第7章-环境污染修复的光化学技术

真空紫外吸收光谱 10-180 nm 1106-5104 外层键合电 子
UV-Vis 吸收、发射 180-780 nm 5104-1.3104 外层键合电
及荧光光谱
子
红外吸收 拉曼散射光谱
0.78-300 m
1.3104-33 分子振动-转 动
微波吸收
0.75-3.75 mm
13-27
分子转动
电子自旋共振光谱
量子产额： 光化学反应的效率通常用量子产率（ φ）来表示， 其定义为：
φ＝ 分解或生成的分子数/ 吸收的光量子数
第3节 土壤表面的光化学过程
• 土壤表面光化学所要研究的基本问题:
当分子吸附在土壤固相表面时，在光照下， 被吸附分子的光活性与其自由分子的光活 性有什么区别？
被吸附的分子如何被降解？ 降解的效率如何？ 降解的条件和影响因子是什么？
310-4 波数，cm-1 107 频率，Hz
X 射线 射线
可见
微波
紫外
红外
无线电
10-4
10-2
100
102
104
106
108
109 波长，nm
电磁辐射波谱图
光谱类型
波长范围 波数范围 量子跃迁类
型
-射线发射光谱
0.005-1.4A
--
核
X-吸收、发射、荧 0.1-100A
--
光、衍射光谱
内层电子
3 cm
0.33
磁场中电子Fra Baidu bibliotek
自旋
核磁共振
0.6-10 m 1.710-2-1103 磁场中核自 旋
2.1 光的能量
• 一个光子的能量（E）可表示为：
•
E＝ hv＝hc/λ
• h为Planck常数，6.626 x 10-34 J.s./光量子
• v为光的频率，s-1；
• c 光速，2.9979 x 108 m s-1 • λ波长 • 1 mol光子定义为一个Einstein。 • E＝NA hv • NA为阿伏加德罗常数，6.02 x 1023/mol
• 光化学过程对化学物质从土壤表面相大 气中的迁移。
环境光生物化学
• 主要研究化学物质发生光化学反应所产生 的生态效应及其化学原理、过程和机制；
• 生物引发或参与的光化学过程及其对某些 重要元素的生物地球化学循环的影响。
污染控制光化学
• 污染控制光化学是一个新型的污染控制化 学领域，它与环境工程学、化学工程学有 密切的关系。
3.2 土壤表面与有机分子的相互作用
• 黏土矿物对有机无机物质吸附后，在光作 用下表现出特殊性质。
• 过去十多年来，黏土矿物逐渐被用作无机 或有机物质的吸附材料或通常所说的载体， 成为新的功能性无机混合材料。
• 而最近几年，黏土矿物被用作光功能性有 机－无机混合系统主体材料以及光化学各 向异性反应场的特性而受到关注。
第7章 环境污染修复的光化学技术
内容
第1节 环境光化学 第2节 环境光化学基础 第3节 土壤表面的光化学过程 第4节 光化学技术及应用
第1节 环境光化学
• 概念：环境光化学是研究环境中化学物质在 阳光作用下的化学特性、行为和效应以及利 用光化学的原理与方法控制化学污染的一门 学科。
• 环境光化学是环境化学的一个重要分支和前 沿领域。
• 大气污染的光化学烟雾模式等。
水环境光化学
• 水体表面透光层中化学物质的光化学反 应；
• 水中有机物光化学降解； • 光化学过程对溶解有机质迁移转化的影
响； • 不同形态金属和类金属元素的光化学反
应及氧化还原循环； • 水生生物引发和参与的光化学过程。
土壤表面光化学
• 土壤表面有机物（主要是农用化学品、 土壤有机质）的降解；
Si
O
Al
Fe
Mg
Na
H
吸附在黏土表面的客体有机分子的吸收光 谱特性会发生变化。如，染料R6G在合 成锂皂石表面吸附后形成二聚体的光谱 特性发生变化，内部二聚体的吸收发生 “紫移”，而外部二聚体发生“红移”。
硅氧片
1:1型 (高岭石)结构
铝氧八面体层
硅氧四面体层 层间氢键
O OH
2:1型 粘土矿物的结构
O
Si
硅氧四面体层
Al
铝氧八面体层
硅氧四面体层
These minerals consist of two silicon tetrahedral layers and one aluminum octahedral layer
3.1 土壤介质的基本组成
• 土壤是由固、液、气物质组成的疏松多 孔体，其中土壤固相约占50％，土壤气、 液相约占50%。
• 土壤固相主要是土壤矿物质和土壤有机 质组成。
• 土壤矿物 • 土壤胶体
• 土壤胶体的概念：
指土壤中粒径为0-100 nm的微小固体颗粒。主 要由矿质胶体和有机胶体组成。无机胶体和有 机胶体常结合成有机无机复合胶体。 矿质胶体：粘土矿物，含水氧化铁、铝胶体， 水铝英石，含水氧化硅胶体 有机胶体：各种腐殖质，还有少量的木素、蛋 白质、纤维素等 有机无机复合胶体：
2.2 光化学定律
光化学第一定律： 也 称 Grothus-Draper 定 律 。 只 有 被 分 子 吸 收 的 光 ， 才能有效地引起分子的化学反应。
光化学第二定律： 也称Stark－Einstein定律。发生光化学变化是由分 子吸收一个光量子的结果。或者说，在光化学反 应的初级过程，被吸收的一个光子，只能激活一 个分子。
• 蒙脱石能有效的将不同的有机混合 物(离子和分子)吸附于其夹层中 （interlayers）。
• 这种内嵌作用（intercalation）可以 很容易的在悬浮液溶液中甚至是直 接在固相中通过电磁搅拌实现。
硅氧四面体oxygen-silicon tetrahedron
铝氧八面体
铝氧片 1:1型 (高岭石)结构
范畴：
• 大气光化学 • 水环境光化学 • 土壤表面光化学 • 环境光生物化学 • 污染控制光化学
大气光化学
• 大气物质在阳光作用下发生的化学过程，主
要涉及对流层、平流层中痕量组分（O3、NOx、 硝酸/亚硝酸及其酯、卤代烃、醛等有机物）的大 气光化学、自由基反应；
• 大气水相（云水、雾水、雨滴）中微量化学成分 及气溶胶等颗粒物的光化学反应；
• 它研究与污染控制有关的光化学机制与工 艺技术中的光化学基础性问题，以便最大 限度地控制化学污染，为开发经济有效的 污染控制技术提供科学依据。
第2节 环境光化学基础
电磁波谱
31010 1021
3108 1019
3106 1017
3104 1015
3102 1013
3100 1011
310-2 109