当前位置：文档之家 › 光催化降解有机污染物

光催化降解有机污染物

  • 格式：pdf
  • 大小：1.70 MB
  • 文档页数：10

Multi-layerthree-dimensionallyorderedBismuthtrioxide/Titanium

dioxidenanocomposite:Synthesisandenhancedphotocatalytic

activity

LiLia,b,c,⇑,XiandanHuangb,a,JianqiZhangb,a,WenzhiZhangb,FengyanMab,ZhixinXiaob,ShuangGaib,

DandanWangb,NaLib

aCollegeofMaterialsScienceandEngineering,QiqiharUniversity,Qiqihar161006,PRChinabCollegeofChemistryandChemicalEngineering,QiqiharUniversity,Qiqihar161006,PRChinacCollegeofHeilongjiangProvinceKeyLaboratoryofFineChemicals,QiqiharUniversity,Qiqihar161006,PRChina

articleinfo

Articlehistory:Received22September2014Accepted24November2014Availableonline5December2014

Keywords:PolystyreneEO20PO70EO20Three-dimensionallyorderedmacroporousmaterialBi2O3/TiO2PhotocatalysisCrystalvioletabstract

Takingpolystyrenelatexspheres(PS)andEO20PO70EO20(P123)asdualtemplates,andTiO2wasusedassubstrate,aseriesofmulti-layerthreedimensionallyorderedmacroporous(3DOM)compositesBi2O3/TiO2weresuccessfullysynthesizedwithsol–gelmethodandpost-processingcalcination.Thefourier-transforminfraredspectroscopy(FT-IR),X-raydiffraction(XRD),UV–visdiffusereflectance(UV–vis/DRS),X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS),scanningelectronmicroscopy(SEM),transmissionelectronmicroscopy(TEM),highresolutiontransmissionelectronmicroscopy(HR-TEM)andnitrogenadsorption–desorptionmeasurementswereemployedtoanalyzethecrystallinephase,chemicalcompo-sition,morphology,andsurfacephysicochemicalpropertiesofas-synthetizedsamples.Theresultsshowedthatas-compositeswereprovidedwithobviouscrystallinephasestructureandperiodicallyhighlyuniformorderedmacroporousstructurewithmesoporouswalls;moreover,ofwhichwasmulti-layerthreedimensionallyorderedstructure.AsaresultofuniqueopticalpropertiesofBi2O3andcompos-itematerialstructuralcharacteristicbeingpropitioustoreactantmoleculartransmissionanddiffusion,thephotocatalyticactivitiesof3DOMBi2O3/TiO2wereenhanced,andthesample3DOMBi2O3/TiO2-2wassignificantlyhigherthanthatofdirectphotolysis,P25,Bi2O3,andother3DOMBi2O3/TiO2-X(X=1,3,4)duringthephotocatalyticdegradationofcrystalvioletundermulti-modessuchasUV,visiblelight,simulatedsolarlight,andmicrowave-assistedirradiation.ThecentrifugalsampleswatersolutionphaseofTOCanalysisindicatedthatwatersolutionproductsformedwithcontinuedultravioletradiation,theintermediateseventuallymineralized,volatilized,orwereconvertedtootherproducts.Inaddition,thephotocatalyticactivityof3DOMBi2O3/TiO2-2compositewasbasicallykeptevenafterthreecycles.Meanwhile,thepossiblephotocatalyticreactionmechanismofas-synthesizedmaterialbasedontheexperimentalresultswasproposed.Ó2014ElsevierInc.Allrightsreserved.

1.Introduction

Inrecentyears,thesemiconductorphotocatalysttechnology

showspotentialapplicationvalueowingtothatisappliedtoenvi-

ronmentalcleaning,solarenergyconversionandH-energyproduc-

tion[1–5].Almostalldifficulttodegradeorganicpollutantshave

beenultimatelycompletelymineralizedintoCO2andH2Ounder

theactionofsemiconductorphotocatalystwithlightespeciallyin

thefieldofdegradationoforganicpollutants.Atpresent,thesemi-

conductorphotocatalysthasbeenwideapplicationsuchasanataseTiO2andwurtziteZnO.Althoughthesekindsofsemiconductor

photocatalystarecheap,non-toxicandhighactivity,theycanonly

beexcitedunderultravioletlight,limitingtheirapplicationatthe

sametime[6–10].Thus,avarietyofapproacheshavebeen

exploredtodevelopthevisiblelightphotocatalyticmaterialsfor

thesakeofabsorbingmaximumsolartophotocatalyticdegrada-

tion,includingphase/morphologicalcontrol,iondoping,surface

sensitization,noblemetalloading,andheterostructureconstruct-

ing.Amongthem,oneofthemosteffectivemethodsisthatusing

narrowbandgapsemiconductorcompoundswithvisiblelightcat-

alystmaterial.Bi2O3isanimportantnon-poisonousnarrowband

gapphotosensitizerwithadirectbandgapof2.1–2.8eV,andthe

highoxidationabilityofelectronholesofBi2O3isregardedasan

importantconditionforakindofgoodphotocatalyticmaterials.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2014.11.0620021-9797/Ó2014ElsevierInc.Allrights

reserved.⇑Correspondingauthorat:CollegeofMaterialsScienceandEngineering,QiqiharUniversity,Qiqihar161006,PRChina.E-mailaddresses:qqhrlili@126.com,qqhrll@163.com(L.

Li).JournalofColloidandInterfaceScience443(2015)13–22

ContentslistsavailableatScienceDirect

JournalofColloidandInterfaceScience

www.elsevier.com/l

o

c

ate/jcisHowever,toomanyopportunitiesfortherecombinationofphoto-

formedelectronsandholesowingtothenarrowbandgapofBi2O3semiconductorsandthenapplicationislimited[11–14].Accord-

ingly,catalystispreparedbytheTiO2compoundswithBi2O3,

exploitingthesynergytoimprovetheutilizationrateofcatalyst

forthelight,sothentosolvetheaporiaofBi2O3electronholeseas-

ilyrecombinationhavebeendeservesspecialattention[15,16].

Furthermore,tofurtherimprovethephotocatalyticactivityby

合集下载

环境污染物的光催化降解机理研究

环境污染物的光催化降解机理研究

环境污染物的光催化降解机理研究

近年来，随着人类工业的不断发展和城市化进程的加快，环境污染成为了全球关注的焦点。环境污染包括水污染、空气污染、土壤污染等，其中以空气污染最为严重。纵观现有的污染治理方法，光催化降解技术是一种颇具潜力的新兴方法。

一、光催化降解技术概述

光催化降解技术利用光催化剂催化下的光化学反应，将空气中有害污染物质转化成无毒的物质，达到净化空气的目的。该技术具有清洁、高效、低成本、易操作等优点，成为治理空气污染的重要手段。光催化剂是光催化降解技术的核心，多种光催化剂已广泛应用于污染物处理、水处理、除臭等方面。

二、光催化降解机理

光催化降解技术的关键在于光催化剂在光照下产生的电荷转移现象。光催化剂的激发态与物质发生反应，产生的活性物种与污染物发生接触，进而催化污染物的分解，降低了污染物的浓度。具体地，光催化降解技术可以分为光催化氧化和光还原两种机理。

光催化氧化机理：针对VOCs等富氧有机物，光催化剂在光子激发下电子跃迁到导带带底，从而产生了激发态的光催化剂和自由电子。此时，自由电子和光催化剂捕获氧气上的子官能团后，生成过氧化物和过氧化氢等氧化产物，这些氧化产物是对VOCs等富氧有机物的降解反应的活性物种。在这个过程中，光催化剂会被还原，而光反应产物则被氧化为二氧化碳和水。

光还原机理：针对NOx等一些贫氧物质，光催化剂在光子激发下电子跃迁到导带带顶等能级，从而产生了激发态的光催化剂和空穴。此时，空穴和NOx分子发生反应，从而生成NO2等反应产物。在这个过程中，光催化剂会被氧化，而光反应产物则被还原为氮气等无害物质。 三、光催化剂的特点

光催化剂是决定光催化降解效率的关键因素。优秀的光催化剂具有下列特点：

1.高光催化活性——能在较低的能量下激发电子。

2.高光稳定性——不易受光照强度、高温等条件的影响。

3.良好的结构稳定性——具有较强的稳定能力，不易受化学物质的影响。

4.良好的可重复利用性——多次利用可以保证较高的降解效率。

光催化降解voc

光催化降解voc

光催化降解voc

光催化降解VOC

VOC（挥发性有机化合物）是指在室温下易挥发的有机化合物，常见的VOC包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯等。由于VOC的挥发性和毒性，对环境和人体健康都会造成不良影响，因此降低VOC的排放已成为环保领域的重要课题之一。

光催化技术是一种利用光能量和催化剂协同作用的环境治理技术，通过光催化反应可以将有机污染物分解为无害物质。在光催化降解VOC过程中，主要涉及以下几个环节：光能吸收、催化剂激发、活性氧物种生成和有机污染物降解。

光能吸收是光催化反应的关键步骤。光能可以通过吸收VOC分子的电子跃迁，将其激发到高能级。这一过程需要合适的光源，常用的光源有紫外光、可见光和太阳光等。其中，紫外光具有较高的能量，能够激发更多的VOC分子，但其应用受到限制。可见光具有较低的能量，应用广泛，但其激发的VOC分子较少。太阳光作为一种自然光源，能够提供较为稳定的光能，但其强度和波长分布会受到天气和季节等因素的影响。

催化剂在光催化反应中起到了至关重要的作用。催化剂能够吸附VOC分子，提高其光催化反应的效率。常用的催化剂包括二氧化钛（TiO2）、二氧化锌（ZnO）等。二氧化钛是最常用的催化剂之一，具有较高的光催化活性和化学稳定性。二氧化锌也具有较高的光催化活性，但其光催化反应速率较慢。此外，还有一些新型的催化剂，如半导体量子点、金属有机骨架等，具有更高的光催化活性和选择性。

光催化反应中，催化剂的激发状态是实现VOC降解的关键。催化剂吸收光能后，电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。电子空穴对能够与VOC分子发生反应，生成活性氧物种。活性氧物种具有较高的氧化能力，可以将VOC分子氧化为无害物质，如CO2、H2O等。此外，催化剂的表面活性也会影响光催化反应的效果。合适的表面形貌和结构可以增加催化剂的表面积和活性位点，提高其光催化活性。

光催化降解VOC技术具有许多优点。首先，光催化反应是一种非接触式的处理技术，无需直接接触有机污染物，避免了二次污染的可能。其次，光催化反应是一种非选择性的处理技术，可以降解各种不同类型的有机污染物。此外，光催化反应没有产生二氧化碳等温室气体，具有较好的环境友好性。

探究光催化降解有害污染物的机理

探究光催化降解有害污染物的机理

探究光催化降解有害污染物的机理

随着工业的不断发展，污染问题日益突出。各种污染物不断排放，污染问题对于人类健康、环境质量等方面造成了许多威胁。与此同时，环保技术与研究也在不断更新和改进。其中，光催化技术慢慢被人们重视，作为一项有效的降解有害污染物的技术，其原理备受研究者关注。

光催化技术是指在光照条件下，通过半导体催化剂的作用，将有害污染物转化为无害物质的一种技术。光催化中的光照作用是激发催化剂电子跃迁的过程，其产生的自由基能够氧化和降解污染物。这种技术的优点在于可再生性强、容易实现自动化控制、不产生二次污染等。

在光催化技术中，半导体催化剂是必不可少的一部分。半导体催化剂通常是由构成晶体结构的金属、氧、硫等元素组成的。这些半导体催化剂有许多的细分和种类，常见的有二氧化钛、锌氧化物、硫化铁等。

光催化降解有害污染物的机理为，光照下激发半导体催化剂的电子，产生活性氧化物，如羟基自由基、超氧自由基、过氧化氢等，这些自由基会与降解目标物产生强烈的氧化反应，从而将其降解为CO2、H2O等无毒有害的物质。

在光催化技术中，一般采用紫外光辐射来激发催化剂，但是紫外光辐射能量较大，容易被空气中的水分子和氧气吸收，降低光催化反应的效果。而可见光和红外光能量较小，吸收较弱，但它们的使用范围较广，能够使用可见光的光催化材料被广泛研究和应用。

有一些研究还通过改变催化剂表面态，来提高其表面反应性能。通过改变表面吸附态能够增强降解目标物的吸附能力，并能够促进产生更多的自由基，进一步提高催化剂的降解效率。

总的来说，光催化技术是一种高效的处理污染物的技术。但是，在实际应用中，还存在着提高光催化效率、降低催化剂成本、增加反应器寿命等问题需要解决。因此，以此为基础的研究将会持续发展和完善，以期能够更好地应对我们面临的环境问题和改善人们的生存环境。

污染物光催化降解的研究进展

污染物光催化降解的研究进展

污染物光催化降解的研究进展

随着现代工业的迅速发展和城市化进程的加速推进，环境污染日益严重，大气污染、水污染、土壤污染等越来越引起人们的关注。其中，大气污染是目前首要的环境问题之一，它会对人类的健康、经济和社会生产与生活等方面造成严重影响，因此，如何有效地降低大气污染已经成为社会各界共同关注的问题。

传统的大气污染治理方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要是利用物理原理，如离心力、重力、惯性、吸附等原理，将污染物分离或收集。化学法则是利用化学原理，如氧化、还原、沉淀等反应，将污染物转化为无毒或低毒的物质。生物法是通过生物作用，如微生物、植物、生物制品等，将污染物转化为无害物质或稳定物质。虽然这些方法已经在一定程度上解决了大气污染问题，但往往会造成二次污染或副产物浪费等问题。

近年来，光催化技术逐渐成为一种新兴的解决大气污染的技术。光催化技术是利用可见光或紫外线激发催化剂表面电子，产生具有化学反应能力的氧化物自由基和空穴，使得污染物在空气中的降解和去除。光催化技术相比于传统的治污技术，具有不产生二次污染、处理效率高、操作简单等优点。

目前，光催化技术被广泛应用于汽车尾气治理、VOCs治理、工业废气治理等领域。其实现原理是利用光催化材料吸收太阳光，并将其转化为无机物来降解有机物，从而实现净化空气的目的。此外，光催化技术还可以与其它污染治理技术结合起来，形成多元化治污技术。例如，光催化技术与活性炭吸附技术相结合，可以在光催化剂中加入活性炭以增加有机物的吸附分布，从而提高光催化反应的效率。

目前，在光催化技术领域，主要研究包括：(1)光催化剂的研究和设计；(2)光催化反应机制的研究；(3)实验方法的改进和优化等。在光催化剂的研究和设计方面，金属氧化物、半导体、化学薄膜等是比较常见的材料。金属氧化物催化剂具有在光催化反应过程中稳定性好、反应活性高、降解物质量少的优点，是研究较为广泛的一类光催化材料。而半导体材料如TiO2、ZnO、W18O49等则被广泛研究。光催化剂的设计则是为了使得它的载体、成分、粒径等因素都能够对其光催化效果产生正向作用。