二氧化钛光催化分解甲 醛原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
纳米二氧化钛光催化分解甲醛原理 1. 光催化剂的发现历史 自从1972年Fujishima和Honda[2]发现TiO2在受到紫外光照射时可以将水氧化还原生成氢，光催化材料就引起了科研人员的关注。而1976年Carey等[3]将TiO2的光催化作用应用于水中多氯联苯化合物脱氯去毒并取得了成功，从此TiO2作为一种去除有机物的一种有效方法应用到了水和空气的清洁净化领域。1985年，日本科学家Tadashi Matsunaga等[4]第一个发现了TiO2在紫外光下有杀菌作用。近年来科学家们又对TiO2进行了深入的研究，并取得了很大的进步。但是以前的研究多数是用溶胶凝胶负载在基材上，这样的负载量有限，所以对空气的净化的速率较慢。如何能够快速、便捷、安全、有效的除去室内的各种污染物及病菌成为一个亟待解决的问题。纳米TiO2良好的光催化性能使它成为了解决这一问的热点研究方向。纳米TiO2以其催化活性高、化学稳定性好、使用安全， 2. 纳米TiO2光催化机理 纳米TiO2是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释[5]。由于TiO2纳米粒子的粒径在1~100 nm，所以其电子的Fermi能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间，称为禁带[6]，其宽度为 eV，当纳米TiO2接受波长为 nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴-电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2和H2O，产生高活性羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O2- )[7]，当污染物以及细菌吸附其表面时，会发生两个步骤：
光催化降解染料甲基橙 专业班次：应用化学3班学号： 姓名：日期： 2015年5月12日 1.实验目的 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 2.实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,Fe2O3,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3,CdSe,CdTe,In2O3,FeS2，GaAs,GaP,SiC,MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 λg（nm）=1240/Eg(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴的能量为7.5 eV，具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉 e-+h+==N+energy(hv’ 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年，Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-，SO42-，PO43-，PO43-，NH4+，NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2，ZnO，CdS，Fe2O3，WO3，SnO2，ZnS，SrTiO3，CdSe，CdT e，In2O3，FeS2，GaAs，GaP，SiC，MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当 N-TiO2的制备及可见光降解有机污染物的测定 一、目的要求 1、N掺杂TiO2光催化剂的简易液溶液制备； 2、测定甲基橙在可见光作用下的光催化降解反应速率常数； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2, H2O。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点。TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂之一。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 （nm）=1240/E g(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉。 第二类是发生一系列光催化氧化还原反应，还原和氧化吸附在光催化剂表面上物质。 TiO2→e-+h+ OH-+h+→·OH 二氧化钛光催化降解甲醛废气及动力学研究毕业 二氧化钛光催化降解甲醛废气及动力学研究 前言 随着生活和工作条件的现代化,人们大量使用有机材料进行装修,而它们会不断散发出一些有毒的气体。在众多的室内污染物中，甲醛以其来源广，毒性大，污染时间长等特点，已成为主要的室内污染物之一[3]。甲醛是一种无色易溶于水的刺激性气体,当室内空气中含量为0.1 mg/m3时就有异味和不适感;当大于65 mg/m3可以引起肺炎、肺水肿等损伤,甚至导致死亡。 室内甲醛的污染来源主要为建筑材料和家具。板材中残留和未反应的甲醛会逐渐向周围环境释放，这是形成室内空气中甲醛的主体[4]。部分装饰、装修材料及用品或含有有害化学物质，或因使用不当，导致某些污染物如甲醛，苯、氡等进入室内环境，造成室内空气污染，严重者甚至危害居住者健康，引起装修纠纷，室内空气污染已引起政府和公众的高度重视。甲醛为高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。 甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质[5]，是公认的变态反应源，也是潜在的强制突变物之一。所以寻求有效的治理方法以清除室内空气中的甲醛已成为关系到人们身体健康而亟待解决的问题，同时也成为环境污染物治理研究中的热点之一。 一、文献综述 1当前状况 1.1课题研究的背景 20世纪是人类高速发展的世纪。世界各国投入了大量的人力、物力和财力环境污染进行治理和预防，并且已经取得了卓有成效的成绩。一提到环境问题，人们似乎更关注较易感觉到的室外空气和水的污染，认为只要降染源的排放量，净化了空气和水源就能从根本上解决环境污染问题。其实则不然，人们生活水平的提高，室内空气质量对人体健康的影响已成为引起社会普遍关注的重要环境问题之一。随着对室内环境保护意识的不断增强，人们迫切希望有一个安全、健康的生活空间。 据世界卫生组织(WHO)调查结果显示，世界上30％的新建和重修的建筑物中发现室内空气有害健康，这些被污染的室内空气已经导致全球性的人口发病率和死亡率增加，室内空气污染已被列入对公众健康危害的五种环境因素之一[1]。国际上一些室内环境专家提醒人们，在经历了工业革命带来的“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”之后，现代人已经进入了以“室内空气污染”为标志的第三个污染时期[2]。 部分装饰、装修材料及用品或含有有害化学物质，或因使用不当，导致某些污染物如甲醛，苯、氡等进入室内环境，造成室内空气污染，严重者甚至危害居住者健康，引起装修纠纷，室内空气污染已引起政府和公众的高度重视。甲醛为高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。 甲醛已成为关系到人们身体健康而亟待解决的问题！ 1.2室内甲醛的污染现状 20世纪90年代末，北京大学对其校园园区内的室内空气质量进行了一次调查，表1.1反映了此次调查中甲醛的测定值及我国和其他国家已有的室内空气中甲醛平均水平。 纳米二氧化钛光催化分解甲醛原理 1. 光催化剂的发现历史 自从1972年Fujishima和Honda[2]发现TiO2在受到紫外光照射时可以将水氧化还原生成氢，光催化材料就引起了科研人员的关注。而1976年Carey等[3]将TiO2的光催化作用应用于水中多氯联苯化合物脱氯去毒并取得了成功，从此TiO2作为一种去除有机物的一种有效方法应用到了水和空气的清洁净化领域。1985年，日本科学家Tadashi Matsunaga等[4]第一个发现了TiO2在紫外光下有杀菌作用。近年来科学家们又对TiO2进行了深入的研究，并取得了很大的进步。但是以前的研究多数是用溶胶凝胶负载在基材上，这样的负载量有限，所以对空气的净化的速率较慢。如何能够快速、便捷、安全、有效的除去室内的各种污染物及病菌成为一个亟待解决的问题。纳米TiO2良好的光催化性能使它成为了解决这一问的热点研究方向。纳米TiO2以其催化活性高、化学稳定性好、使用安全，2. 纳米TiO2光催化机理 纳米TiO2是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释[5]。由于TiO2纳米粒子的粒径在1~100 nm，所以其电子的Fermi能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间，称为禁带[6]，其宽度为eV，当纳米TiO2接受波长为nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴-电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2和H2O，产生高活性羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O2- )[7]，当污染物以及细菌吸附其表面时，会发生两个步骤：（1）吸收相波长为nm以下的光能，使表面发生光激发而产生光致电子和正的空穴。 （2）在受光照射而产生的电子-空穴中，电子消耗于空气中氧的还原，空穴则将吸附物质氧化，分解这些吸附物质的作用。如下图1： 导带 O2 项目报告书 光催化材料的研究概况 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。本文主要综述了光催化反应基本原理、新型光催化材料开发策略及研究进展。分析了提高光催化材料量子效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性，展望了该领域的未来发展方向。 关键词：光催化原理、光催化材料、研究与开发 正文：光催化的由来 早在1839年，Becquerel 就发现了光电现象，然而未能对其进行理论解释。直到1955年，Brattain和Gareet 才对光电现象进行了合理的解释，标志着光电化学的诞生。1972年，日本东京大学Fujishima和Honda研究发现，利用TiO2单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去40年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果 光催化材料 光催化材料是指在光作用下可以诱发光氧化一还原反应的一类半导体材料。世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。 例如光催化净化空气： 图表1 光催化涂料 光催化材料对净化空气具有以下功效： 具有光催化降解甲醛、苯、氨等有害气体的功效。 具有抗污、屏蔽紫外线功效。 光催化降解甲基橙实验报告 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1 、掌握确定反应级数的原理和方法； 2 、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3 、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972 年，Fujishima 和Honda 发现光照的TiO 单晶电极能分解水，引起人们对光诱导2 氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976 年，Cary 等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O ，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X- ，SO42- ， PO43- ，PO43- ，NH4+，NO3- 等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物2理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。光催化以半导体如TiO ，ZnO， CdS，FeO，322 WO，SnO，ZnS ，SrTiO ， CdSe ，CdTe ，InO ，32323 FeSGaAs ，GaP，SiC ，MoS 等作催化剂，其中TiO 222 ，具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO 是目前广泛研究、效果较2 好的光催化剂。半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1 时锐钛矿型TiO 的禁带宽度为 3.2eV ，半导体的光吸2 收阈值λg 与禁带宽度Eg 的关系为λ（nm）=1240/Eg（eV）g当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm 的近紫外光）照射半导体光催化剂 时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e- ），在价带上产生带正电+），形成光生电子- 的光生空穴（h 空穴对。空穴的能3 量（TiO ）为7.5 eV ，具有强氧化性；电子则具有强2 还原性。 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。 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。 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、H2O及其他无机小分子物质，达到完全无机化的目的，从而消除对环境的污染。 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。 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。 实验16 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda 发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此而推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年,Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的研究日趋活跃。在水的各类污染物中，有机物是最主要的一类。美国环保局公布的129种基本污染物中，有9大类共114种有机物。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2、H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 “光催化”这一术语本身就意味着光化学与催化剂二者的有机结合，因此光和催化剂是引发和促进光催化反应的必要条件。光催化以半导体如TiO2、ZnO、CdS、A-Fe2O3、WO3、SnO2、ZnS、SrTiO3、CdSe、CdTe、In2O3、FeS2、GaAs、GaP、SiC、MoS2 等作光催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，故TiO2事目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 光催化氧化技术降解有机污染物 摘要：光催化氧化技术是一种新型的高级氧化技术，TiO2光催化氧化技术具有工艺简单、能耗低、效率高、易操作、无二次污染等特点，被认为是降解持久性有机污染物最有前途最有效的处理方法之一。 本文阐述了光催化氧化的基本原理和特点，探讨了其影响因素，如温度、pH、催化剂用量等。综合可知，光催化氧化技术具有良好的发展前景，值得广大研究人员进一步的探究。 关键字：光催化氧化，二氧化钛，有机污染物 Abstract：The technique of photocatalytic oxidation is a new advanced ocidation technique. UV/ TiO2 photocatalytic treatment is considered one of the most promising and effective methods of treating persistent organic pollutants due to its simple process, low energy consumption, high mineralization efficiency, easy access and low toxicity of end products et al. This paper states the basic principles and characteristics of the photocatalytic oxidation and explore the influencing factors such as temperature, the pH, the amount of catalyst et al. Comprehensive seen that photocatalytic oxidation has a good prospects of development and its worth further exploration by researchers. Key words：photocatalytic oxidation, TiO2, organic pollutants 基于光催化原理的完全可降解塑 料的研究 Solid-phase Photocatalytic Degradation of Polyethylene Plastics (申请清华大学理学硕士学位论文) 培 养 单 位 ：化学系 学 科 ：分析化学 研 究 生 ：李宗威 指 导 教 师 : 朱永法教授 : 二○○五年五月 基于光催化原理的完全可降解塑料的研究李宗威 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容；（3）根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家图书馆报送可以公开的学位论文。 本人保证遵守上述规定。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 作者签名：导师签名： 日期：日期： 摘 要 塑料是当今世界最广泛应用的材料之一，由于其自身的难降解性，废弃塑料造成的“白色污染”已经成为世界性的环境难题。然而，目前的处理方法还存在塑料不能完全降解，具有二次污染，成本高等难以克服的缺点。 本论文研究的是基于光催化原理的完全可降解塑料。利用纳米薄膜的制备技术，制备了分别添加催化剂TiO2、TiO2/CuPc、TiO2/C60以及油酸表面修饰的TiO2的聚乙烯薄膜。对各种复合薄膜进行光催化降解研究，利用SEM、FT-IR、XPS等技术研究薄膜在光照前后的表面形貌、结构、成分的变化。利用色谱技术定性、定量跟踪测定反应体系中生成的挥发性有机物和最终产物CO2。通过UV-Vis、SPS等分析手段对催化剂的光电性质进行研究，提出了光催化反应机理。结果表明，添加了催化剂的复合薄膜表现出了高度增强的光降解性能，降解速率和降解程度均远远高于纯的聚乙烯薄膜。复合薄膜的光催化降解反应主要产物是CO2和H2O，降解过程是环境友好的。光催化反应起始于聚乙烯与催化剂的界面处，催化剂表面产生的活性氧物种扩散进入聚乙烯骨架内使其降解。影响复合薄膜的光催化降解性能的因素有催化剂的添加量、催化剂分散性能、催化剂光电性质等。PE-(TiO2/CuPc)和PE-(OA/TiO2)复合薄膜的降解性能要优于PE-TiO2复合薄膜，前者是由于提高了催化剂的电子空穴对分离，抑制载流子复合以提高量子效率；后者是由于改善了催化剂的分散性能，催化剂与聚乙烯的有效接触面积增加，从而提高了催化剂的光催化效率。由于C60的光敏化作用，TiO2/C60催化剂的光响应范围扩展到了可见光区域，因而PE-(TiO2/C60)薄膜具有可见光降解性能。 本论文的工作表明添加了适宜催化剂的聚乙烯塑料在自然环境中就表现出很好的降解性能，具有很强的应用前景。 关键词：光催化降解聚乙烯TiO2CuPc C60 I 光催化降解有机污染物 摘要：在21世纪的社会，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，水和空气作为人类最宝贵的资源已日益受到重视。开发一种简便有效的方法来治理水体污染和大气污染是人类社会一个急需解决的问题。虽然目前已经有许多治理手段，但是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。关键词:光催化，有机污染物，环境，二氧化钛 正文： 在21世纪的社会，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。当今时代，我们在大力发展社会生产力，提高生活水平的同时，对环境也造成了严重的破坏，严重威胁着我们的生存。现如今，水和空气作为人类最宝贵的资源已日益受到重视。特别是随着工业进程的加快，水和空气中被排放了大量的废水、废气，其中含有大量的有毒有机化合物会在人体内富集，给人类的健康带来巨大的威胁[1-2]。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[3]。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[4]。由实验结果可以看出，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。在我们的日常生活中，有大量的挥发性有机化合物（volatile organic compound，VOC）被排放到我们生活的环境中，不仅对环境造成了严重的破坏，而且使人类自己的健康乃至生命受到严重的威胁，例如，各种各样的的石油化工产品及会产生有毒气体的室内外装饰品、日常生活用品，特别是室内装饰经常使用的建筑材料像油漆、涂料等，这些化合物对环境造成严重的污染，对人类的健康造成严重的威害。因此，开发一种简便有效的方法来治理水体污染和大气污染是人类社会一个急需解决的问题。虽然目前已经有许多治理手段，但是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。尽管纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，但仍然有一些缺陷制约着光催化的大规模应用。主要由于其带隙较宽，导致其只能被太阳光谱中仅含有3%左右的紫外线激化，这一原因极大的限制了光催化技术的应用。目 光催化材料在环境保护中的应用 谭强150110115 摘要：光催化材料对于环境的保护有着深远的意义，近几年来，光催化降解污染物发展成为了一种节能、高效的绿色环保新技术。综述了光催化材料的反应机理和种类，阐述了影响光催化反应的条件和提高反应的效率等问题以及其在环保领域的应用，并提出了其今后的发展方向和前景的展望。同时又介绍了光催化材料的特点及发展历程，对光催化纳米材料在处理水污染、治理大气污染、控制噪声污染等方面的应用进行了综合性的评述。作为新功能材料，它也存在着一些局限性，例如：催化效率不高，催化剂产量不高，部分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它隐含的巨大发展潜力和市场利用价值，作为处理环境污染的一种方式，它凭借零二次污染，能源消耗为零，自发进行无需监控等一些优势必将居于污染控制的鳌头。 关键字：光催化材料应用催化效率环境保护 引言 光催化是半导体材料的独特性能之一 , 主要应用于环境保护方面。光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的催化剂，世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。1972年Fujishima 等人发现了TiO2微粒经过光的照射能使水发生氧化还原反应并生成氢气，是光催化反应研究的开始。特别是在近年来由于日益严重的污染状况 , 有机物的光催化降解研究受到了非常大的重视。经过了近30年来的研究 ,特别是对光催化降解有机污染物的研究，使光催化在环境保护方面取得了比较大的进展。 由于经济的发展迅速，造成了环境的很大污染，迫使人们不断寻求方便快捷的处理污染的方法。通过不断研究，已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过纳米 TiO 来迅速降解。特别是在水中有机污染物浓度较低或者用其它方法很难降解时，该技术就更显示出其更明显的优势和价值。 1.光催化材料的反应机理 甲基橙模拟废水吸附降解方法 印染废水成分复杂、水质变化大、可生化性差、色度高，属于典型的难降解有机工业废水。偶氮染料是染料中品种及数量最多的一类，是染料废水的主要污染物之一。目前常用的偶氮染料废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法等[1, 2, 3]。物理法对污染物降解不彻底，化学法应用成本较高，生物法对污染物的降解速率缓慢、反应周期长。 纳米零价铁具有尺度小、表面效应大、吸附能力强、能快速降解环境中的多种污染物等特点而被用于地表水和地下水修复领域[4, 5]。但纳米零价铁自身的磁性引力易引起团聚，与污染物的有效接触面积减小，降解率下降且不易回收，因此近几年对纳米零价铁的修饰主要集中在将其负载于固体载体如硅、活性炭、树脂等，以增大纳米铁颗粒的比表面积，抑制团聚发生，增强纳米零价铁颗粒在环境介质中的迁移能力[6]。杭锦土富含稀土元素和稀有元素，是以斜绿泥石、坡缕石、伊利石、方解石等为主要矿物结合的一种混合黏土。该矿床位于内蒙古杭锦旗境内，储量大、易开采且成本低廉。因其具有较强的吸附性和离子交换性，在环保领域具有一定的应用前景。 笔者采用液相还原法，以廉价的杭锦土为载体制备了负载型纳米零价铁，并对其进行表征，以偶氮染料甲基橙为研究对象，考察相关影响因素对甲基橙降解率的影响。发现负载型纳米零价铁对甲基橙染料的降解效果显著，因此杭锦土负载纳米零价铁去除甲基橙是一种可行且有效的方法。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 试剂：甲基橙、FeCl3·6H2O、硼氢化钠，国药集团化学试剂有限公司;无水乙醇，北京化工厂;去离子水、氮气、HCl、NaOH，以上均为分析纯。天然杭锦土，产自内蒙古杭锦旗地区。 仪器：UV-4802型紫外-可见分光光度计，pHS-3型精密pH计，ZR4-6型六联混凝试验搅拌机，HJ-1型磁力搅拌器，DHG-9030A鼓风干燥箱;DZF-6050B型真空干燥箱;S4800冷场发射扫描电子显微镜;D8 advance X射线粉末衍射仪。 1.2 杭锦土负载纳米零价铁的制备 将磨碎的天然杭锦土在60 ℃鼓风干燥箱内烘干12 h，过0.074 mm(200目)筛后置于真空干燥器中备用。取2.0 g预处理的杭锦土置于三口烧瓶中，称取9.66 g FeCl3·6H2O 溶于50 mL乙醇溶液(40 mL无水乙醇、10 mL水)中，充分溶解后转移至三口烧瓶中，在氮气氛围下磁力搅拌15 min。另称取3.54 g NaBH4溶于100 mL水中后转移至梨形分液漏斗中，在持续通入氮气条件下以每秒2~3滴的速度逐滴加入三口烧瓶混合液中，整个反应过程中三口烧瓶中的溶液颜色由黄色变为灰色后生成黑色凝胶物质，表明生成了零价铁。滴加完成后继续在氮气氛围下搅拌20 min以保证体系中的Fe3+被充分还原。反应完成后，用无水乙醇将生成产物转移至砂芯漏斗快速抽滤，抽滤过程中用无水乙醇洗涤3次以去除残余的硼氢化钠和氯化钠等杂质，回收滤渣并将湿产品置于真空干燥箱于75 ℃隔夜 (10~12 h)干燥即可得到负载型纳米零价铁材料。反应式[7]为： 1.3 甲基橙脱色实验 Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2016, 5(4), 131-136 Published Online November 2016 in Hans. https://www.doczj.com/doc/4d131196.html,/journal/japc https://www.doczj.com/doc/4d131196.html,/10.12677/japc.2016.54015 文章引用: 曾晶, 江志成, 郑爱苹, 谢梦淋, 吴梦芹, 肖强. 甲醛空气净化器及光催化降解甲醛的研究进展[J]. 物理化 Progresses on Formaldehyde Air Purifier and Photocatalytic Degradation of Formaldehyde Jing Zeng, Zhicheng Jiang, Aiping Zheng, Menglin Xie, Mengqin Wu, Qiang Xiao Key Laboratory of Authorized by China’s Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials, Institute of Physical Chemistry, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang Received: Nov. 3rd , 2016; accepted: Nov. 20th , 2016; published: Nov. 23rd , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/4d131196.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The paper summarizes the principle of elimination of indoor formaldehyde pollution in the com-mercialized air purifier. The status of the photocatalytic degradation reactor for the elimination of indoor formaldehyde pollution has been reviewed. The development direction and application prospects of photocatalytic degradation of indoor air formaldehyde are discussed. Keywords Formaldehyde, Air Purifier, Photocatalytic Degradation 甲醛空气净化器及光催化降解甲醛的 研究进展 曾 晶，江志成，郑爱苹，谢梦淋，吴梦芹，肖 强 浙江师范大学，物理化学研究所，先进催化材料省部共建教育部重点实验室，浙江 金华 收稿日期：2016年11月3日；录用日期：2016年11月20日；发布日期：2016年11月23日 Open Access MCM -41分子筛担载纳米TiO 2复合材料光催化降解罗丹明B 冯利利1 赵威1刘洋1焦亮2李星国1,* (1北京大学化学与分子工程学院,稀土材料化学及应用国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871; 2 北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191) 摘要：采用溶胶-凝胶法将TiO 2担载在介孔MCM -41分子筛上,制备了不同TiO 2含量的系列TiO 2/MCM -41复合材料,利用X 射线衍射、 N 2吸附、紫外-可见光谱和透射电镜等方法对其进行表征.TiO 2的晶型为锐钛矿相,复合材料的比表面积和孔体积随其中TiO 2担载量(复合材料中TiO 2与MCM -41的质量比)的增加而减小,TiO 2的平均粒径随其担载量的增加而增大.以罗丹明B 的光催化降解为探针反应,评价了TiO 2/MCM -41复合材料的光催化降解活性.结果表明,在紫外光照射下,罗丹明B 在该复合材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学,复合材料对罗丹明B 的光催化降解活性明显高于商用TiO 2(P -25),复合材料的光催化降解活性由复合材料的吸附能力和所含TiO 2的光催化活性共同决定.关键词：MCM -41分子筛;纳米二氧化钛; 罗丹明B; 光催化降解 中图分类号：O643.3 Photocatalytic Degradation of Rhodamine B by Nanocrystalline TiO 2 Loaded into MCM -41Molecular Sieves FENG Li -Li 1 ZHAO Wei 1 LIU Yang 1 JIAO Liang 2 LI Xing -Guo 1,* (1Beijing National Laboratory of Molecular Sciences,State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications, College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,P.R.China ; 2 School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191,P.R.China ) Abstract ：TiO 2/MCM -41composites with various titania content were prepared by loading titania into the mesopores of MCM -41molecular sieves via the sol -gel method.TiO 2/MCM -41composites were characterized by X -ray diffraction(XRD),N 2adsorption,ultraviolet -visible (UV -Vis)absorption spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM)techniques.The titania crystalline phase was anatase.The BET surface area and pore volume of the composites decreased with the increase of titania loading (mass ratio of TiO 2to MCM -41in the composite).The average crystal size of these titania particles increased as the titania loading increased.The photocatalytic activities of TiO 2/MCM -41composites were evaluated by the photocatalytic degradation of Rhodamine B.The degradation of Rhodamine B followed first -order reaction kinetics.The composites showed higher photocatalytic activities than P -25commercial pure titania nanoparticles.The photocatalytic activities of the composites depended on their adsorption abilities and the activity of titania loaded into the MCM -41molecular sieves.Key Words ：MCM -41molecular sieve; Nanocrystalline titania; Rhodamine B; Photocatalytic degradation [Article] https://www.doczj.com/doc/4d131196.html, 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) Acta Phys.-Chim.Sin .,2009,25(7)：1347-1351 Received:February 25,2009;Revised:March 24,2009;Published on Web:April 21,2009. * Corresponding author.Email:xgli@https://www.doczj.com/doc/4d131196.html,;Tel:+86-10-62765930. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20671004,20821091),National High -Tech Research and Development Program of China (863)(2007AA05Z118,2007AA030114),and University Scientific and Technological Innovation Major Project Cultivation Project,Ministry of Education of China (707002). 国家自然科学基金(20671004,20821091),国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z118,2007AA030114)及教育部高等学校科技创新工程重大项目培育项目(707002)资助 鬁Editorial office of Acta Physico -Chimica Sinica July 1347光催化降解甲基橙实验资料报告材料
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