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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。
光催化氧化原理光催化氧化技术是一种利用光能催化氧化反应的新型技术，它在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广阔的应用前景。
光催化氧化原理主要是利用光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对，从而参与氧化还原反应。
本文将从光催化原理、光催化剂和光催化氧化应用等方面进行介绍。
光催化原理。
光催化原理是指在光照条件下，光催化剂吸收光能，形成激发态电子-空穴对，这些激发态电子-空穴对可以参与氧化还原反应。
光催化氧化反应的关键步骤是光催化剂的激发和电子转移过程。
光照条件下，光催化剂吸收光能，电子从价带跃迁到导带，形成激发态电子-空穴对。
这些激发态电子-空穴对可以与氧分子或有机物分子发生氧化还原反应，从而实现光催化氧化。
光催化剂。
光催化剂是光催化氧化反应的关键，它可以吸收光能并促进氧化还原反应的进行。
光催化剂的选择对光催化氧化反应具有重要影响。
常见的光催化剂包括二氧化钛、氧化铋、氧化锌等。
这些光催化剂具有良好的光催化活性和稳定性，可以广泛应用于水处理、大气净化、有机废气处理等领域。
光催化氧化应用。
光催化氧化技术在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛应用。
在环境治理方面，光催化氧化技术可以用于水处理、大气净化和有机废气处理。
在能源开发方面，光催化氧化技术可以用于光催化水解制氢、光催化CO2还原制燃料等。
在化学加工方面，光催化氧化技术可以用于有机合成、光催化降解有机物等。
总结。
光催化氧化技术是一种利用光能催化氧化反应的新型技术，它在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛的应用前景。
光催化氧化原理主要是利用光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对，从而参与氧化还原反应。
光催化剂的选择对光催化氧化反应具有重要影响，常见的光催化剂包括二氧化钛、氧化铋、氧化锌等。
光催化氧化技术在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛应用，可以为人类社会的可持续发展做出重要贡献。
通过本文的介绍，相信读者对光催化氧化原理有了更深入的了解，希望本文能对相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
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。
光催化氧化法简介光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O 等简单无机物,避免了二次污染,简单高效而有发展前途.所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应.光化学反应需要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。
由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。
在我国工业废水中，印染废水因其有机物含量高、色度深、水质复杂、排放量大而成为难处理的工业废水之一。
印染废水中含有大量卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类及各种染料等有机物，主要来自纤维、纺织浆料和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。
其COD浓度达数千至数万mg/L,色度也高达数千至数万倍,可生化性差，很多废水还含有高浓度无机盐：如氯化钠、硫化物等,严重污染水环境。
国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差,出水难以稳定达到国家规定的排放标准。
光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，实验证明，此方法对印染废水有较好的处理效果.当进水COD Cr为1300 mg/L左右,色度为800倍时,经本法处理的废水,出水COD Cr达188 mg/L，色度为0～10倍，COD Cr 去除率达92％,脱色率几近100%.主要水质指标达到了GB8978—1996《污水综合排放标准》中染料工业的二级标准.本法可取代常规的生物法，适合中小型印染厂的废水处理。
光催化氧化法原理光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3—、PO43—、Cl-等。
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。
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和催化剂促进氧化反应的技术，已经被广泛应用于环境治理、能源生产和化工等领域。
本文将综述光催化氧化技术的原理、应用、发展现状和未来趋势，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
一、光催化氧化技术的原理光催化氧化技术是通过使用光或其他辐射能源来激活催化剂，促进催化剂表面上的氧化还原反应。
具体来说，当光能照射到催化剂表面时，催化剂会吸收能量，激发电子跃迁至导带，从而形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对可以参与表面吸附分子的还原和氧化反应，从而促进氧化反应的进行。
光催化氧化技术的核心是催化剂的光谱响应和电子传递过程。
1. 环境治理光催化氧化技术在环境治理领域有着广泛的应用。
利用光催化氧化技术可以将废水中的有机物、重金属和污染物转化为无害物质，达到废水处理和环境保护的目的。
光催化氧化技术还可以用于空气净化，例如将空气中的有害气体如二氧化硫、氮氧化物等转化为无害物质，净化空气质量。
2. 能源生产光催化氧化技术还可以应用于能源生产领域。
利用光催化氧化技术可以将太阳能转化为化学能，通过光催化水分解来产生氢气，从而实现可再生能源的生产。
光催化氧化技术还可以应用于光电池、光催化还原CO2等领域，为能源生产提供新的技术途径。
3. 化工领域在化工领域，光催化氧化技术可以应用于有机合成、催化剂制备、催化反应等方面。
利用光催化氧化技术可以实现对有机物的特定官能团氧化反应，产生具有特定结构和性质的有机化合物。
光催化氧化技术还可以应用于催化剂的制备，例如通过光催化合成法来制备铁氧化物等催化剂。
目前，光催化氧化技术已经取得了一系列的研究进展和应用成果。
在催化剂方面，研究人员已经合成了多种高效的光催化剂，如TiO2、ZnO、CdS、WO3等，这些催化剂在光催化氧化反应中具有较高的活性和稳定性。
在反应系统方面，研究人员已经开发了多种光催化氧化反应体系，如溶液相、气相和固相反应等，这些反应体系在各自领域已经取得了一定的应用效果。
光催化氧化技术
引言：随着工业的发展，全球性环境污染日趋严重，利用各种手段有效治理环境污染引起了世界各国的重视。
半导体光催化技术因具有反应条件温和、反应设备简单、二次污染小、易于操作控制等优点而受到研究者的广泛关注。
其中TiO2因价廉、无毒、化学稳定性强，其光催化氧化技术得到迅速发展，在光催化降解有机污染物等领域得到广泛地应用。
本文在论述了光催化的原理，光催化技术在污染治理方面的应用及目前的主要研究动向基础上，主要以TiO2为对象对光催化材料的制备，催化剂活性的提高及光催化技术的应用方面做大致介绍。
1.光催化氧化技术的基本概念及发展概况
在自然界中有一部分紫外光（190～400nm）易被有机污染物吸收，在有活性物质存在时会发生光化学反应使有机物降解。
天然水体中存在大量活性物质，如氧气、亲核剂·OH及有机还原物质，因此河水、海水发生着复杂的光化学反应。
光降解即指有机物在光作用下，逐步氧化成CO2、H2O及NO3-、PO43-、Cl-等。
光化学反应经常有催化剂参与反应，这就是光催化氧化。
由于可利用自然光做能源解决污染治理，这一技术一开始就受到广泛关注，并获得迅速发展，近十几年应用于水处理领域。
1972年Fujiahima首先发现光电池中受辐射的TiO2可发生持续的水的氧化还原反应。
1977年Bard提出利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质以后在半导体微粒悬浮体系中进行光催化消除污染物的研究日益活跃起来。
A.L.Pruden等人进行了十几种常见优先有机物的去除研究，主要包括三氯乙烯、三氯甲烷、二氯乙烯、二氯甲烷、二溴甲烷、氯苯等。
国内外大量的研究报告表明，光催化氧化法对水中的烃卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等均有很好的去除效果，即使通常情况下较难降解的有机污染物，一般经过持续反应可到达完全矿化。
光催化过称个采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下进行，如果利用太阳光作为光源则可大大降低污水处理费用。
更主要的是光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质及各种相应的
无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。
2.光催化氧化机理
光催化氧化是指有催化剂的光化学降解，一般可分为有氧化剂直接参加反应的均相光化学催化氧化，以及有固体催化剂存在，紫外光或可见光与氧或过氧化氢作用下的非均相（多相）光化学催化氧化。
均相光化学催化氧化主要指UV/Fenton试剂法。
辅助以紫外线或可见光辐射，可极大地提高传统Fenton氧化还原的处理效率，同时减少Fenton试剂用量。
H2O2在UV光照条件下产生·OH，其机理为：
H2O2+hv→2·OH
电化Fe2+在UV光照条件下，可部分转化为Fe3+,所转化的Fe3+在PH值为5.5的介质中可以水解成羟基化的Fe(OH)2+, Fe(OH)2+在紫外光线作用下又可转化为Fe2+，同时产生·OH。
其机理为：
Fe(OH)2++ hv→Fe2++2·OH
由于上述反应存在，使得H2O2的分解速率远大于Fe2+催化H2O2的分解速率。
当用光照半导体材料，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度，则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，产生光致电子和空穴（如半导体TiO2的禁带宽度为3.2eV）。
当光子波长小于385nm时，电子就发生跃迁，产生光致电子和空穴。
光致电子空穴具有很强的氧化性，可夺取半导体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子，使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的物质，通过光催化剂被活化氧化。
光致电子具有很强的还原性，使得半导体表面的电子受体被还原。
但是迁移到表面的光致电子和空穴又存在符合的可能，降低了光催化反应的效率。
为了提高光催化效率吧，需要适当的俘获剂，降低电子和空穴复合的可能性，这是近年来光催化研究的重点。
光催化氧化还原机理可以分为几个阶段：光催化剂在光照射下产生电子空穴对；表面羟基或水吸附后形成表面活性中心；表面活性中心吸附水中的有机物；羟基自由基形成，有机物被氧化；氧化产物分离。
3.光催化剂的制备
1)粉体TiO2光催化剂的制备
可用于光催化氧化的半导体催化剂有多种，其中TiO2因具有稳定、无毒、价廉等优点，因而被广泛地用于光催化、太阳能电池、感光材料、化妆品等领域，
其中纳米TiO2又因其独特的优异性能受到人们的高度关注，是当前光催化剂研究领域的研究热点。
TiO2晶体存在金红石型、锐钛矿型、铁钛矿型三种结构的晶型。
铁钛矿型存在于自然界中，很难人工合成，金红石型和锐钛矿型可人工合成。
锐钛矿型在低温稳定，高温则转化为金红石型。
TiO2光催化剂的制备方法有多种，气相制备法有氢氧火焰水解法、TiCl4气相氧化法、钛醇盐气相水解法等，液相制备法有TiCl4加碱中和水解法、TiOSO4水解法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。
目前实验室应用最多的是溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法以钛醇盐为原料，通过水解和醇聚反应制得溶胶，进一步聚缩得到凝胶，凝胶经干燥、煅烧得到粉体TiO2，其反应如下：
水解：Ti(OR)4+nH2O→Ti(OR)4(OH)n+nROH
缩聚： 2 Ti(OR)4(OH)n→[Ti(OR)4(OH)n-1]2O+H2O
粉末状催化剂在实际应用中有以下两个缺点：一是反应后催化剂的分离回收比较困难；二是悬浮的粉末催化剂不易连续使用。
2)负载型TiO2光催化剂的制备
负载型光催化剂的载体要具有稳定性好、机械强度高和比表面积大的性能。
常用的催化剂载体有普通玻璃片、石英玻璃管、空心玻璃珠以及玻璃纤维网等玻璃载体，还有如活性炭、沸石、硅胶、Al2O3、蜂窝状陶瓷柱等多孔性材料。
负载型光催化剂的活性与溶胶-凝胶溶液的性质、基材性质（金属、玻璃等）、干燥和焙烧温度有关。
制备负载的TiO2光催化剂大多在空气下直接进行加热干燥。
焙烧温度和气氛同样会影响TiO2的孔隙、密度、晶型以及与基材料结合的牢固性。
4.提高催化剂活性的方法
纳米TiO2光催化材料具有光化学性质稳定，催化效率高，氧化能力强，无毒无害，价廉，无二次污染等优点，在废水处理中受到了人们的关注。
但是由于其吸收阈值为387nm，对太阳能的利用率低。
另外，由于光生电子和空穴的的复合率高，导致量子产率低，从而大大降低了催化活性。
因此对纳米TiO2进行改性来提高其催化活性成为目前研究的热点。
主要研究工作是通过离子掺杂、复合半导体催化剂等方法对TiO2进行改性，降低能带间隙，增加催化剂对长波段光的吸收；通过贵金属和金属氧化物的表面沉积、添加电子捕获剂等方法，减少光
生载流子的复合，提高光催化剂的催化活性。
1)过渡金属离子的掺杂
过渡金属离子掺杂能够显著降低带隙能级，实现可见光的激发。
在众多掺杂元素如Fe、V、Mn、Co和Ni，Fe离子是研究最为广泛的一种掺杂离子，此外，稀土元素的掺杂对光催化性能的影响也有人进行研究，研究结果表明，不论是单一价态，还是可变价态的稀土掺杂离子或它们的氧化态或还原态扩散人二氧化钛晶格中时，会引起较大的晶格畸变和膨胀.这种晶格膨胀所导致的逃离晶格氧原子和吸附O-提供额外的空穴及电子捕获途径，使得二氧化钛悬浮体系的光催化性能有较大程度的提高。
另外，有研究表明共掺杂比单一掺杂催化活性更好。
2)贵金属沉积
将贵金属或贵金属氧化物沉积在半导体材料上可以改善其光催化活性。
这是由于在催化剂表面担载贵金属，贵金属的费米能级低于TiO2的费米能级，当它们接触后，电子就从TiO2的粒子表面向贵金属扩散，使贵金属带负电而TiO2带正电，从而构成一个短路的微电池，从而使光催化反应顺利进行。
研究表明，贵金属如Pt、Pd、Ag能够有效捕获光生电子，利于反应进行。
3)复合光催化材料
半导体复合就是利用两种或是多种半导体材料组分性质的差异的互补性来提高催化剂的活性。
这一领域研究较多的是CdS-TiO2和SnO2-TiO2体系，研究结果均表明，在可见光激发下失去电子的染料比捕获电子的染料修饰的催化剂分子催化活性高。
但大多数敏化剂在近红外区吸收很弱其吸收谱与太阳光谱还不能很好匹配。
而且由于有机敏化剂与污染物之间存在着吸附竞争，敏化剂本身也可以发生光降解，随着敏化剂的不断降解，需添加更多的敏化剂，限制了其广泛应用。
此外，通过表面螯合和衍生作用提高催化剂活性的研究方面也有所报道。
5.光催化氧化的应用
光催化氧化技术在废水处理、空气净化、消毒杀菌等多个领域的研究和应用都受到人们的重视，其中在污染治理方面的研究和应用有：工业废水处理（染料废水、农药废水、表面活性剂等有机废水等），工业废气处理（苯、甲苯、二甲苯三氯乙烯等挥发性有机污染物）、杀菌消毒方面的研究应用以及在日常生活中
也具有很好的应用前景。
