光化学催化氧化技术研究进展

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光催化技术的研究及应用

光催化技术的研究及应用

77水资源作为人类最重要的资源之一,在我们的生活中发挥着重要的作用。

虽然地球上的水很丰富,覆盖了地球表面的72%,但只有0.5%是淡水,而其中只有不到1%是可供人类使用的。

不幸的是,随着人类社会的快速发展,水污染成为一个普遍的威胁。

高人口密度和工业化进程导致水体的无机和有机物污染日益严重。

相对于无机污染物,有机化学物质对水质的威胁可能更大。

相当数量的合成有机污染物,包括工业化学品、除草剂、杀虫剂、染料、药品和个人护理产品等,进入天然水库。

其中一些污染物由于其毒性,即使在低浓度时也会造成巨大伤害。

因此,克服水污染问题日益紧迫。

一、污水处理的方法通常,一个理想的废水处理过程是完全处理掉废水中所有的有毒物质,而不会留下任何有害的副产品。

它还应该是低成本的。

目前,工业废水的处理主要是基于相分离原理的工艺,但是没有一种工艺是完全令人满意的。

例如,空气清洗工艺,通常用于处理含有挥发性有机污染物的水质,其只是将污染物从水相转化为空气相,而不是将其完全消灭。

焚烧有机废物是另一种广泛应用的方法,但它不是理想的水处理过程,因为许多有害的有机化合物的焚烧可以释放另一种有毒成分到空气中。

化学氧化技术主要是利用氧化剂,如臭氧、卤素和过氧化氢,但它可能会导致其他危害。

高级氧化过程(AOPs),定义为“接近环境温度和压力的水处理过程,其在溶液中可以生成大量的非常强大的氧化剂,如羟基自由基(OH ⋅),去实现水的净化,相对于氧化降解有机污染物是一种新的技术。

在不久的将来,AOPs可能会成为污水处理方法中最好的选择。

AOPs已用于水的治理,其能够分解多种污染物,包括药物、抗生素、芳香族化合物、离子液体、染料、合成内分泌干扰物(双酚类、烷基酚类、邻苯二甲酸盐)。

特别是半导体光催化在降解有机污染物方面的应用,近几十年来受到了越来越多的关注。

这种光催化降解工艺与其他工艺相比有以下几个优势:1.绿色技术,降解产物为二氧化碳、水和矿物酸,对环境无害。

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

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。

光催化技术在去除氮氧化物方面的研究进展

光催化技术在去除氮氧化物方面的研究进展

光催化技术在去除氮氧化物方面的研究进展摘要:作为大气污染的源头之一的氮氧化物,不仅破坏自然环境,还严重危害人类健康。

光催化技术被环保界认定为当今世界最理想的环境净化技术,适用于浓度较低,排放源不稳定的污染场所中。

在处理低浓度氮氧化物方面有优异的效果。

本文综合国内外相关文献,对光催化技术原理及现有方法作出阐述,并对未来光催化剂的应用提出展望,以期为光催化技术的的科研工作提供参考。

关键词:大气净化;氮氧化物;光催化;1前言环境污染问题依旧严峻,长期积累下的环境问题存在治理难,见效慢的缺点。

大气污染危害人类的的身体健康,影响人类的生存与经济发展。

氮氧化物会引起臭氧损耗、光化学烟雾、雾霾、酸雨和全球变暖等污染问题。

此外,氮氧化物会刺激呼吸系统,损害人体的心、肝、脾、肾、肺等器官。

因此,去除氮氧化物,降低其对人体的慢性伤害有重要意义[1]。

光催化技术在能源和环境领域有着重要应用前景,具有安全、高效、环境友好的特点。

光催化技术将自然界存在的光能转化为为化学能,不产生二次污染和资源浪费[2-3]。

植物的光合作用是存在于自然界中的最典型的光催化反应。

2光催化原理光照射在催化剂上,催化剂为半导体,常用的半导体催化剂材料为n型半导体。

半导体能带不连续,在光能的激发下,价带电子跃迁至导带,产生电子和空穴,即光生载流子,载流子与周围空气中存在的水分子或氧气分子发生反应,将光能转化为化学能,产生氧化能力很强的自由基,通过氧化还原反应,将污染物转化为无毒害的物质。

现有研究中常通过抑制电子空穴复合、掺杂合适的半导体材料使电子空穴更易发生跃迁、增加半导体催化剂的光吸收性等手段提高催化剂的光催化性能。

3光催化方法光催化法因反应条件温和,室温常压下即可进行,操作便捷等特点而被广泛研究。

常用的光催化去除氮氧化物的方法有三种:光降解、光催化还原和光催化氧化。

(1)光降解光降解是指物质在光的作用下分解的过程,将氮氧化物分步解离为氮原子和氧原子,重组得到氮气和氧气的过程[3]。

光催化材料的研究与进展

光催化材料的研究与进展

光催化材料的研究与进展洛阳理工学院 吴华光 B08010319 摘要 : 光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保新技 术.它在去除空气中有害物质 ,废水中有机污染物的光催化降解 ,废水中重金属污 染物的降解,饮用水的深度的处理,除臭,杀菌防霉等方面都有重要作用,但是 作为新功能材料,它也面临着很多局限性:催化效率不高,催化剂产量不高,有 些催化剂中含有有害重金属离子可能存在污染现象。

但是我们也应当看到他巨大 的发展潜力和市场利用价值,作为处理环境污染的一种方式,它以零二次污染, 能源消耗为零, 自发进行无需监控等优势必将居于污染控制的鳌头。

本文介绍了 一些关于光催化研究的制备与发展方向的思考,光催化正在以 TiO 2,ZnO 为主 导多种非重金属离子掺杂,趋于多样化的制备方法方向发展。

关键字 :光催化 催化效率正文:光催化 (Photocatalysis )是一种在催化剂存在下的光化学反应,是光化学与催 化剂的有机结合,因此光和催化剂是光催化的必要条件。

“光催化 ”定义为:通过 催化剂对光的吸收而进行的催化反应 (a catalytic reaction involving light absorption by a catalyst or a substrate 。

) 氧化钛(TiO 2 )具有稳定的结构、优良的光催化性能及 无毒等特点,是近年研究最多的光催化剂,但是,TiO 2具有大的禁带宽度,其值为 3.2 eV ,只能吸收波长 A ≤387 11111 的紫外光, 不能有效地利用太阳能, 光催化或能量转换效率偏低, 使它的应用受 到限制。

因此, 研制新型光催化剂、 提高光催化剂的催化活性仍是重要的研究课 题 [1] 。

复合掺杂不同半导体, 利用不同半导体导带和价带能级的差异分离光生载 流子,降低复合几率,提高量子效率,成为提高光催化材料性能的有效方法 [2-5] 。

第六节光催化氧化技术进展

第六节光催化氧化技术进展

? 根据热力学的氧化还原反应可知,受体电势比半 导体导带电势要低,供体电势要比半导体价带电 势高,这样光生载流子才能到吸附分子上,从而 发生氧化还原反应。如图 1-1所示光照时半导体内 载流子的变化。
? 在大多数光催化反应中,都是利用空穴的强氧化 能力。空穴的俘获剂一般为表面吸附的 H2O或OH离子,空穴可与其反应形成具有强氧化性的羟基 自由基(· OH)。它既可在吸附相中引起光催化 反应,也可以在溶液中形成游离态促进物质的氧 化反应,氧化各种有机污染物使之矿化,对光催 化反应起到了决定性的作用。
2.半导体光催化的反应机理
? 当 半 导体被 能 量等于 或 大于禁 带 宽度 ( Eg ) 的光 (hv≥Eg)辐射时,半导体光催化剂吸收光量子,价 带上的电子( e-)被激发跃迁至导带,同时在价带上 产生相应的空穴( h+)。因此光催化剂表面上产生了 具 有 高 度 活 性 的 空 穴 / 电 子 对 ( electron/hole pair),在电场的作用下,电子和空穴发生分离,迁 移到粒子表面的不同位置。价带的光致空穴( h+)有 很强的捕获电子能力,具有强氧化性(其标准氢电极 电位在 +1.0~ +3.5V ,取决于半导体的种类和 pH条 件),可夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中的 电子,使原本不吸收光的物质被活化氧化;而导带光 生电子(e-)具有很好的还原性(其标准氢电极电位 在-1.5~+0.5V),电子受体通过接受光生电子而被 还原。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的 还原剂。
就越高。光催化反应的能力往往取决于半导体光
催化剂能带所在的位置与吸附的底物氧化还原电
势。热力学允许的光催化氧化 -还原反应,要求受
体电势比 TiO2导带电势低(更正),给体电势比 TiO2价带电势高(更负),才能发生氧化 -还原反 应。就是说,半导体导带的能级代表了其还原能

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

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和催化剂促进氧化反应的技术,已经被广泛应用于环境治理、能源生产和化工等领域。

本文将综述光催化氧化技术的原理、应用、发展现状和未来趋势,以期为相关领域的研究和实践提供参考。

一、光催化氧化技术的原理光催化氧化技术是通过使用光或其他辐射能源来激活催化剂,促进催化剂表面上的氧化还原反应。

具体来说,当光能照射到催化剂表面时,催化剂会吸收能量,激发电子跃迁至导带,从而形成电子-空穴对。

这些电子-空穴对可以参与表面吸附分子的还原和氧化反应,从而促进氧化反应的进行。

光催化氧化技术的核心是催化剂的光谱响应和电子传递过程。

1. 环境治理光催化氧化技术在环境治理领域有着广泛的应用。

利用光催化氧化技术可以将废水中的有机物、重金属和污染物转化为无害物质,达到废水处理和环境保护的目的。

光催化氧化技术还可以用于空气净化,例如将空气中的有害气体如二氧化硫、氮氧化物等转化为无害物质,净化空气质量。

2. 能源生产光催化氧化技术还可以应用于能源生产领域。

利用光催化氧化技术可以将太阳能转化为化学能,通过光催化水分解来产生氢气,从而实现可再生能源的生产。

光催化氧化技术还可以应用于光电池、光催化还原CO2等领域,为能源生产提供新的技术途径。

3. 化工领域在化工领域,光催化氧化技术可以应用于有机合成、催化剂制备、催化反应等方面。

利用光催化氧化技术可以实现对有机物的特定官能团氧化反应,产生具有特定结构和性质的有机化合物。

光催化氧化技术还可以应用于催化剂的制备,例如通过光催化合成法来制备铁氧化物等催化剂。

目前,光催化氧化技术已经取得了一系列的研究进展和应用成果。

在催化剂方面,研究人员已经合成了多种高效的光催化剂,如TiO2、ZnO、CdS、WO3等,这些催化剂在光催化氧化反应中具有较高的活性和稳定性。

在反应系统方面,研究人员已经开发了多种光催化氧化反应体系,如溶液相、气相和固相反应等,这些反应体系在各自领域已经取得了一定的应用效果。

二氧化钛光催化材料研究现状与进展

二氧化钛光催化材料研究现状与进展

• Asahi等首次用非金属元素氮掺入T Oi2,使其获得优异的可 见光活性和超亲水性能。
• 他们认为具有可见光吸收的非金属掺杂必须满足以下几个 条件:掺杂后在T iO2带隙间出现一个能吸收可见光的/新带 隙0;为保持催化剂的还原能力,掺杂后的导带能级必须大于 H2/H2O的电极电位;新带隙0必须与原来的T iO2带隙充分 重叠,以保证光生载流子在生命周期内能迁移到催化剂表 面进行反应。根据以上理论,他们认为S和C的掺杂是不能 出现的,因为S的离子半径太大,难以掺入T Oi2中取代晶格 氧。而对于产生可见光吸收的原因,他们认为是N2p轨道和 O2p轨道电子云杂化使带隙变窄引起的。
(2)光生载流子(和)很容易重新复合,量子 产率偏低(不到4%),而较低的量子产率是制约 光催化技术大规模工业化的主要原因。
二氧化钛的理化性质
• 二氧化钛,白色固体或粉末状的两性氧化物,是 最好的白色颜料,俗称钛白。钛白的粘附力强, 不易起化学变化,永远是雪白的。特别可贵的是 钛白无毒。它的熔点很高,被用来制造耐火玻璃, 釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
• 二氧化钛可由金红石用酸分解提取,或由四氯化 钛分解得到。二氧化钛性质稳定,大量用作油漆 中的白色颜料,它具有良好的遮盖能力,和铅白 相似,但不像铅白会变黑;它又具有锌白一样的 持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂,可以产 生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
• 介电常数:由于二氧化钛的介电常数较高,因此具有优良的电学性能。在测定二氧化 钛的某些物理性质时,要考虑二氧化钛晶体的结晶方向。例如,金红石型的介电常数, 随晶体的方向不同而不同,当与C轴相平行时,测得的介电常数为180,与此轴呈直角 时为90,其粉末平均值为114。锐钛型二氧化钛的介电常数比较低只有48。

光催化氧化法在造纸废水处理中的研究进展

光催化氧化法在造纸废水处理中的研究进展

底、 成本高 、 处理速度慢 , 处理效果不稳定且易造成二
作者简介 : 孙阿惠,r19 - , - (90 )在读 本科 生 J 通讯 作者 : 李琛 , 18 - , 男(90 )硕士 , 讲师 , 主要从事环境工程及 污染防治方面的研 究。
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环 保 与节能
2 1 年 第 1期 02
的研 究现 状和 发 展 趋 势 , 讨 了该 方 法在 造纸 废 水 处理 中的 优缺 点 。 并认 为 光 催 化 氧 化 法 为 我 国造 纸废 水 的 处理 提 供 探 了一 条 新 的途 径 。 关 键 词 : 催 化 氧 化 法 ; 纸 废 水 光 造
前 言
次污 染 。 2光催 化 氧化法 的原 理及 特点
用 紫 外 光 或太 阳光 ; 反应 过 程 无 二次 污染 , 有机 物 可
造纸工业废水 常规处理技术有 :物理处理法 , 包 括混凝沉淀 、 膜过滤 、 吸附法等 ; 化学氧化法 , 利用化 学 试剂 的 氧化作 用 , 将废 水 中 的部 分溶 解性 污染 物 转 化为低毒无毒的物质 ; 生物处理法 , 利用微生物的新 陈代谢功能 , 在好氧微生物 、 厌氧微生物或兼性厌氧 微 生物 作 用 下使 废水 中有 机 污 染 物 降解 并 转 化 为无 污染 的无机物 ; 回收法 , 碱 主要用于制浆蒸煮黑液的 治理 ; 组合 工艺 , 将物理与化学法或化学与生物法相
造纸废水 中含有 大量 的纤维 素 、 木质素、 半纤维 素、 单糖 、 无机碱及丹宁 、 树脂 、 白质等难降解有机 蛋 物, 污染物浓度高 , 同时 C D含量高 , O 排放量大等特 点 。 目前 , 造纸 工 业废 水 的常规 处 理 工 艺 : 理 处 理 物
法 、 学 氧 化法 、 化 生物 处 理法 、 回 收法 及组 合 工 艺 。 碱 光催 化 氧 化 法 是近 年 来 快速 发 展 起 来 的新 型 水 处 理 技 术 , 一 定波 长 下利 用 光 快速 分 解 有 机 物 , 其 是 在 尤 将 难 降解 的有 机污 染 物 氧化 为 无 污 染 的无 机 物 的物

烯烃环氧化光催化

烯烃环氧化光催化

烯烃环氧化光催化烯烃环氧化光催化是一种重要的化学反应,它可以将烯烃类化合物转化为环氧化合物。

这种反应在有机合成中具有广泛的应用,可以用于制备药物、精细化工品等。

本文将介绍烯烃环氧化光催化的原理、应用以及研究进展,并探讨其在未来的发展方向。

烯烃环氧化光催化的原理是利用光能激发催化剂上的电子,使其进入激发态,然后与烯烃反应生成中间体,最终形成环氧化合物。

这种催化反应需要合适的催化剂和光源,催化剂可以是过渡金属配合物或有机小分子,光源可以是紫外光或可见光。

烯烃环氧化光催化具有许多优点。

首先,它是一种环境友好的反应,不需要使用有毒或有害的试剂。

其次,它的反应条件温和,反应效率高,产率较高。

此外,烯烃环氧化光催化还具有反应选择性好的特点,可以在多官能团存在的情况下实现高选择性。

烯烃环氧化光催化在有机合成中有着广泛的应用。

它可以用于合成重要的药物分子,如抗癌药物、抗生素等。

此外,它还可以用于制备精细化工品,如高级聚合物、涂料等。

烯烃环氧化光催化的应用领域还在不断拓展,如合成功能性材料、有机电子器件等。

近年来,烯烃环氧化光催化的研究进展迅速。

研究人员不断开发新型的催化剂和光源,以提高反应的效率和选择性。

同时,他们也在探索反应机理和催化剂的结构活性关系,以深入理解反应的本质。

这些研究成果为进一步优化烯烃环氧化光催化反应提供了重要的指导。

未来,烯烃环氧化光催化的发展方向主要集中在以下几个方面。

首先,研究人员将继续改进催化剂的设计和合成,以提高其催化活性和稳定性。

其次,他们将进一步探索新的反应体系,拓展烯烃环氧化光催化的适用范围。

此外,研究人员还将致力于解决反应的副产物问题,以提高反应的纯度和产率。

烯烃环氧化光催化是一种重要的化学反应,具有广泛的应用前景。

通过不断深入研究和探索,我们有望进一步优化烯烃环氧化光催化反应,实现更高效、高选择性的有机合成。

这将为药物合成、精细化工品制备等领域的发展提供重要支持,推动化学科学的进步。

光催化氧化法在造纸废水处理中的研究进展

光催化氧化法在造纸废水处理中的研究进展

2光 催 化 氧 化 法 的 原 理 及 特 点
光催 化 氧化法 是 以紫外 光 、模 拟太 阳光 或 自然
水; 抄纸 机上 的废水 , 又称造 纸 白水 等几 大类 。造 纸
黑 液污 染最 为严重 .所 含 的污染 物 占污染排 放总 量
光 等为光 源 . 在光化 学 氧化 中加入 适 当的n 型半导 体
等难降解有 机污染 物 , 使废水 色度深 、 碱度 大 , O 浓 C D
度高 、 毒性 大。光催化氧化 法可 以有效 降解造纸废 水 中 的木质 素和 酚类物 质 、 全消 除毒性 , 完 其处 理效 果 良好 、 可行 性 强 . 同时光催 化氧 化法对 于二 嗯英 等有
处理 单元 先去 除部分 不溶 物 以提 高处 理效 果 ,并且
造纸工业废水 常规处理技术 有 : 物理处理法— —
包括混凝 沉淀 、 膜过滤 、 吸附法等 ; 学氧化法— —利 化 用化学试 剂的氧化作用 . 废水 中的部分溶解 性污染 将
物转化 为低毒无毒 的物 质 : 生物处 理法——利 用微生
物 的新 陈代谢 功能 , 在好 氧微 生物 、 氧 微生物 或兼 厌
快 速并有 效地 降低废 水 中的C D , 最佳 反应 条件 O 0在 下, 废水 的C D 从8 0 gL U 8 / , 除率 达 到 0 。 0 m / 降 ̄ 4 mg 去 L
9 %。另有利 用X D、E 4 R S M对光 催化 颗粒 材料 进行 结
构表 征 .并通 过 絮凝一 颗粒材 料光 催化 氧化法 对造
光催 化氧 化法 除 了单 相外 .还有 多 相 光催化 氧 化法 . 氧化作 用无 选择性 . 使大 多数 有机 污染 物 其 可

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

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

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。

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

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。

光电化学催化剂的研究与开发

光电化学催化剂的研究与开发

光电化学催化剂的研究与开发随着能源环保问题的加剧,人们对新能源的需求和研究也愈发迫切。

在新能源领域,光电化学技术是一个备受关注的领域。

光电化学催化剂作为光电化学技术的关键组成部分,在新能源开发中发挥着举足轻重的作用。

本文将介绍光电化学催化剂的定义、分类、研究与发展现状,并着重探讨其在新能源开发过程中的应用及前景。

一、光电化学催化剂的定义与分类光电化学催化剂是指在太阳能、光能、化学能等各种能量的作用下,促进化学反应发生的材料。

可以分为三大类:光照生物催化剂、光化学催化剂和光电化学催化剂。

其中,光电化学催化剂是指将光化学催化剂和光对半生物催化剂进行结合而成的新型催化剂。

其本质是利用光电催化反应来增强光化学催化反应中的电荷传递,从而提高反应速率、降低反应温度和改善反应选择性。

二、光电化学催化剂的研究与发展现状近年来,光电化学催化剂领域的研究与发展取得了突破性进展。

首先,材料科学的迅速发展为光电化学催化剂领域的发展提供了新的技术平台。

其次,传统习惯所限制的设计思路的转变和新的组合方法的引进,也为光电化学催化剂的研究提供了新的思路和方法。

其中,金属氧化物、半导体材料和复合材料等是目前研究的热点。

此外,一些纳米结构分子和输运分子外壳也被广泛应用于光电化学催化剂中。

三、光电化学催化剂在新能源领域的应用在新能源领域中,光电化学催化剂广泛应用于太阳能电池、水分解、CO2还原和双氧水催化氧化等领域中。

具体而言,光电化学催化剂在太阳能电池中作用为提高电荷分离效率和光吸收效率,从而提高发电效率。

在水分解中,光电化学催化剂可通过模拟光合作用的过程来产生氢气,并将其用于燃料电池中。

在CO2还原中,光电化学催化剂能够有效地减少对环境的不良影响,并将CO2转化为有价值的有机化合物。

在双氧水催化氧化中,光电化学催化剂也具有重要作用。

四、光电化学催化剂的开发前景随着可持续发展理念的普及和可再生能源的逐渐代替传统化石能源,光电化学催化剂的研究和开发已成为不可避免的趋势。

光催化氧化技术及其应用

光催化氧化技术及其应用

光催化氧化技术及其应用光催化氧化技术是一种利用光催化材料对有害物质进行氧化分解的技术。

该技术通过光催化剂吸收光能,激发电子,产生活性氧物种,从而实现对有害物质的分解和去除。

光催化氧化技术在环境治理、能源利用等领域具有广泛的应用前景。

光催化氧化技术的基本原理是光催化剂在光照条件下吸收光能,电子被激发到导带,形成活性电子和空穴。

活性电子和空穴能够与吸附在光催化剂表面的氧分子和水分子发生反应,产生活性氧物种。

活性氧物种具有较高的氧化能力,可以与有害物质直接接触,使其发生氧化分解反应。

光催化氧化技术具有高效、无污染、选择性好等特点,被广泛应用于环境治理和能源利用领域。

光催化氧化技术在环境治理领域的应用主要包括空气净化和水处理。

在空气净化方面,光催化氧化技术可以有效去除空气中的有机污染物、挥发性有机物和有害气体。

光催化氧化技术可以将这些有害物质氧化分解为无害的水和二氧化碳,从而实现空气净化的目的。

在水处理方面,光催化氧化技术可以去除水中的有机污染物、重金属离子和微生物。

光催化氧化技术可以有效分解这些有害物质,提高水质的安全性和可用性。

光催化氧化技术在能源利用领域也有广泛的应用。

光催化氧化技术可以利用太阳能进行水分解,产生氢气和氧气。

这种方法是一种可持续的能源利用方式,可以解决能源危机和环境污染问题。

此外,光催化氧化技术还可以用于太阳能电池、光催化燃料电池等能源设备的制备和改进。

光催化氧化技术的应用可以提高能源利用效率,减少能源消耗和环境污染。

光催化氧化技术的应用还在不断拓展。

目前,研究人员正在研发新型的光催化剂和光催化材料,以提高光催化氧化技术的效率和稳定性。

同时,研究人员还在探索光催化氧化技术在新能源、环境治理和生物医药等领域的应用。

光催化氧化技术的不断发展将为解决环境和能源问题提供新的解决方案。

光催化氧化技术是一种利用光催化剂对有害物质进行氧化分解的技术。

光催化氧化技术在环境治理、能源利用等领域具有广泛的应用前景。

TiO2光催化氧化技术的研究进展

TiO2光催化氧化技术的研究进展

The De eo m e f Pho o a a y i c o o y Ba e n Ti v lp nt 0 t c t l tc Te hn l g s d 0 O2
S a iu Del Hupi g h n Zhj n, , ' g i n
( n i n e t c ne & E gne n e at e t T n j U i r t h n h i 2 0 9 , hn ) E v o m n lS i c r a e n ie r g D p r n, o g n es y a g a i m i v i ,S 0 0 2 C ia Ab t a t P oo aa yi e u t n i t o f a v n e x g n t n h s b e i ey r s a c e n s r c : h t c t lt r d c o l a me h d o d a c d o y e a i a e n w d l e e r h d i c i l s o t ame t o n e rd b e p l t n s a e n t e t e r f a v c x g n t n a d r s a c f t i r t n f u d g a a l ol a t.B s d o o y o d a e o y e ai e u h h n d o n e e rh o s h i d t s p p r i u t t e e o me t o h t t t rd c o f l , i a e l s a s t e d v lp n f p oo aayi e u t n a d if e cn a tr. a w i t e h re h c l c i n n u n i g fc osMe n h l i l e

关于多相光催化氧化的理论与实践发展

关于多相光催化氧化的理论与实践发展

关于多相光催化氧化的理论与实践发展多相光催化氧化是一种将光与催化剂相结合,利用光照裂解氧气分子,产生活性氧物种进行氧化反应的方法。

自从1972年Fujishima和Honda报道了光催化水分解以来,光催化技术在环境净化、能源转化以及有机合成等领域得到了广泛应用。

多相光催化氧化的理论基础主要来自于光化学和催化化学的原理。

光化学原理是指在光照下,由于光的激发作用,分子中的电子在能级上发生跃迁,从而改变了分子的化学性质。

催化化学原理是指催化剂通过吸附反应物分子,调整反应物分子的电子结构,从而降低了反应的活化能,提高了反应的速率。

多相光催化氧化实践中的催化剂种类非常丰富,主要包括半导体光催化剂、金属纳米颗粒光催化剂、金属氧化物光催化剂和有机功能材料光催化剂等。

半导体光催化剂是最早应用的一种催化剂,如TiO2、ZnO等。

这些催化剂具有良好的光吸收和光电化学性能,能够将光能转化为电能,从而有效地激发氧化反应。

金属纳米颗粒光催化剂是一种新兴的催化剂,如金、银、铜等。

金属纳米颗粒具有很大的比表面积和丰富的表面活性位点,能够有效地吸附和激发氧化反应。

金属氧化物光催化剂如Fe2O3、MnO2等具有较高的光吸收和光电化学性能,能够在可见光下激发氧化反应。

有机功能材料光催化剂是指将染料分子或有机导电材料修饰在催化剂表面,利用染料分子或有机导电材料本身的光敏性能直接激发氧化反应。

多相光催化氧化的反应机理主要包括两步:光激发和氧化反应。

光激发是指光照射下,光催化剂吸收光能,电子从价带跃迁至导带,形成电子空穴对。

气体氧分子在光激发的作用下,被裂解成活性氧物种,如O2·-、OH·等。

这些活性氧物种具有很强的氧化性,能够与污染物分子发生反应,将有机物氧化为无机物或减少有机物浓度。

氧化反应是指活性氧物种与污染物分子发生反应,氧化产物被催化剂吸附或溶解出来。

光催化反应所需的光照强度和光照时间、催化剂的种类和负载方式、反应温度和氧气浓度等因素都会影响催化效果。

光催化臭氧氧化技术及其催化剂研究现状

光催化臭氧氧化技术及其催化剂研究现状

光催化臭氧氧化技术及其催化剂研究现状光催化臭氧氧化技术及其催化剂研究现状近年来,环境污染日益严重,臭氧是一种常见的污染物之一。

臭氧对人体健康和环境产生负面影响,因此需要采取有效措施来降低臭氧浓度。

光催化臭氧氧化技术是一种有希望解决臭氧污染的先进技术,它结合了光催化和臭氧氧化的优势,能高效地降解臭氧。

光催化是一种利用光能激发催化剂表面电荷产生催化作用的技术。

在光照射下,催化剂表面的电子会受到光子的能量激发,从而形成激发态电子。

这些激发态电子能够与周围的氧气和水分子发生反应,产生活泼的氧化剂,如羟基自由基(·OH)。

这些活泼氧化剂能够高效地氧化臭氧分子,将其分解成无害的氧气和水。

在光催化臭氧氧化技术中,催化剂的选择对其性能起到至关重要的作用。

常见的光催化剂包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和二氧化铟(In2O3)等。

这些催化剂具有较高的光吸收能力和较高的光电转化效率,能够有效地激发电荷转移反应,并促进臭氧分解反应的进行。

目前,许多研究团队致力于寻找更高效的催化剂,以提高光催化臭氧氧化技术的性能。

一种被广泛研究的催化剂是氧化物氮化物(Oxynitride)。

氧化物氮化物具有较窄的能带间隙和较高的光吸收能力,有望提高光催化臭氧氧化技术的效率。

此外,一些研究还尝试利用纳米材料改性催化剂,如纳米粒子掺杂、表面修饰等,来增加催化剂的活性和稳定性。

这些研究为光催化臭氧氧化技术的发展提供了新的思路和方法。

然而,尽管光催化臭氧氧化技术在实验室中显示出很大潜力,但在实际应用中仍存在一些挑战。

首先,催化剂的制备成本较高,限制了其大规模应用的可能性。

其次,光催化过程受到环境因素的影响较大,如温度、湿度和气体组分的变化等,这些因素可能导致催化剂的活性降低。

此外,光催化技术需要较长的光照时间,这增加了其在实际应用中的能耗。

综上所述,光催化臭氧氧化技术是一种有潜力的新型臭氧治理方法。

通过合理选择催化剂和改进催化剂的制备方法,可以提高光催化臭氧氧化技术的性能。

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农药一般为除草剂和杀虫剂 ,其危害范围很广 ,在 大气 、土壤和水体中停留时间长 ,所以其分解除备受人 们的关注 。利用光催化去除农药的优点是它不会产生 毒性更高的中间产物 ,这是其他方法所无法比拟的 。 3. 3 卤代有机化合物
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Ke y wo rd s: photochem ical catalytic oxidation; Fenton; sem iconductor photocatalysis
由于经济的发展 ,人们生活水平的提高 ,工业的发 展速度加快 ,导致污水的有毒 、有害难降解物质增多 , 传统的水处理工艺已不能很好的处理这些有毒有害难 以降解的污染物质 ,处理效果达不到排放标准 。于是 人们急需一门水处理技术来解决这些问题 。这就要求 污水处理方法更具针对性 ,水处理高级氧化技术就是 针对污水中难降解的无机和有机物质而出现的水处理 工艺 。
DU Bo CHEN Xiaoyan ( InnerM ongolia A cadem y of Environm en ta l S ciences, Hohhot 010010)
A b s tra c t: The high - level oxidation technology of water disposal is new field of water disposal in recent years. Through chem ical and
有机物的能力 ,具有杀菌 、除臭 、光催化降解有机污染
物的功能 。
3 水处理中的应用
近年来 ,许多学者开展了使用光助 Fenton降解典 型有机污染物的研究 ,如 4 - CP ( Ruppert, 1993) ,硝基 酚 (L ipczynsk - Kochany, 1991 ) ,苯酚和苯甲醚 ( Zepp , 1992)及甲基对硫磷 ( Pignatello和 Sun, 1995) 。也有少 量研究开展 于实 际废 水的 降解研 究 , 如垃 圾渗 滤液 ( Soo - M. Kim , 1997)等 。
关键词 : 光化学催化氧化 ; 光助 - 芬顿 ; 半导体光催化 中图分类号 : X515 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 0370 (2007) 02 - 0052 - 03
RESEARCH O N PHO TOCHEM ICAL CATALY T IC O X IDAT IO N TECHNOLO GY
很强的氧化分解能力 ,其中 OH 自由基具有 402. 8MJ /
mol反应能 ,可以破坏坏有机物中的 C - C、C - H、C -
N、C - O、N - H等键 ,对光催化氧化起决定作用 。氧化
作用既可通过表面键合羟基的间接氧化 ,即粒子表面
捕获的空穴氧化 ;又可以在粒子内部或颗粒表面经价
带空穴直接氧化 ;或同时起作用 。因而具有高效分解
内蒙古环境科学 第 19卷 第 2期 2007年 6月
这类物质包括卤代脂及烃 、卤代芳香烃 、卤代脂及 酸等 。这类物质在各国提出的优先控制的有害物质 “黑名单 ”中占有相当大的比例 ,因而研究其催化分解 条件 、机理都有很大的现实意义 。这类物质在光催化 分解的过程中 ,一般先羟基化 ,再脱卤 ,逐步分解 ,直至 分解为 CO2 、H2 O 等简单的无机物 。 3. 4 表面活性剂
收稿日期 : 2007 - 04 - 10 作者简介 :杜 波 (1983 - ) ,男 ,本科 ,现从事环境影响评价工作.
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内蒙古环境科学 第 19卷 第 2期 2007年 6月
光化学催化氧化技术研究进展
杜 波 陈晓燕
(内蒙古自治区环境科学研究 ,呼和浩特 010010)
摘要 : 水处理高级氧化技术 ,是近 20年来水处理技术新领域 ,它通过化学或物理化学的方法将污水中的污
染物质直接氧化成无机物 ,或将其转化为低毒的易生物降解的中间产物 ,最终达到排放标准 。由于水处理高 级氧化技术是新兴起的水处理技术 ,所以有许多地方并不是非常完善 ,有待于国内外的专家学者进行深入研 究并逐步完善 。目前 ,采用高级氧化技术解决水污染问题已成为国际上水处理领域的热点课题 。
表面活性剂在工业和生活中广泛应用 ,使得水体 的污染也日益严重 ,它进入水体后能命名水产生异味 和大量泡沫 ,同时影响废水的生化处理 。表面活性剂 进入人体后 ,能刺激体重增加 ,提高肝脏合成胆固醇的 速度 。目前广泛使用的合成表面活性剂包括不同的碳 链结构 ,随结构的不同 ,光催化降解性能往往有很大的 差异 。H idaka等对表面活性剂比仅含烷基或烷氧基的 更易断定链降解实现无机化 ,直链部分降解速度极慢 。
水处理高级氧化技术包括的内容较多 ,其中光化 学催化氧化是水处理高级氧化技术里一类处理效率很 高的污水处理氧化技术 。光化学氧化又称有光催化降
解 ,一般可分为均相 、非均相两种类型 。均相光催化降 解主要以 Fe2 +或 Fe3 + 及 H2 O2 为介质 ,通过光助 - 芬 顿 ( Photo - Fenton)反应使污染物得到降解 ,此类反应 能直接利用可见光 ;多相光催化降解就是在污染体系 中投加一定量的光敏半导体材料 ,同时结合一定能量 的光辐射 ,使光敏半导体在光的照射下激发产生电子
影响 UV / Fenton反应的因素有 : 有机物浓度的影 响 ,亚铁离子浓度的影响 ,过氧化浓度的影响 。不同载 气的影响 , PH 值和温度的影响 ,反应时间的影响 。
2 非均相光化催化氧化基本原理
与金属相比 ,半导体能带是不连续的 ,在填满电子 的低能价带 ( valence band, VB )和空的高能导带 ( con2 duction band, CB )之间存在一个禁带 。用作光催化剂 的半导体大多是金属的氧化物和硫化物 ,一般具有较 大的禁带宽度 。如被经常研究的 TiO2 ,在 pH = 1 时的 带隙为 3. 2eV ,相当于波长为 400nm 的光的能量 。在 波长小于 400nm 的光照射下 ,可吸收能量高于基禁带 宽度的波长光的辐射 ,产生电子跃迁 。价带电子被激 发到导带 ,形成空穴一电子对 ,并吸附在其表面的 H2 O 和 O2 ,由于能量传递 ,形成活性很强的自由基和超氧离 子等活性氧 ,诱发光学反庆 ,具有光催化能力 ,其反应 如下 :
光化学催化氧化技术研究进展 杜 波 陈晓燕
1 均相光化学催化氧化基本原理
均相光化学催化氧化主要 是指 UV / Fenton 试 剂 法 。它的基本原理如下 :
H2 O2 + UV → 2O H Fe2 +在 UV 光照条件下 ,可以部分转化为 Fe3 + ,所 转化的 Fe3 +在 pH = 5. 5的介质中可以水解生成羟基化 的 Fe (OH ) 2 + , Fe (OH ) 2 + 在紫外光作用下又可又转化 为 Fe2 + ,同时产生 ·OH:
H2 O + h+ → O H + H+ h+ + OH- →OH
O2
+
e+

O
2
O
2
+ H+ →OOH
2OO H → H2 O2 + O2- → 2O H + 2O H- + O2
式中 e- 和 h+分别代表晶体表面的电子和空穴 ,它
们与水及氧反应的产物是 O2- (过氧离子 )及反应活性
很高的 OOH 或 OH (氢氧基 ) 。由于生成的自由基具有
Fe (O H ) 2 + → Fe2 + +·O H 正是由于上式的存在使得过氧化氢的分解速率远 大于亚铁离子或紫外催化过氧化氢分解速率的简单加 和。
光还原生成的 Fe2 +与 H2O2 再进行 Fenton反应 。 以上反应产生的 ·OH 可以与有机物 HRH 发生反 应产生有机自由基 RH ·,如下式所示 :
physical - chem ical method, the pollutants of wastewater are oxidized into inorganic substance, or turned to be low toxic and p rone - biode2 gradable intermediate substance, finally reaching the discharge standard.
此外 ,更值得我们研究的是光催化氧化技术与其 他废水处理技术的联用 。虽然 ,利用光催化氧化的方 法进行废水处理的效果很好 ,但它的费用实在太高 ,不 利于推广 。如果 ,采用光催化氧化技术与其他废水处 理技术的联用 ,比如 ,光催化氧化与生化 。在进行一定
虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解 反应还较难完全氧化成 CO2 ,但随着表面活性剂苯环部 分的破坏 ,表面活性及毒性大为降低 ,生成的长链烷烃副 产物对环境危害性明显减小 。目前国内外公认 ,将此法 用于废水中表面活性剂的处理具有很大的吸引力 。 3. 5 含油废水
随着石油工业的发展 ,每年有大量的石油流入海 洋 ,对水体及海岸环境造成严重污染 。对于这种不溶 于水且漂浮于水面上的油类及有机污染物的处理 ,也 是近年来人们关注的课题 。方佑龄等用硅偶联剂将纳 米 TiO2 偶联在硅铝空心微球上 ,制备了漂浮于水面上 的 TiO2 光催化剂 ,并以辛烷为代表 ,研究了水面油膜污 染物的光催化分解 ,取得了满意的效果 。 3. 6 无机污染物废水的处理
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