第二章光催化氧化技术
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光化学催化氧化是一种高级氧化技术,利用光的作用下进行的化学反应。
在光的作用下,分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,然后会发生化学反应生成新的物质,或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量,在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。
所用光主要为紫外光,包括uv-H2O2、uv-O2等工艺,可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。
另外,在有紫外光的Fenton体系中,紫外光与铁离子之间存在着协同效应,使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快,促进有机物的氧化去除。
光催化氧化实验原理光催化氧化实验的主要原理是光催化剂吸收光能并在表面产生活性氧物种。
光催化剂通常由半导体材料制成,最常用的是二氧化钛(TiO2)。
在光照条件下,光催化剂吸收光子能量,激发电子从价带跃迁到导带,形成带正电荷的空穴(h+)和自由电子(e-)。
空穴是一种强氧化剂,具有氧化还原能力。
它可以通过和水或羟基(─OH)基团反应,生成羟基自由基(•OH)。
羟基自由基是一种非常活跃的氧化剂,可以氧化有机物质中的有机基团,将其转化为无害的物质。
与此同时,光催化剂的导带上的自由电子也可以与氧分子结合,形成活性氧种的超氧自由基(•O2-),进一步氧化有机污染物。
除了二氧化钛,还有其他的光催化剂可用于光催化氧化实验,如氧化锌、二氧化锌、二氧化硅等。
它们的原理与二氧化钛类似,都是通过光激发氧化剂产生活性氧物种,实现有机污染物的氧化。
1.准备实验设备和原料。
实验设备包括光催化反应器、光源、溶液容器等。
原料包括光催化剂和待处理的有机污染物。
2.将光催化剂溶解在适当的溶液中,形成光催化溶液。
通常使用水作为溶剂。
3.将待处理的有机污染物加入光催化溶液中,使其与催化剂充分接触。
4.开始光照反应。
将反应体系置于光源下,利用光催化剂吸收光能,产生活性氧物种对有机污染物进行氧化。
5.反应结束后,将反应液离心或过滤,分离出光催化剂和氧化产物。
6.对产物进行分析和检测,确定有机污染物的去除效果。
需要注意的是,在进行光催化氧化实验时,应选择合适的光照条件、光催化剂浓度、反应时间等,以获得最佳的氧化效果。
同时,还需要对实验前后的水质进行监测,以评估光催化氧化技术对水质的影响。
总之,光催化氧化实验利用光催化剂在光照条件下产生活性氧物种,将有机污染物转化为无害的物质。
它的原理是光催化剂吸收光能,产生活性氧物种对有机污染物进行氧化。
光催化氧化实验可以通过控制实验条件和分析产物,评估和研究光催化氧化技术在环境治理中的应用潜力。
光催化氧化技术
光催化氧化技术是一种光驱动可再生能源技术,其利用吸收太阳光线辐射能形成电子-空穴对,通过光催化剂介质,使电子空穴对在所吸收光子范围内瞬时地形成,然后有效地 target 至反应物中完成反应。
它的优势在于可以解决污染、能源和环境问题,能有效地利用太阳能转化为化学能量,并且可以广泛释放在空气中的有机污染物,特别是光催化氧化技术的实际应用可以改善人类的环境。
一般而言,光催化氧化技术分为两个主要步骤:首先,光催化剂吸收有效光子范围内的可见光,例如染料分子、电催化剂或光催化剂薄膜;其次,电子空穴对能有效地
target 至反应物中,完成反应。
特别需要注意的是,光催化剂的选择是必不可少的,特别是用于吸收有效光子范围内的可见光的染料分子。
它们必须具有很高的光学稳定性和有效温度等特性。
其次,光催化氧化技术中还需要重视光催化剂材料的稳定性和官能化修饰表面的有效构效对。
此外,光催化氧化技术能有效地广泛释放空气中的污染物,包括有毒和有害有机物、重金属、化肥等。
例如,可以通过无机及有机表面修饰材料,有效地产生电子,将有毒污染物转化为有利的氧化物。
而且,光催化氧化技术还能有效苷化污染物中的毒性物质,使其可以被自然水面和土壤自然吸收,起到净化作用。
总之,光催化氧化技术是一项重要的可再生能源技术,具有较高的应用价值,能有效解决污染、能源和环境问题。
但是,由于它存在一些制约性因素,如光催化剂选择、表面官能化修饰等,所以仍然需要进一步研究,以发展出更高绩效的光催化氧化技术。
光催化氧化法
探讨氧化光催化的原理需要从分子氧的混合态开始,我们知道氧在室温、惰性气体(如空气)中存在三种自由物质状态:单原子氧(挥发性O)、活性氧(活性氧)和分子氧(O2)。
光催化氧化剂是一种能够将电费子与氧结合起来制备活性氧的物质。
使用光催化氧化剂催化的氧化反应可将分子氧分解成活性的单原子氧,单原子氧可与物质反应,产生焦炭或气体。
这种催化氧化技术是一种特别重要的处理方法,因为它可以减少污染物的浓度,节省能源。
光催化氧化的基本原理是通过光能将有机化合物对氧进行氧化而形成活性氧,活性氧在有机物中进行氧化反应,从而进行氧化分解。
光催化过程是由一种叫做photocatalytic oxidizing(PCO)的物质引起的,PCO能将电子从太阳光中释放出来,将电子结合到活性氧中,然后再将活性氧与物质结合,这样活性氧就可以在这些物质中发挥作用,将有机物氧化。
对于常见的PCO材料,有TiO2、氧化锌等,在有效的光的照射下,这些PCO材料能将有机物转化为二氧化碳和水,降低有害物质的浓度,这是比传统氧化技术更加有效的去除有毒物质的一种方法。
由于操作的简单性,这种技术还被应用于工业过程中治理有害污染物的处理。
PCO以太阳能为能源,将有机物转化为无害或有利的气体,这种技术具有低成本、绿色和无污染等优点,在污染物处理等方面表现出色,可以作为更加可持续的气体处理技术来充分利用太阳能的优势。
总的来说,光催化氧化是使用光照射PCO材料,分解分子氧并将其变成活性氧,有机物以氧化的方式分解,具有低成本、绿色和无污染优点,在处理固体污染物时,此方法比传统技术更具有优势。
由于其简单的操作性能,它已成为处理重金属废水污染物的有效手段。
光催化氧化技术及其发展光催化氧化技术是近年来发展起来的一种新型的环境保护技术,它可以通过把太阳的能量转化成化学能,将有害物质分解为安全的物质,降低空气污染物的含量。
它可以有效地减少空气污染,减少对环境和人类健康的危害。
光催化氧化技术由一些催化剂以及一个可以将太阳能转换成化学能的光催化反应器组成。
反应器中的光催化剂可以吸收紫外线与可见光,使表面的催化剂发生反应,将有害物质分解成无害物质,如二氧化碳、水和其它无机物,从而有效地减少污染物的排放。
使用光催化氧化技术可以大大提高净化效率和净化速度,减少能源消耗。
目前,光催化氧化技术已在工业生产污染物净化、医药污染水处理、农业污染水处理、臭氧净化等领域取得了很大的成功。
在空气净化方面,光催化氧化技术在处理悬浮颗粒物、挥发性有机物、臭气、氨等有毒有害物质方面,都有很好的效果。
然而,光催化氧化技术也存在一些不足。
例如,光催化技术需要使用光催化反应器,而这些反应器的成本比较高;另外,在工业生产过程中,光催化反应器的反应效率受污染物浓度影响较大,在污染物浓度较低的情况下,反应效率较低,容易造成浪费。
因此,未来的研究工作主要围绕改善光催化氧化技术的性能和经济性展开,努力提高光催化氧化技术的反应效率,降低投资成本,改善可再生性能,探索更多的应用前景。
另外,光催化氧化技术还可以用于降低污染物的排放,改善空气质量,另一个方面,天然原料更多地用于光催化氧化技术,因此,光催化氧化技术具有较强的可再生性和可持续发展性。
总之,光催化氧化技术是一种有效净化空气污染物、改善环境质量的有效技术,它可以提高净化效率,减少能源消耗,改善可再生性能,减少污染物的排放,改善空气质量,利用天然原料,具有可持续发展的优势。
未来,将继续加强对光催化氧化技术的研究,不断改善性能和经济性,为减少污染物的排放,改善环境质量发挥了重要作用。
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剂在光照下催化氧化有机污染物的
技术。
它具有高效、环保、无二次污染等优点,因此在环境治理、水
处理、空气净化等领域得到了广泛应用。
光催化氧化技术的原理是利用光催化剂吸收光能,产生电子-空穴对,使有机污染物被氧化分解成无害物质。
光催化剂的种类有很多,常用
的有TiO2、ZnO、Fe2O3等。
其中,TiO2是最常用的光催化剂之一,因为它具有高效、稳定、低成本等优点。
光催化氧化技术的应用非常广泛。
在环境治理方面,它可以用于处理
污水、废气、固体废物等。
例如,利用光催化氧化技术处理污水可以
去除有机物、氨氮等污染物,使水质得到提高;利用光催化氧化技术
处理废气可以去除有害气体,如NOx、SOx等,减少大气污染。
在水处理方面,光催化氧化技术可以用于饮用水、工业水等的处理,去除
水中的有机物、重金属等污染物。
在空气净化方面,光催化氧化技术
可以用于室内空气净化、车内空气净化等,去除甲醛、苯等有害气体。
光催化氧化技术的优点在于它可以高效地去除有机污染物,且不会产
生二次污染。
此外,它还具有操作简单、成本低、使用寿命长等优点。
但是,光催化氧化技术也存在一些缺点,如光催化剂的选择、光照强
度、反应时间等因素会影响其效果。
总的来说,光催化氧化技术是一种非常有前途的环保技术,它可以有效地去除有机污染物,减少环境污染,保护人类健康。
随着技术的不断发展,相信光催化氧化技术将会在更多领域得到应用,为人类创造更美好的生活环境。
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激发催化剂催化氧化反应,将有机废水中的有机物质氧化降解为二氧化碳和水的高效技术。
随着环境污染和能源危机的日益加剧,光催化氧化技术凭借其高效、环保的特点成为环境领域的研究热点之一。
本文将对光催化氧化技术的原理、应用和研究进展进行综述,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、光催化氧化技术的原理光催化氧化技术的原理是利用光能使催化剂吸收光子激发电子,从而在催化剂表面形成活性物种,进而促进氧化反应的进行。
光催化氧化的关键步骤包括:①光生电子-空穴对的形成,催化剂表面的电子受到光子激发后跃迁到导带,形成自由电子和空穴。
②活化吸附,有机废水中的有机物质被吸附到催化剂表面。
③氧化反应,活性物种与有机物质发生氧化反应,生成CO2和H2O。
光催化氧化技术的关键是选择合适的催化剂、光源和反应条件,以提高光催化氧化反应的效率。
1. 水处理领域光催化氧化技术在水处理领域得到了广泛应用,主要用于处理含有机废水的工业废水和城市污水。
通过光催化氧化技术,可以将有机废水中的有机物质高效地氧化降解为无害的无机物质,从而实现水体的净化和再利用。
光催化氧化技术还可以有效去除水体中的有机色素和有机物质,改善水质和净化环境。
2. 空气净化领域光催化氧化技术还被广泛应用于空气净化领域,主要用于降解空气中的有机污染物和有害气体。
利用光催化氧化技术,可以将空气中的VOCs、NOx等有机污染物和有害气体氧化降解为无害的CO2和H2O,从而净化空气,改善空气质量,减少环境污染。
3. 光催化电化学光催化氧化技术还可以与电化学技术相结合,构建光催化电化学系统,实现对废水和废气的高效治理。
光催化电化学系统利用太阳能或人工光源激发催化剂,产生活性物种,并利用电化学方法实现物质的氧化还原反应,从而高效地净化水体和空气,实现资源的循环利用。
1. 催化剂的研究催化剂是光催化氧化技术的关键,其性能直接影响光催化氧化反应的效率和稳定性。
光催化氧化技术是一种环境友好型绿色水处理技术, 它能够彻底氧化降解废水中的有机污染物。
该技术是利用易于吸收光子能量的中间产物首先形成激发态,然后再诱导引发反应物分子的氧化过程。
1972 年Fujishima A 和Hongda 在Nature 上发表了关于在TiO2 电极上光解水的论文,这是多相光催化氧化研究开始的标志之一。
此后人们对光催化氧化进行深入的研究,探讨其反应催化原理,并致力于提高催化效率。
1976 年Carey等在光催化氧化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作,显示出光催化氧化技术在环保领域的应用前景。
光催化氧化是光催化剂在特定波长光源的照射下产生催化作用,使周围的水分子及氧气激发形成极具活性的HO!自由基和!O—2 自由基。
目前采用的半导体材料主要是TiO2、ZnO、 CdS、WO3、SnO2等.不同半导体的光催化活性不同, 对具体有机物的降解效果也有明显差别。
TiO2因其具有化学稳定性高、耐腐蚀、对人体无害、价带能级较深等特点, 特别是其光致空穴的氧化性极高,氧化电位可达+ 2。
53V,还可在水中形成氧化电位比臭氧还高的HO!,同时光生电子也有很强的还原性,可以把氧分子还原成超氧负离子,水歧化成H2O2。
所以TiO2 成为半导体光催化研究领域中最活跃的一种物质,非常适合于环境催化应用研究.1 TiO2光催化机理纳米TiO2是N型半导体,能带和导带之间的带隙能为3.2eV,其能量相当于波长为387。
5nm的紫外光,当被该紫外光照射时,处于能带上的电子被激发到导带上,生成高活性的电子e-,在能带上产生带正电荷的空穴h+。
TiO2与水接触,水分子和被溶解的氧与产生的h+,e-作用,生成强氧化性的。
OH—,。
O2,并通过。
OH—,h+和.O2等渐渐将有机物降解为CO2和H2O等无机物。
同时,e-具有强还原性,还可将无机物高氧化态的氧化物或贵金属离子还原成低氧化态的氧化物或单质,或将低价离子氧化成高氧化态的氧化物沉淀出来,达到治理和回收的目的.3 TiO2光催化氧化在水处理中的应用3.1 废水中有机污染物的降解有机化合物废水处理常规方法有吸附法、混凝沉降法、生化法等,但这些常规的处理法目前很难达到去除难降解有机物的目的,即使降解了,也易造成二次污染。
光催化氧化技术缩写光催化氧化技术(Photocatalytic Oxidation, PCO)是一种利用光催化剂在光照条件下,通过氧化反应去除有害污染物的环境修复技术。
该技术通过催化剂的光催化作用,将有机污染物转化为无害的水和二氧化碳,从而净化空气和水环境。
光催化氧化技术的基本原理是利用光催化剂吸收光能,产生活性氧和自由电子对有机污染物进行氧化降解。
光催化剂一般采用氧化物,如二氧化钛(TiO2)和二氧化锌(ZnO),它们具有良好的光催化性能。
当光催化剂暴露在光照条件下,其表面会形成一层电荷分离区域,其中活性氧和自由电子将参与有机污染物的氧化反应。
光催化氧化技术具有许多优势。
首先,光催化氧化过程是在室温下进行的,不需要高温和高压条件,节能环保。
其次,光催化剂具有很高的稳定性和重复使用性,可以长期稳定地工作。
此外,光催化氧化技术对污染物种类没有严格的限制,可以降解各种有机污染物,如挥发性有机物(VOCs)、苯系物质、酚类化合物等。
因此,光催化氧化技术在空气和水的净化领域有着广泛的应用前景。
在光催化氧化技术的应用中,反应设备的设计和催化剂的选择十分关键。
反应器的设计应考虑光照强度、反应温度、反应时间等因素,以提高光催化氧化的效率和稳定性。
催化剂的选择应根据目标污染物的性质和反应条件来确定,以获得最佳的催化效果。
光催化氧化技术在环境修复中具有广泛的应用前景。
在空气净化方面,光催化氧化技术可用于去除室内有害气体和异味,如甲醛、苯、二甲苯等。
在水处理方面,光催化氧化技术可用于去除水中的有机物和重金属离子,如苯酚、亚甲基蓝等。
此外,光催化氧化技术还可应用于光催化薄膜、光催化纤维和光催化颗粒等领域,以满足不同环境修复需求。
尽管光催化氧化技术在环境修复中具有很大潜力,但目前仍存在一些挑战和问题。
例如,光催化剂的光利用效率有限,需要进一步提高光催化剂的光吸收和光利用效率。
此外,光催化氧化过程中产生的活性氧容易与催化剂表面的羟基等反应产生竞争,导致催化剂的失活。
光催化氧化法的原理及特点
光催化氧化法是一种通过光照射催化剂的表面产生氧化反应来降解有机污染物的技术。
其原理主要包括以下几个步骤:
1. 催化剂吸附:有机污染物首先被吸附到催化剂的表面。
2. 光激发:光照射催化剂的表面,将光能转化为催化剂的电子激发。
3. 氧化反应:激发的电子将氧气和水分子还原为活性氧物质,例如羟基(OH·)、过氧化氢(H₂O₂)等。
4. 降解有机污染物:活性氧物质与吸附在催化剂表面的有机污染物发生反应,将其氧化分解为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)等无害的物质。
光催化氧化法的特点包括:
1. 高效降解:光催化氧化法能够高效降解有机污染物,由于光能的参与,反应速度较快,降解效率较高。
2. 无二次污染:该方法不需要添加额外的化学药剂,仅利用催化剂和光能即可完成降解过程,不会产生二次污染。
3. 广谱降解:光催化氧化法对各种有机污染物具有较强的降解能力,可应用于处理不同类型的有机污染物。
4. 操作简便:该方法的操作相对简便,只需提供光源和催化剂,不需要特殊的设备和条件支持。
5. 可再生催化剂:光催化氧化法使用的催化剂可通过再生的方式重复使用,具有持久稳定性和较长的使用寿命。
总之,光催化氧化法在有机污染物降解中具有高效、无二次污染、广谱降解等特点,是一种潜在应用广泛的环境治理技术。
光催化氧化技术原理
光催化氧化技术是一种利用半导体材料的光催化性质,结合紫外光照射和氧气存在的条件下,通过半导体表面吸附物质的氧化反应,实现有害物质的降解和无害化处理的方法。
该技术的原理可以概括为以下几个步骤:
1. 半导体吸附:首先,光催化反应需要通过半导体材料来实现。
常用的半导体材料包括二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)等。
这些材料具有特殊的电子结构,能够吸附在表面上的有害物质。
2. 光激发:当紫外光照射到半导体材料的表面时,能量被吸收,并激发半导体中的电子。
这些激发的电子会跃迁到半导体材料的导带中,形成自由电子。
3. 氧化反应:在半导体表面存在氧气的条件下,激发的自由电子与氧气发生反应。
这些自由电子通过与氧气中的氧分子结合,生成氧化物自由基(OH·),如羟基自由基。
4. 有害物质降解:生成的氧化物自由基具有高度活性,能够与吸附在半导体表面上的有害物质发生反应。
这些有害物质中的化学键会被氧化物自由基断裂,最终降解为无害的物质,如水和二氧化碳。
通过以上过程,光催化氧化技术能够高效地将有害物质进行降解,具有无污染、无副产物、可再生等优点。
在环境治理、水处理、空气净化等领域有着广泛的应用前景。
光催化氧化技术及其发展光催化氧化技术是一种革新性的绿色环保技术。
它是一种替代传统氧化技术的革命性创新,具有更高的转化能力、更快的反应速度、更少的副产物和更有利的环境污染性。
近年来,光催化氧化技术得到了快速发展,广泛应用于水处理、气体处理和污染物的去除等领域。
首先,光催化氧化技术的工作原理是通过紫外线光照射使水中的污染物受到光解,发生氧化反应,从而将其分解为无毒无害的物质。
其次,这种技术的效率高,反应速度快,只需短暂的紫外线照射即可完成反应,而传统的氧化技术需要长时间的反应,有较多的副反应。
此外,光催化氧化技术对环境污染的影响小,因为它没有毒性和可燃气体等副产物,仅产生水和氧等二氧化物。
光催化氧化技术应用面广泛,可以用于处理水体中的有机物和非有机物,如水中的植物毒素、污染物和兽药等,从而改善水体环境。
同样,它还可以用于处理气体污染物,如苯、乙醛、二氧化硫等,有助于改善大气环境。
此外,光催化氧化技术的研发和应用的主要挑战在于其高昂的成本和低的转化效率。
目前技术的发展受到了重视,政府和相关机构在加大投入和研发力度,并且提出了支持政策,以降低成本,提高转换效率。
除此之外,从事光催化氧化技术研究和应用的国家和机构也在努力改进技术,针对不同污染物开发更适用的系统,使之更容易实现。
他们还可以设计以多种物理化学技术相结合的技术系统,使光催化氧化技术变得更加适用。
总之,光催化氧化技术是一种绿色环保技术,具有更高的转化能力、更快的反应速度、更少的副产物和更有利的环境污染性,深受广大科学家和环保人士的重视和欢迎。
同时,为了提高其转换效率和降低成本,相关国家和机构也在努力推动技术的发展,并通过不断改进技术使其应用范围更加广泛。
因此认为,未来的研究工作应集中在探究降低成本和提高转化效率,改进技术和更好地结合其它技术,使光催化氧化技术变得更加实用,为人类的环境保护做出更大的贡献。
第二章光催化氧化技术第1节光催化概述光催化(Phntocatalv}i} }是在光的照射下产生类似光合作用的光催化反应,产生出氧化能力极强的自山氢氧基和活性氧,具有很}},的光氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,可杀灭细菌和分解有机污染物,把有机污染物分解成无污染的水和.二氧化碳,因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防r} ;自洁、字泞除甲醛和净化空气功能。
光催化的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳和水,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,理论.r-有效期较长、维护费用低。
同时,二氧化钦本身无毒无害。
已广泛用于食品、民药、化妆品等各种领域。
光催化在光的照射下产生氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧,具有很强的光氧化还原功能。
可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋臼质,可杀灭细菌和分解有机污染物,把有机污染物分解成无污染的水(HZO)和二氧化碳}co}),因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁及净化空气的功能。
(川光催化基本原理光催化的原理是光催化剂纳米材料被太阳光、灯光(紫外线)照射后,表面电子(e)被激励,同时生成带电的正孔(h+},正孔(h+)和空气中的氧(o:)、水(HZo)发生反应,产生具有极强氧化作用的活性氧。
有机物污染物、臭气、细菌等被氧化分解,而电子(e)还原成空气中的氧。
光催化反应可分为下列几个步骤:①反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钦表而;②经光照射后。
二氧化钦产生电子及空穴;③电子和空穴分别扩散到二氧化钦粒子表面;④电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基;⑤氢氧自由基和反应物进行氧化反应;光催化是利用特定波长光源的能量产生催化作用,使周围氧及水分子激发成极具活性的OH一及02一自由离子基,这些氧化力极强的自由基儿乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质第2节光催化氧化技术在污水处理中的应用}.光催化叙化技术的应用光催化技术的研究始于20世纪70年代的后半期,用作催化的化学物有T1}} ,硫化锅、硫化亚铅、妮或钦系层状复合氧化物、二氧化铁等。
用光照射催化剂时山于光生成空穴。
氧化力强。
大都采用不溶解的、稳定的半导体粉末二氧化钦,与水分解成氧和氢。
从含乙醇的水溶液中生成氢,因水和氮合成氨,还原二氧化碳。
含氨和.二氧化碳的水溶液合成氨基酸,氰基化离子或酪酸离子,变为纳米Tif}.}能处理多种有毒化合物。
包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、木材光催化技术也被用于无机污染物的处理。
利用光催化法在柠檬酸根离子存在下,可以使H}}被还原成Hg而沉积在TiO}表面;此法同样适川于铅。
`Ti0:光催化可能降解的尤机污染物还有氰化物,5}1}、I} }S , LV}和No:等有害气休也能被吸附在}'i。
}表面,在光的作用下转化成无毒无害物质,井可回收贵金属。
水污染有机物的分解研究儿乎都涉及到'}'i(}}光催化。
光催化是与常规热能催化相对应的催化技术,.光催化主要是有机盒属络合物和半导体。
现在商用的光催化剂儿乎都是二氧化钦(Ti}} }可以说是半导体光催化。
半甘体光催化的一般机能是脱臭、抗菌、灭菌、防污、去除有害物等:.所谓促进氧化法(Advanced o xidaki}}n Prnr.}:}}, }1}P}是在紫外线、放射线、超声波等的照射下使臭轼氧化、过氧化氢和金属离子共存下的臭氧氧化,在电解’F的臭氧氧化、高Exd一下的臭诚牡化等,由于热基基团具有强力的氧化力,是分解难分解有机物的技术。
羚从从闭足一种强城化剂。
儿乎【11分解所有的有机物,但不能有选择性的分解F.如有碳酸离子或谊碳酸离子参’j反应,则反应停止。
促进氧化法对二恶英、邻苯二甲酸化介物或农药的分解都是很有效的方法一囚为不能有选择性的分解去除污水中的有机物,影响r对某一处理物的反应。
反之,有可能产生有害的副产物。
为此,应了解促进氧化法的特性,合理地开发应用技术,使之与其他方法组合,以达到最佳的处理效果。
光催化技术是用光照射二氧化钦等半导体产生空穴和电子的氧化还原。
对污染物进行处理,是利)}t}光能分解处理有机化学物质。
光照射二氧化钦和太阳能电池相同,保持负电荷与保持正电荷的电了产生空穴。
这种电子的还原力很强.在空穴处具有很强的氧化力,由于水和溶解氧等的反应,产生(}H基和超氧化的活性氧(。
一’)。
这种。
H基的能量构成有机物分子中的碳一碳或碳一氧、碳一氮、氧一氢等的结合能量相当于j2 } }ealrnnl。
这些结合可简单的阻止水和一氧化碳等的氧化分解。
不使乒H有毒的化学剂,只用光照射就可以使有机物全部分解,成为无害化物质。
而且二氧化钦资源丰富,价格便宜,耐久性也好,用作光催化剂时自身不发生变化,可半永久使用。
止氧化钦光催化剂与臭氧都产生强的氧化力,几乎分解所有的有机物和二氧化碳。
这种光催化作用,对水,冬‘溶解的各种有害的有机物,包括二恶英几乎可以全部分解。
光催化反应是表面反应,污染物与光催化剂表面接触,分解反应受到制约。
因此,需要有比表而积大的光催化剂,使污染物易于与光催化剂表面接触,产生高活性。
为此,采用超细微粒的光催化剂,一与含有有害物的水混合并悬浮于水中,经光照射使有机物分解的方法。
但是,使用这种粉末的光催化剂制作较困难。
水处理后的催化剂不易分离。
为厂克服这些缺点,采用溶胶一凝胶法。
溶胶一凝胶法是以二氧化钦溶胶为基材,烧结成涂层,烧结后的二氧化钦为透明的薄膜。
可以在水处理中连续运行,不需要维护。
为提高光催化剂性能,研究了一种透明的硅溶胶薄膜涂层,即用硅溶胶在光催化剂内壁的细孔内涂有二氧化钦透明薄膜,比表面积保持在300rr}}/go因硅溶胶透明,光可照射到内部,产生良好的光催化反应。
因而可分解去除有害的有机物。
2.光催化在水处理中的应用光催化氧化技术可去除生化处理无法降解的有机污染物,用作预处理,可降低生化处理负荷或有利于卜一级的处理;用于后处理,可使残余的污染物氧化成C1:和H},达到零排放。
传统的水处理方法存在效率低、成本高、二次污染等问题,污水治理一直得不到好的解决。
纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。
研究表明。
纳米Tip?:能处理多种有毒化合物。
可以将水中的烃类、卤代烃、酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂、木材防腐剂和燃料油等很快地完全氧化为ct}} , I-}.} (}等无害物质。
此外,纳米TiO}在降解毛纺染料废水、有机澳(或磷)杀虫剂等方面也有一定效果。
无机物在}`i0}表面也具有光化学活性。
例如,废水,},的r}十具有较强的致痛作}.}_} ,在酸性条件下,rI'i:对C}} "具有明显的光催化还原作用。
在。
H值为2,5的体系中。
光照1h后,Cr}"‘被还原为}r}十。
还原效率高达85o。
迄今为止,已经发现有300 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Ti0:或zn}而迅速降解,特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时,这种技术有着明显的优势。
德国开发出了利用阳光和光催化剂对污水进行净化的装置。
虽然利用纳米光催化Tip:进行水处理目前还未得到广泛应用,但可以看出它未来的应用前景必将非常厂一阔。
( 1 ) `}"i }:处理污水中的有害污染物使氯化的炭氢化合物用于金属脱脂和电子部件的清洗、:卜洗等。
氯化的碳氢化合物中产生的三氯乙烯(trich}}raethyene,是地下水污染的化合物。
T}:E有毒性,在天然水和饮用水中是一个严重的问题。
为使污染物分解,采用Ti,与阳光组合处理己有数年。
特别是在室外采用阳光方法是有效的。
对于含"}(: E的水中用污泥状的'}'i}}与固化的'}'iz的方法对分解的可行性也有人进行了研究。
(2)添加氧化剂的影响在水溶液中的Ti0:进行光催化时的问题之一是h十和e一的再结合,为提高对T} }的分解效率,必须控制再结合的形成。
但是,由于布气装置问题,未对光催化分解TCh,进行评价。
因此。
用氧代替氧化剂,投加}z。
}代一,结果提高了TC1};分解速度。
用污泥状TiOp与用固化的'Ti}]}取得同样的效果。
总之,TCl~分解采用T}C}}+阳光是有效的。
光催化的'TCE分解以一次性反应速度表示,依赖于阳光的强度,以晴天为佳二使用H'- }z `s }代一氧化剂可以控制“‘和e一再结合,提i} T}:分解速度。
Tiop }+ f }.}光的方法使TCF分解,不使用人工的Uv} ultraviolrt rah)光,可以节省电费.」3.国内光催化应用简况国内光催化氧化技术的研究应用也取得一系列成果。
证实了'Tip:光催化氧化对城I }J污水和印染废水、含酚废水、有机磷农药等废水有降解净化效果。
当前国内采用的光催化氧化技术大致有如’卜儿个方面;(l)悬浮型光催化反应器以太阳能代替紫外光,处理染料废水。
实验结果表明;在晴天条件下,经过Zh太阳能辐射以后,阳离子蓝x}G RRL染料脱色率在80%一93%之间。
(2)阳极氧化法在}. } rn}i/i} }-I}5 }}溶液中氧化'}`i板和Ti网制取半导体薄膜光电极,对含酚废水进行降解实验,获得r中国专利。
(3) 'I'io}薄层光催化对降解含磷农药进行了试验,结果表明:0. } x 1} _} r}tol/L的长效磷经37‘扣压汞灯照射0 min,可完全降解至P叫一,加人微量的Fey或H } }:可提高降解率。
,(4)旋转式光催化反应器对印染废水进行了降解试验,已进人中间试验阶段二4.国外光催化应用现状在当今世界性的环境朽染问题越来越受到各国政府重视的情况下,利用纳米材料进行环境治理已经成为各国高科技竞争中的一个热点。
在纳米光催化方面口本、美国等国家均投人巨资开展研究与开发工作,并大力推动其产业化,目前已有多种产品出现,其中所使用的纳米光催化材料绝大多数都是"}"iO}(l)日本日本对于纳米`}'i}:光催化的研究较早,现在己有多家[J本公司生产出了多种纳米.光催化的实用产品,如表1 }}-所列。
(2)韩国韩国从!999年开始有光催化方面的专利出现,起初重点为纳米光催化材料,近年开始涉及水处理和空气净化领域。
目前韩囚纳米光催化商品规模仍较小,产品以LG电子利用光催化生产空气净化式空调系统与}U}1t}}lU l}}n}e}}的海水净化装置址受好评。
(3)美国美国环保署(EPA是美国纳米光催化研发的主要支持单位,其重点着重于水处理方面,包括地下水质的改善、废水处理以及河川污染等。