光催化降解有机污染物

2、光催化剂
a锐钛矿型 b 金红石型 图1 TiO2两种晶型结构图
2、光催化剂
• 2、两种晶型TiO2的比较 • 金红石的晶格比锐钛矿小，致密度高，具有更
好的稳定性和较高的硬度、密度、折射率和介 电常数。 • 锐钛矿在常温下较稳定，必须在高温条件下才 可以向金红石型发生转变，且不可逆。 • 锐钛矿对可见光的反射率高于金红石，对紫外 线的吸收能力不如金红石，比金红石的光催化 活性高。 • 金光生红电石子的和比空表穴面容积易较复小合，对，O降2低的了吸金收能红力石较的差光， 催化活性。
1、有机污染物处理的重要性
• 自1972年日本学者藤島(Fujishima)和本田(Honda)发 现TiO2单晶能光电催化分解水以来，光催化氧化还 原技术，在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、太阳 能开发等方面具有广阔的应用前景，受到世界各国 的广泛关注，并得到了迅速发展。
• 大量研究证实：染料、表面活性剂、有机卤化物、 农药、油类、氰化物等许多难降解或用其它方法难 以去除的有机污染物都能够通过光催化氧化反应有 效的降解、脱色、去毒，并最终完全矿化为CO2、 H的2O，及从其而他消无除机对小环分境子的物污质染，。达到完全无机化的目
• 当半导体光催化剂受到光子能量高于半导体禁带宽度的 入射光照射时，位于半导体催化剂价带的电子就会受到 激发进入导带，同时会在价带上形成对应的空穴，即产 生光生电子-空穴对。
• 光生电子(e-)具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将 吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导 体表面的电子受体被还原。而受激发产生的光生空穴(h+) 则或是表良面好 羟的 基氧 （化OH剂-），反一应般生会成通具过有与很化强学氧吸化附能水力（的H羟2O基） 自由基（·OH）。
CdSe
+1.6
-0.1
1.7
729
2、光催化剂
• 1. TiO2的结构 • 二氧化钛是钛的氧化物。根据晶型可以划
分为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种。 金红石矿在自然界中分布最广，锐钛矿型 TiO2 属于四方晶系，板钛矿型TiO2由于属于 正交晶系很不稳定，金红石型TiO2相对于锐 钛矿型和板钛矿型来说应用较广。
4、光催化反应机理
• 研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物 并使之矿化。实验证明一般光催化反应都是在 空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气 中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加 速反应的进行，从原理上分析普遍认为氧气的 存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合， 同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由 氧O2-，接wk.baidu.com与H+生成HO2，最后再生成羟基自 由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要 来源。
1、有机污染物处理的重要性
• 我国学者金奇庭等人通过研究观察发现： 很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明 显的毒害作用。这些有机化合物必须通过 一些其他的非生物的降解技术来除去
• 光催化处理有机污染物的技术由于其价廉， 无毒，节能，高效的优势逐渐成为各界人 士研究的重点，光催化的研发也一跃成为 当前国际热门研究领域之一。
• 纳米级TiO2催化剂的制备： 1. 将TiO2溶于一定去离子水中。 2. 在高温下，水热分解得到TiO2溶胶。 3. 通过蒸发除去溶液中的水和HCl，得到锐钛
矿与金红石混合晶型的P-25 TiO2。
4、光催化反应机理
• 半导体物质存在着价带、导带和禁带。被电子占有的能 带称为价带，它的最高能级为价带缘。相邻的那个较高 能级即激发态称为导带，它的最低能级即导带缘：价带 缘与导带缘的能级差为禁带宽度Eg。
2、光催化剂
水溶液pH=1时，若干半导体光催化剂的能位数据表
半导体 价带(V) 导带(V) 能隙(eV) 最大吸收波长(nm)
TiO2
+3.1
-0.1
3.2
387
SnO2
+4.1
+0.3
3.9
318
ZnO
+3.0
-0.2
3.2
387
ZnS
+1.4
-2.3
3.7
335
CdS
+2.1
-0.4
2.5
496
光催化降解有机污染物
19113219 高思睿
1、有机污染物处理的重要性
• 在21世纪，能源与环境问题已经成为世界关注 的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决 环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研 究部门的高度重视。
• 水和空气作为人类最宝贵的资源，随着工业进 程的加快，大量的废水、废气被排入其中，其 中的有毒有机化合物会在人体内富集，给健康 带来巨大威胁。而且在这些化合物中，有部分 化合物用平常的处理方法很难将其降解。
2、光催化剂
• 主要的光催化剂类型： 1. 金属氧化物或硫化物光催化剂 2. 分子筛光催化剂 3. 有机物光催化剂 • 在光催化中采用半导体物质作为光催化剂，
有ZnO、CdS、WO3、 TiO2等。由于TiO2具有 价廉易得、使用稳定及光活性高等优点， 所以在光催化降解中，一般采用它作为光 催化剂。
2、光催化剂
• 高活性二氧化钛在实际研究中多为锐钛矿 与金红石的混合物，这种复合结构能有效 地提高光生电子和空穴的分离效率，这种 现象被称为混晶效应。
3、 TiO2催化剂的制备
• 普通TiO2催化剂的制备： 1. 将 质 下干通SiO燥入2)与后Cl2碳的反粉金应混红，合石制装(得主入混要氯有成化S分iC炉Tl4i杂中O2质，，的在主T高要iC温杂l4。 2. 利 纯用净的SiCTl4iC和l4T。iCl4沸点不同将SiCl4分离，得到 3. 在 TiOT2i·CxlH4中2O加。水、加热，水解得到沉淀 4. TiO2·xH2O高温分解得到TiO2。
4、光催化反应机理
TiO2+hυ→TiO2+h++eh++e-→热量
H2O → H+ +OHh++ OH-→·OH
h++ H2O + O2→·OH+ H++O2h++ H2O→·OH + H+ e-+ O2 →·O2·O2-+ H+→·HO2 2·HO2→O2+H2O2 ·HO2+ H2O + e-→H2O2+ OHH2O2+ e-→·OH + OH-
3、 TiO2催化剂的制备
• 纳米级TiO2颗粒具有巨大的表面积和更强的 紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化 降解能力，能快速将吸附在其表面的有机 物分解掉。
• 纳米级TiO2一般采用水解法来制备，即将四 氯化钛或钛酸四丁酯通过水解、沉淀、烘 干得到纳米级的TiO2 。
3、 TiO2催化剂的制备