光催化降解有机污染物进展PPT
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⑶有机物光催化剂
①卟啉类化合物光催化剂：具有共轭双键大 环的卟琳类化合物在适当的条件下可传递 电子，或经光照激发出电子。金星龙等报 道¨ ，高分子金属卟啉具有很高的光敏性 ，在日光照射下有良好的光催化降解效率 ，能完全降解混合染料，可用于催化降解 各种废水，如染料废水、化工废水和生活 污水等。
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纳米T iO2 光催化剂应用 ①水环境有机污染物的去除 • 水环境有机污染物种类繁多, 以酚类、卤代
烃、芳烃及其衍生物、杂环化合物的毒性 为最, 几乎遍布于所有废水中, 其中又以化 工废水、印染废水、造纸废水、制药废水 含量最多、成份最复杂、毒性最大。纳米 TiO2 [8]可以有效地降解多种有机污染物并将 多种有机物全部或部分矿化为CO2、H 2O 或毒性较小的有机物
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㈢光催化降解的催化剂
• 主要的光催化剂类型：
⑴金属氧化物或硫化物光催化剂 ⑵ 分子筛光催化剂 ⑶有机物光催化剂
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⑴金属氧化物或硫化物光催化剂
• 常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO2、 ZnO、WO3、Fe2O 、ZnS、CdS和PbS等 。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱 中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好 地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用 寿命有限。TiO2具有催化能力强、化学稳定 性好、无毒、价格低等优点，是目前研究和 应用最广泛的光催化剂[3]。
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②小空间空气净化 • 利用TiO2 可以降解大部分气相有机污染物
。如甲苯蒸汽可使人头痛、恶心, 对中枢 神经系统有麻醉作用, 。 田地 [ 9 ] 等利用碳黑 改性铝材负载TiO2 降解甲苯蒸汽， 降解率 达85.15%, 催化活性可保持20 h 基本不变 。段晓东等利用掺铁改性纳米TiO2 降解汽 油蒸汽, 蒸汽中的7 种有机物降解率均在 98%以上。
光催化及其对有机污染物的降解
主讲人：几米
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主要内容
• ㈠研究背景 • ㈡光催化氧化降解机理 • ㈢光催化降解的催化剂 • ㈣光催化降解实例 • ㈤结论
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㈠研究背景
• 有机污染物广泛地存在于水、土壤和大气 环境中，这些有机污染物只有少部分能在 自然环境中自行降解，其中大多数是有毒 有害的物质。一些还有“致癌、致畸、致 突变”的“三致性”。
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• TiO2 用于居室空气处理尤其具优势, 可将T iO2 镀于内墙、家具和装饰物表面, 也可将TiO2 掺和 于混凝土中使用, 甚至直接应用到污染源上。张 悠金[10]等将纳米TiO2 加入到卷烟烟嘴中, 实现 了对烟焦油和尼古丁的截留( 截留率28.14%~ 45.13%) , 这对于人体健康及居室环境空气质量 具有十分重要的意义。
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为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性 能可对其进行修饰改性:
①表面修饰的光催化剂：表面修饰的方式主 要有沉积贵金属[4]、掺杂过渡金属离子[5]和 半导体的复合[6] 等。
②纳米材料光催化剂[7] ：当催化剂粒度在 1nm～ l0nm时，呈现纳米材料的表面效应 和量子效应，催化活性提高。纳米催化剂 还具有可见光透过性好、光吸收能力强、 耐热性好、耐腐蚀和无毒等优点。
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㈡光催化氧化降解机理[2]
• 光催化氧化的机理主要是自由基反应，而 体系产生的活性中间体H2O2则是形成自由 基的重要引发剂。
• 以下任何反应都可以使 H2O2产生羟基自由 基 H2O2----2OH. H2O2+O2----OH.+OH- +O2 H2O2+e----- OH.+OH-
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• 光催化体系中的有机物在·OH作用下，发生 快速氧化反应及自由基链反应，而使有机 物迅速矿化而去除．
物
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⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物
• 纳米TiO2 是一种环保型多相半导体光催化 剂, 主要用于中低浓度废水处理、小空间空 气净化、材料表面自清洁、重金属回收等 领域, 与传统除污工艺相比, 具有无毒、安 全、稳定性好、催化活性高、见效快、能 耗低、可重复使用等优点, 是近年来半导体 材料用于环保领域中研究最多 、最具发展 前景的高新技术材料之一。
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③负载型光催化剂：负载型光催化剂避免了 光催化悬浮体系中催化剂难分离回收的问 题，从而实现连续稳定操作。负载方法可 以是在基质上制成催化剂膜，或催化剂以 微粒状吸附负载于载体上。
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④微波等离子体处理的光催化剂：用微波等 离子体处理光催化剂的过程，是利用微波 等离子体中的分子离解成化学性质十分活 泼的原子或原子团，与光催化剂间进行化 学物理作用的过程。如将微波辐射技术用 于制备固体超强酸SO 2／TiO2，催化剂。 与常规加热法相比，微波加热制备的SO 2 ／TiO 2催化剂使乙烯的光催化氧化分解反 应的量子效率大大提高。
3
• 工业上去除有机物的方法有吸附浩、生化法 和混凝沉降法等。光催化降解法始于1972[1] 年，是近三十年发展起来的污水处理新方法。 自70年代末开始，利用光催化降解处理各类 污染物废水的研究已有大量的报导，光催化 降解法可以有效地降解多种有机污染物并将 多种有机物全部矿化为CO2、H 2O或毒性较 小的有机物．能彻底破坏有机物，达到无害 处理的要求。
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②金属酞菁类化合物光催化剂：酞菁类化合 物是一种重要的催化剂，它主要用于催化 有机反应。金属酞菁类化合物作为光催化 剂，在可见光下对于有机化合物如水杨酸 、对羟基苯甲酸、罗丹明B、硫代罗丹明B 和结晶紫等都能进行有效的光催化降解 。
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㈣光催化降解实例
• ⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物 • ⑵杂多酸光催化降解有机污染物 • ⑶多金属氧酸盐光催化降解水中有机污染
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⑵ 分子筛光催化剂
• 分子筛是一种高效、高选择性的光催化剂载 体，在分子筛的纳米微孔反应场里有一般光 催化系统难以实现的光催化性能。Zhang等 报道了Ti—MCM一41和Ti—MCM一48中孔 分 由子于M筛C对MC一O42在1具H有2O的中大还比原表的商光积催而化使作其用光， 催化活性有所提高。郑珊等 研究了负载纳 米 积 好金在的属介吸P孔收d孔电的道 子M中 作CMT用iO—，2T：可iO表有2光面效催的减化纳少剂米光，P生d认电有为子良沉和 空穴的表面复合，改善光催化性能。
⑶有机物光催化剂
①卟啉类化合物光催化剂：具有共轭双键大 环的卟琳类化合物在适当的条件下可传递 电子，或经光照激发出电子。金星龙等报 道¨ ，高分子金属卟啉具有很高的光敏性 ，在日光照射下有良好的光催化降解效率 ，能完全降解混合染料，可用于催化降解 各种废水，如染料废水、化工废水和生活 污水等。
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纳米T iO2 光催化剂应用 ①水环境有机污染物的去除 • 水环境有机污染物种类繁多, 以酚类、卤代
烃、芳烃及其衍生物、杂环化合物的毒性 为最, 几乎遍布于所有废水中, 其中又以化 工废水、印染废水、造纸废水、制药废水 含量最多、成份最复杂、毒性最大。纳米 TiO2 [8]可以有效地降解多种有机污染物并将 多种有机物全部或部分矿化为CO2、H 2O 或毒性较小的有机物
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㈢光催化降解的催化剂
• 主要的光催化剂类型：
⑴金属氧化物或硫化物光催化剂 ⑵ 分子筛光催化剂 ⑶有机物光催化剂
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⑴金属氧化物或硫化物光催化剂
• 常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO2、 ZnO、WO3、Fe2O 、ZnS、CdS和PbS等 。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱 中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好 地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用 寿命有限。TiO2具有催化能力强、化学稳定 性好、无毒、价格低等优点，是目前研究和 应用最广泛的光催化剂[3]。
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②小空间空气净化 • 利用TiO2 可以降解大部分气相有机污染物
。如甲苯蒸汽可使人头痛、恶心, 对中枢 神经系统有麻醉作用, 。 田地 [ 9 ] 等利用碳黑 改性铝材负载TiO2 降解甲苯蒸汽， 降解率 达85.15%, 催化活性可保持20 h 基本不变 。段晓东等利用掺铁改性纳米TiO2 降解汽 油蒸汽, 蒸汽中的7 种有机物降解率均在 98%以上。
光催化及其对有机污染物的降解
主讲人：几米
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主要内容
• ㈠研究背景 • ㈡光催化氧化降解机理 • ㈢光催化降解的催化剂 • ㈣光催化降解实例 • ㈤结论
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㈠研究背景
• 有机污染物广泛地存在于水、土壤和大气 环境中，这些有机污染物只有少部分能在 自然环境中自行降解，其中大多数是有毒 有害的物质。一些还有“致癌、致畸、致 突变”的“三致性”。
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• TiO2 用于居室空气处理尤其具优势, 可将T iO2 镀于内墙、家具和装饰物表面, 也可将TiO2 掺和 于混凝土中使用, 甚至直接应用到污染源上。张 悠金[10]等将纳米TiO2 加入到卷烟烟嘴中, 实现 了对烟焦油和尼古丁的截留( 截留率28.14%~ 45.13%) , 这对于人体健康及居室环境空气质量 具有十分重要的意义。
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为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性 能可对其进行修饰改性:
①表面修饰的光催化剂：表面修饰的方式主 要有沉积贵金属[4]、掺杂过渡金属离子[5]和 半导体的复合[6] 等。
②纳米材料光催化剂[7] ：当催化剂粒度在 1nm～ l0nm时，呈现纳米材料的表面效应 和量子效应，催化活性提高。纳米催化剂 还具有可见光透过性好、光吸收能力强、 耐热性好、耐腐蚀和无毒等优点。
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㈡光催化氧化降解机理[2]
• 光催化氧化的机理主要是自由基反应，而 体系产生的活性中间体H2O2则是形成自由 基的重要引发剂。
• 以下任何反应都可以使 H2O2产生羟基自由 基 H2O2----2OH. H2O2+O2----OH.+OH- +O2 H2O2+e----- OH.+OH-
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• 光催化体系中的有机物在·OH作用下，发生 快速氧化反应及自由基链反应，而使有机 物迅速矿化而去除．
物
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⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物
• 纳米TiO2 是一种环保型多相半导体光催化 剂, 主要用于中低浓度废水处理、小空间空 气净化、材料表面自清洁、重金属回收等 领域, 与传统除污工艺相比, 具有无毒、安 全、稳定性好、催化活性高、见效快、能 耗低、可重复使用等优点, 是近年来半导体 材料用于环保领域中研究最多 、最具发展 前景的高新技术材料之一。
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③负载型光催化剂：负载型光催化剂避免了 光催化悬浮体系中催化剂难分离回收的问 题，从而实现连续稳定操作。负载方法可 以是在基质上制成催化剂膜，或催化剂以 微粒状吸附负载于载体上。
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④微波等离子体处理的光催化剂：用微波等 离子体处理光催化剂的过程，是利用微波 等离子体中的分子离解成化学性质十分活 泼的原子或原子团，与光催化剂间进行化 学物理作用的过程。如将微波辐射技术用 于制备固体超强酸SO 2／TiO2，催化剂。 与常规加热法相比，微波加热制备的SO 2 ／TiO 2催化剂使乙烯的光催化氧化分解反 应的量子效率大大提高。
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• 工业上去除有机物的方法有吸附浩、生化法 和混凝沉降法等。光催化降解法始于1972[1] 年，是近三十年发展起来的污水处理新方法。 自70年代末开始，利用光催化降解处理各类 污染物废水的研究已有大量的报导，光催化 降解法可以有效地降解多种有机污染物并将 多种有机物全部矿化为CO2、H 2O或毒性较 小的有机物．能彻底破坏有机物，达到无害 处理的要求。
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②金属酞菁类化合物光催化剂：酞菁类化合 物是一种重要的催化剂，它主要用于催化 有机反应。金属酞菁类化合物作为光催化 剂，在可见光下对于有机化合物如水杨酸 、对羟基苯甲酸、罗丹明B、硫代罗丹明B 和结晶紫等都能进行有效的光催化降解 。
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㈣光催化降解实例
• ⑴纳米TiO2 光催化降解有机污染物 • ⑵杂多酸光催化降解有机污染物 • ⑶多金属氧酸盐光催化降解水中有机污染
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⑵ 分子筛光催化剂
• 分子筛是一种高效、高选择性的光催化剂载 体，在分子筛的纳米微孔反应场里有一般光 催化系统难以实现的光催化性能。Zhang等 报道了Ti—MCM一41和Ti—MCM一48中孔 分 由子于M筛C对MC一O42在1具H有2O的中大还比原表的商光积催而化使作其用光， 催化活性有所提高。郑珊等 研究了负载纳 米 积 好金在的属介吸P孔收d孔电的道 子M中 作CMT用iO—，2T：可iO表有2光面效催的减化纳少剂米光，P生d认电有为子良沉和 空穴的表面复合，改善光催化性能。