具有较强的吸收率，波长可达到650 nm.研究表明，W的掺杂能阻碍TiO2由锐钛矿向金红石相的转变，同时还可以抑制晶格的生长;氧空缺作为电子(e－)捕获体生成活性氧自由基(·O2－)，这是提高光催化性能的主要因素.SAKATANI Yoshiaki等人［29］通过聚合络合法制备了金属离子和N共掺杂的TiO2粉末，在K+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Nb5+，Fe3+，Zn2+，Al3+共同掺杂的催化剂中，Sr2+与N共掺杂的TiO2光催化剂在可见光照射下降解乙醛时显示出最高的催化活性.王东升等人［30］研究了溶胶-凝胶法制备的Sm和Ag共掺杂的TiO2，结果表明，Sm离子的引入使催化剂增加了储氧能力、热稳定性和选择性，Ag离子的掺杂抑制了光催化的促进作用和对氧气还原反应的催化作用;两种离子的引入使TiO2样品拓宽了光响应范围，使其可见光的吸收强度有所增大.刘丽丽等人［31］以尿素作为氮源，V2O5作为掺杂的钒源，用溶剂热法(即水热法)制备了氮钒共掺杂的TiO2光催化剂，并研究其光催化性能.实验结果表明，N和V共掺杂的TiO2粉体晶粒尺寸较小，能达到10～20 nm，当Ti∶N∶V的摩尔比达到0.01∶0.01∶0.16 时，试样在紫外区和可见光区的吸收强度最佳，亚甲基蓝在紫外灯照射30 min后的降解率可达91.7%.康华［32］研究了Zn和Si单掺杂及共掺杂对TiO2光催化活性的影响，结果表明，Zn和Si共掺杂TiO2光催化剂的光催化活性明显高于纯TiO2光催化剂和单掺杂的TiO2光催化剂.究其原因，主要是Zn2+进入TiO2晶格间隙使导带电子增加，费米能级向上移动，表面势垒增加，空间电荷层变薄，电子空穴对的复合几率降低，电荷分离效率增加，光催化能力提高;掺Si后的光催化降解率提高的幅度不大，SiO2本身不具有光催化活性(其带隙能大于5 eV)，过多的 Si掺杂会降低TiO2的光催化活性.3 结语目前，TiO2光催化氧化技术虽然在理论和实践的研究中取得了较大成果，但绝大多数尚处于实验室和理论探索阶段，可见光催化或太阳能利用率还普遍较低.因此，制备光响应范围宽和量子效率高的TiO2光催化剂仍将是今后的研究重点，而且还应加强其在环保领域的应用研究.参考文献:【相关文献】［1］FUJISHMA A.Electrochemical photolysis of water at semiconductor letrod［J］.Nature，1972，37(1):283-245.［2］CAREY J H，LAWERENCE J，TOSINE H W.Photodechlorination of PCB 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CdS／TiO2光催化去除水体中氨氮的研究
维普资讯
感
光
科
学
与
光
化
学
第２ ５卷
ＴＯ 是宽禁带半导体 ， ｉ２ 只能吸收 占整个 日光光谱范围不到 ５ ％的紫外光 ， 了能够 为
实际应 用 到太 阳能 转化 中 ， 开发 能 够 被 可见 光 激 发 的 光催 化 剂 十分 必 要 ＿ ． 展 可见 光 ８扩 Ｊ
氨 氮效 率的影 响 ， 并研 究 了后 ３个 因素对 Ｃ Ｓ光 腐 蚀 程度 的 影响 ． 于氨 氮初 ｄ 对 始质 量 浓度 为 ５ ／ ０ｍｇ Ｌ的模 拟废 水 ， 通 空 气搅 拌条 件 下 ， （ ｄ ），（ ｏ ） 在 ｎ Ｃ Ｓ ： Ｔｉ２ ＝ ｚ ０１ ．７的 Ｃ Ｓ Ｔｏ 催 化 剂脱 氮效 果最 佳 ， 时经 紫 外光 照 ２ｈ后 脱 除氨 氮效 率 ｄ／ ｉ ２ 此 达 ４ ． ％． １５ 实验 结果表 明 ： 复合催 化 剂 中 Ｃ Ｓ的含 量 是 影 响 光催 化 活性 和 光 腐 ｄ
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第２ ５卷
第 ２ 期
感 光 科 学 与 光 化 学
Ｐ ｏ ｏ ｒ ｐ ｉ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｐｈ ｔ ｃ ｅ ｓｒ ｈ ｔ ｇ ａ ｈ ｃ ｃｅ ｃ ｎ ｏ ｏ ｈ ｍｉｔｙ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ２ １２ ． Ｍａ． ０ ７ ｒ ，２ ０
［ ～ ＿ ＝ ＝
（ 见图 １２ Ｌ 由于两种半导体 的禁带发生交迭 ， ，） ４， １ Ｊ 在可见光波长范 围， 发生 电子跃迁后 ，
Ｏ
２
３
４
５
甲
甲
＿
实现紫外光照射下高效的氧化和还原反应的耦合 ， 同时脱除氧化态氮和还原态氮＿ 耦 １ ，
合反应受到反应条件 ｐ Ｈ的影响Ｌ ｌ １， 并且对于光催化不同价态氮形成氮气的机理进行 了 ２ 甲 探讨【 虽然贵金属掺杂可提高催化剂活性 ， １． ２ Ｊ 扩展可见光吸收范 围， 影 带 禁 滞 但是贵金属价格较 高， 因而有必要考虑掺杂其他价格低廉的材料 ， 许多学者将 Ｃ Ｓ Ｃ Ｓ 、ｂ 、 ｅ ３ ｄ 、 ｄｅＰ ＳＦ ２ 等窄禁 ０ 带半导体与 ＴＯ 进行复合 ， ｉ２ 制备 出表面或体相复合物 ， 期望充分发挥其 可见光响应性 能， 提高 日 光下催化剂 的活性［１ ． ｄ ３３ Ｃ Ｓ半导体 的禁带较窄 ， ， Ｊ 而且导带能级 比 ＴＯ 的高 ｉ２
Li+-TiO2复合纳米光催化剂制备及其光催化降解海产品深加工废水的研究
Li+-TiO2复合纳米光催化剂制备及其光催化降解海产品深加工废水的研究于晓彩;徐晓;金晓杰;吴云英;尚晓琳【期刊名称】《大连海洋大学学报》【年(卷),期】2015(030)004【摘要】对TiO2纳米光催化材料进行掺杂改性,利用溶胶-凝胶法制备出掺杂锂的Li+-TiO2复合纳米光催化剂,通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)等测试技术对所制备的光催化剂形态结构和特性加以表征,用大连市黑石礁海域的海水配制成模拟海产品深加工废水,研究了Li+-TiO2复合纳米光催化剂光催化降解海产品深加工废水的能力及影响其降解能力的因素,并确定了Li+-TiO2光催化剂光催化降解海产品深加工废水的优化试验条件.结果表明:Li+-TiO2复合纳米光催化剂光催化降解海产品深加工废水效率高,锂掺杂量、催化剂用量、pH、氨氮初始浓度、COD初始浓度和过氧化氢(H2O2)用量6个因素影响光催化降解的能力,在优化试验条件下,即锂掺杂量为5％,氨氮初始浓度为80 mg/L,COD初始浓度为300mg/L,Li+-TiO2用量为0.9 g/L,H2 O2用量为5％,反应时间为2h,pH值为8时,海产品深加工废水中氨氮和COD的光催化氧化降解率分别达到81.50％和78.67％.【总页数】7页(P410-416)【作者】于晓彩;徐晓;金晓杰;吴云英;尚晓琳【作者单位】大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】X703.1【相关文献】1.Li~＋-TiO_2复合纳米光催化剂制备及其光催化降解海产品深加工废水的研究[J], 于晓彩;徐晓;金晓杰;吴云英;尚晓琳;2.纳米TiO2光催化降解海产品深加工废水的研究 [J], 徐晓;于晓彩;宫喜斌;陈晋芳;金晓杰;吴云英;3.纳米TiO2光催化降解海产品深加工废水的研究 [J], 徐晓;于晓彩;宫喜斌;陈晋芳;金晓杰;吴云英4.异质结Bi2 WO6/ZnO复合光催化剂的制备及其光催化降解含酚废水的研究 [J], 宜沛沛;付红普;高晓明;翟祥;付峰5.CeO2/CNTs复合光催化剂的制备及其对抗生素废水光催化降解研究 [J], 卢格斯特;岑立;高翔;林智峰;戴双群;尤玉静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光催化剂降解有机污染物
e—+ O2→·O2-
·O2—+ H+→·HO2
2·HO2→O2+H2O2
·HO2+ H2O + e—→H2O2+ OH-
H2O2+ e—→·OH + OH-
一般的光催化反应就是利用催化剂产生的极其活泼的羟基自由基（·OH)，超氧离子自由基(·O2—)等活性物质将各种有机物污染物直接氧化为CO2、H2O等无机小分子。但是在气相条件下光催化反应可能并不一定是羟基自由基反应.有学者研究发现当光催化反应在气态环境下进行时，有时主要起作用的可能是其他物质。Stafford等[18]发现4—氯苯酚的光催化反应就是光生空穴直接参与反应完成的。他们在研究后发现这有可能是因为4—氯苯酚的苯环结构可以捕获中间自由基和电子，在没有水蒸气存在时，它能够直接和光生空穴反应，从而达到降解的目的。
a锐钛矿型b金红石型
图1-1TiO2两种晶型结构图
2.TiO2的生产及应用
二氧化钛的化学稳定性好，无毒，不溶于水、稀酸、有机溶剂和弱无机酸，微溶于碱和热硝酸,长时间煮沸才能溶于浓硫酸和氢氟酸。二氧化钛能强烈吸收紫外线,生成活化物质。这种活化物质能促使应用体系（如涂料、塑料等）中的有机物降解,影响使用性能。
二氧化钛又称钛白，一种主要用作白色的无机化工产品，二氧化钛折射率（金红石型为2.70，锐钛型为2.55)在所有白色颜料中最高，因此具有最优异的颜料性能。由于二氧化钛在涂料、塑料、造纸、合成纤维、印刷油墨、橡胶、搪瓷等工业领域的重要用途，其消费量已成为经济学家用来衡量一个国家生活水平的主要标志之一。
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此悬浆液先通 48 ;&: 氮气除氧 $ 然后在氮气搅拌下 用 48 ] 低压紫外杀菌灯光照 X 0" 将反应后的悬浆 液用离心机分离 $并离心清洗约 X 次 $ 然后在 78F " 烘箱里干燥 $ 之后自然冷却磨细备用 " 分别制备载铂 量 B 质量分数 J 约为 8W4G #8WFG #8W3G #7W8G 的光催化 剂"
程中可能还有各种形态氮的化合物 $ 本文研究了纯
%&’4 负载金属 "# 制备光催化剂 $ 并用光催化法模拟 生化 9:9;;<= 反应 $ 使 水 中 亚 硝 酸 氮 和 氨 氮 $ 经 由 光催化氧化氨氮 # 还原亚硝酸氮形成气态 >4 产物 6 实 现 水 体 脱 氮 $ 考 察 了 ?1 值 # 负 载 "# 的 含 量 #@,4A
图7
催化剂样品的 %MO 图
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%MO ?0<#<. <_ ?0<#</9#92‘.# .9;?2, ?-,?9-,a B"#B8W3GJ\%&’4J
万方数据
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机
化
学
学
报
第 !! 卷
空穴对的复合 ! 提高其量子效率 ! 从而改善粉体 %&’! 的光催化活性以及对可见光的利用率 #
的添加 # 搅拌气的种类等对光催化剂活性的影响 $ 以 及对形成氮气等目标产物和光催化耦合水体脱氮效 果的影响 "
?1 值为 78W4^78WFJ$ 鼓入惰性气体 B 如不特别注 明 $ 则为 氮 气 % 如 不 注 明 流 速 $ 则 为 388 ;V& ;&: I7J 清 除
反应体系中的溶解氧并保证催化剂处于悬浆状态 $ 紫外光照 4 0$ 每 8WF 0 取样 7 次 $ 样品经滤膜 B 孔径 8W44 ";J过滤 " 总氮用总氮测定仪测定 $ 氨氮采用纳 氏试剂光度 法 测 量 )7Z*$ 亚 硝 酸 氮 采 用 !!B7!萘 基 J! 乙 二胺光度法测量 )7X*$ 硝酸氮采用酚二磺酸光度法测 量)7F*"
国家自然科学基金资助项目 ($%&%)’**))&+ "
!
;HI% 还被广泛用于各种光催化氧化 G^ 磁场 & 光电 & 微 波 + 协同氧化过程以处理难生物降解的有机污染物 &
通讯联系人 " ’#()*+ !,-./0%!!%$1,2/334536457 第一作者 ! 李秀婷 # 女 $%& 岁 $ 硕士研究生 ! 研究方向 ! 环境光催化研究 %
!"$
光催化反应实验 该光催化去除水中无机氮 B主要为氨氮#亚
效的捕获电子改性的方法 " 有研究者发现在 %&’4 上 负载金属 "# 可以有效阻止电子空穴的复合 $ 提高光 子利用率 $ 从而提高催化剂的催化活性
)5678*
硝酸氮的混合物J 的反应是在自制的双层环状 石 英 反 应 管 中 进 行 " 反 应 器 夹 层 容 积 为 488 ;V$ 内管插入一只 48 ] 低压紫外杀菌灯 B 主波长 4FZW!
.! 大连理工大学环境与生命学院 !大连
!"#$%&’( )*+%,-. !"# /%01.*2 3++%("- 45"2-#"%( -(2 !"#$"#* )*206#"%( 78"(& 9#:;"<= >(2 9?%#%@>#>.A8"8
OP 8H-#;H7QK OPR OH#:07!SKS% TMUV :07Q#OH7K W@MUV 8H7Q#X07K Y3/7 Z2[\3[]L
图! 催化剂样品的 -.D 图
反应 ! 2 后去除率比碱性条件下提高 $ 倍多 # 这说 明了强碱性利于氨氮的光催化氧化 ! 而亚硝酸氮则 在强酸性条件下更利于其还原反应 # 究其原因 %催化 剂表面电荷受 B4 值影响很大 ! 酸性条件下催化剂 表面带正电荷 ! 有利于产氢和亚硝酸根负离子的吸 附还原反应 ! 从而显著提高其去除率 $也可能形成氨 氮 ! 没有硝酸氮产生 # 相反 ! 在碱性条件下 ! 二氧化钛
!*!*! B4 值对光催化剂活性的影响 图 5 &7 为在碱性和酸性条件下氨氮与亚硝酸氮
随时间的去除情况 # 从图中可以看出随光照时间的 延长 ! 酸性条件下氨氮变化曲线几乎呈平滑直线状 ! 在碱性条件下 ! 氨氮转化很快 !! 2 去除率 C 表 !1 比酸 性条件下提高了约 $7 倍 ! 但有少量硝酸氮的生成 # 相反的 !亚硝酸氮则是在酸性条件下转化效果明显 !
!第 * 期 !""& 年 * 月
机 化 学 学 报 !!无 ./0$’1’ 2345$67 38 0$3596$0. ./’:01;5<
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!"#$%&’ 光催化氧化还原耦合反应脱除水中无机氮
李秀婷 !
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杨凤林 !
张兴文 !
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3B8#$>@#C ABG;HI% ?/3B352B2_,‘B a2‘ ?[0?2[0] -‘H7Q 2 ?/3B352B2_,BH5 [0]-5BH37 60B/3] 27] 5/2[25B0[H.0] aHB/ 89:S ;<= 27] 89>E <\\05B‘ 3\ \25B3[‘ ‘-5/ 2‘ ?@S AB _32]H7QS 2]]HBH37 3\ :0%C 27] ?[3B05BH37 Q2‘ 37 B/0 25BHbHB, 3\ ?/3B352B2_,‘B H7 7HB[3Q07 [063b2_ c, 53-?_0] 26637H2 3dH]2BH37 27] 7HB[HB0 [0]-5BH37 a0[0 H7b0‘BHQ2B0]E 90# ‘-_B‘ ‘/3a0] B/2B 2 c2‘H5 537]HBH37 a2‘ H7 \2b3[ 3\ B/0 53-?_0] 26637H2 3dH]2BH37S 7HB[HB0 [0]-5BH37 [2B0E ;/0 7H# B[3Q07 [063b2_ [2B0 a2‘ B/0 /HQ/0‘B aHB/ DE!F AB _32]H7QE M_‘3S B/0 ?/3B352B2_,‘B 25BHbHB, a2‘ 07/2750] -7]0[ ?[3B05BH37 Q2‘ U% 27] 2]]HBH37 3\ :0%C H75[02‘0] B/0 25BHbHB, 3\ ?/3B352B2_,BH5 [0]-5BH37 3\ 7HB[HB0E
;HI% 光催化形成氮气去除水中无机氮g%i’h" 在 K#*% 年 :-jH‘/H62 和 @37]2 发 现 ;HI% 可 光
解水制氢后 $ 多相光催化研究得到了迅速的发展g!S&h"
272663d 法 + 受到污水浓度的限制 $ 而物理法常常是
!!!!!!!!! 收稿日期 !!""!#"##$%" 收修改稿日期 !!""&#"’#%! "
D*A E%$28C ABG;HI%e ?/3B352B2_,‘H‘e 26637H2e 7HB[HB0
(
引
言
污染物的浓缩再转移 $ 有些化学法同样无法彻底地 消除水中无机氮 gKh" 目前化学脱氮的新方法是利用
水中的无机氮主要来源于工农业生产 $ 是一类 主要的环境污染物 $ 而污水中的有机氮经处理最终 也会产生大量无机产物 !U@’C&UI%f和 UILf" 因此 $ 有 必要去除污水中无机氮" 传统的生物脱氮^如
由 %MO 分析 B 图 7J 发现改性后的催化剂表面铂 的颗粒较小 $ 粒径甚至在 7^4 :; 以下 $ 颗粒比较均 匀 " 对改性后的催化剂 B"#B8W3GJ\%&’4J 进行 UYC 分 析 $ 发 现 其 UYC 图 B 图 4J 上 有 微 弱 "# 的 特 征 谱 线
BZ5W3#$XLWZ#J$UY@ 法测定催化剂载铂量与预计结果 基本一致 " 由此说明 "# 可能是高度分散于 %&’4 的 表面 $这与 %MO 图的分析也一致 "
!
!"!
实验部分
试剂与仪器
#
#"!
结果与讨论
催化剂的表征
%&’4BC,DE..9 $"!(F$!FG 锐钛矿 $(FG 金红石型 $ 比 表 面 积 约 FH ;4 & D I7J$ 氯 铂 酸 B14"#K2L& L14’ $ 分 析 纯 J $甲醇 B色谱纯J" !44M 型可见光分光光度计 B 上海光谱仪器有限 公司生产 J $!F4 型紫外可见分光光度计 B 上海光谱仪 器 有 限 公 司 生 产 J $%’K!NK"1!%>O!7 总 氮 测 定 仪 B日本岛津 P1QORCSTJ$PU4 系列箱式电阻炉 B 上海 阳 光 实 验 仪 器 有 限 公 司 J $787!7R 型 电 热 鼓 风 干 燥 箱 B 天津市泰斯特仪器有限公司 J $ 高速离心机 B 型号 V+7H!4WXR $ 北京医用离心机厂 J$PYPZX88 型 U 光射 线 荧 光 光 谱 仪 BUY@J $[PO!788KU ! 型 透 射 电 镜 B%MOJ$C\ORU!4X88 型 U 射线衍射仪 BUYCJ" !"# 载铂催化剂的制备 称取 7 D 经活化处理 BXF8 " 加热 7 0$ 然后在马 弗炉中自然冷却至室温 $在干燥器中密闭保存 J 的 "! 4F %&’4$ 放 入 双 层 石 英 套 管 中 $ 添 加 含 相 应 载 铂 量 的氯铂酸B7 ;;<2 & VI7J溶液 $ 并滴加约 7WF ;V 甲醇作 为空穴清除剂 $ 再加入去离子水稀释至 7F8 ;V" 将