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纳米材料在紫外线防护与光催化中的应用方法探讨在现代社会中，紫外线防护和光催化成为了两个备受关注的领域。
随着科学技术的发展，纳米材料逐渐成为这两个领域的研究热点之一。
本文将探讨纳米材料在紫外线防护和光催化中的应用方法。
首先，我们来探讨纳米材料在紫外线防护方面的应用方法。
紫外线辐射对人类的皮肤和眼睛有着潜在的危害，因此紫外线防护变得尤为重要。
纳米材料由于其特殊的物理和化学性质，成为了实现有效紫外线防护的理想材料。
一种常见的纳米材料是二氧化钛纳米颗粒。
这些纳米颗粒具有较大的比表面积和较高的光吸收能力，能够将紫外线能量转化为热能或荧光能量，从而减少紫外线到达皮肤的量。
研究表明，将纳米颗粒添加到防晒霜中可以显著提高紫外线防护效果。
此外，纳米材料的防护效果还可以通过设计纳米结构进行进一步提升。
例如，可以利用纳米线、纳米颗粒等纳米结构构建多层防护膜，形成光学过滤层，减少紫外线的穿透。
同时，纳米材料还可以通过改变其表面形貌、大小和形状等参数来调节吸收光子的能力，实现对不同波长紫外线的选择性防护。
在光催化方面，纳米材料也展现出了巨大的潜力。
光催化是指通过光照下的光催化剂，利用光能将化学反应转化为有用产物的过程。
纳米材料作为高效的光催化剂，具有较高的表面反应活性和光吸收能力，可用于水净化、空气净化、废水处理等领域。
以二氧化钛纳米颗粒为例，它具有良好的光催化活性。
在光照下，纳米颗粒吸收光子能量，激发电子跃迁到导带，形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对能够参与各种氧化还原反应，从而将有机污染物降解为无害的物质。
此外，纳米材料的高比表面积也使其具有良好的吸附能力，能够吸附污染物分子，进一步提高催化效率。
值得注意的是，纳米材料的光催化活性与其物理化学性质紧密相关。
因此，在应用纳米材料进行光催化反应时，需要充分考虑纳米材料的合成方法、晶体结构和掺杂等因素，以调节其光催化性能。
此外，纳米材料的可重复使用性也是其在光催化中的重要优势。
二维纳米材料在光催化领域的潜力评估光催化作为一种绿色环保的新兴技术，受到了广泛关注。
它利用光能激发催化剂表面的电子，从而加速化学反应的进行。
而二维纳米材料，作为一类具有特殊结构和独特性能的材料，在光催化领域被认为具有巨大的潜力。
二维纳米材料具有高比表面积、独特的光电性质以及可控的结构等特点，这些特点使其成为理想的光催化材料。
首先，二维纳米材料的高比表面积意味着更多的活性位点，这对于光催化反应的进行非常有利。
其次，二维纳米材料具有优异的光电性质，能够吸收更多的光能并转化为电子。
最后，二维纳米材料的结构可以通过合成方法进行调控，从而实现制备多样化的光催化材料。
在光催化领域，二维纳米材料的应用主要涉及三个方面：光催化水分解、光催化有机废水处理和光催化空气净化。
首先，光催化水分解是一种将太阳能转化为氢能的方法，具有重要的能源转化潜力。
二维纳米材料如二维石墨烯、二维过氧化铁等被广泛应用于光催化水分解反应中，可显著提高光催化反应效率。
其次，光催化有机废水处理是一种有效的处理废水的方法，可以实现高效降解有机污染物。
二维纳米材料如纳米氧化钼、纳米铁氧体等具有优异的光催化性能，能够有效降解有机废水。
最后，光催化空气净化是一种重要的环境保护技术，能够去除大气中的有害气体和颗粒物。
二维纳米材料可通过光催化产生活性氧种，降解空气中的有害物质。
除了以上三个方面的应用，二维纳米材料还可以在其他领域发挥重要作用。
例如，二维金属有机框架材料在光催化领域具有广泛应用前景。
其结构可调，具有高比表面积和丰富的活性位点，能够实现高效的光催化反应。
此外，二维过渡金属硫族化合物也被广泛研究，并在染料降解、光电催化和光催化水分解等方面展示出良好的光催化性能。
虽然二维纳米材料在光催化领域具有巨大的潜力，但仍面临一些挑战。
首先，目前合成二维纳米材料的方法仍较为繁琐，且纯度和粒度控制仍不完备，限制了其应用的进一步发展。
其次，二维纳米材料的稳定性也是一个需要解决的问题，特别是在光催化反应中容易受到光照和环境条件的影响。
### 纳米技术在环境保护中的应用进展随着科技的飞速发展，纳米技术以其独特的魅力逐渐成为环境保护领域的一颗新星。
正如一把双刃剑，它既能为环境治理提供前所未有的解决方案，也可能带来潜在的风险。
本文将深入探讨纳米技术在环境保护中的应用及其带来的影响。
想象一下，如果地球是一个庞大的医院，那么纳米技术就像是其中的一种高效药物，专门用于治疗环境污染这一顽疾。
通过其微小的身躯和强大的能力，纳米技术能够在分子层面上进行操作，从而实现对污染物的精确识别和高效处理。
首先，纳米技术在水质净化方面展现出了巨大的潜力。
传统的水处理技术往往无法彻底去除水中的重金属和有机污染物，而纳米材料如纳米滤网、纳米催化剂则能够有效地吸附和分解这些有害物质。
例如，纳米零价铁被广泛应用于地下水中重金属的去除，其效果堪比一位精细的艺术家，在微观世界中精心雕琢，将污染物一一清除。
其次，纳米技术在空气净化领域也大放异彩。
随着工业化进程的加快，空气中的有害物质越来越多，而传统的空气净化技术已难以应对日益严峻的挑战。
此时，纳米光催化材料应运而生，它们如同一群勤奋的清洁工，在阳光的照射下不断工作，将空气中的甲醛、苯等有害物质转化为无害的物质。
然而，尽管纳米技术在环境保护中取得了显著成效，但我们也不能忽视它可能带来的风险。
纳米颗粒由于其极小的尺寸，可能会通过土壤和水体进入生态系统，对生物造成未知的影响。
这就像是一场无声的入侵，虽然看似无害，但长期积累下来可能会引发生态灾难。
此外，纳米技术的广泛应用还可能导致新的环境问题。
例如，纳米塑料因其难以降解的特性，可能会在海洋中形成新的污染源。
这就像是在解决一个问题的同时，又不小心打开了潘多拉的盒子，释放出新的问题。
综上所述，纳米技术在环境保护中的应用无疑是一把双刃剑。
它既有着巨大的潜力和优势，也存在着不容忽视的风险和挑战。
因此，我们需要在推进纳米技术应用的同时，加强对其安全性的研究和监管，确保这项技术能够真正造福人类，而不是成为新的环境威胁。
ZnO纳米材料的合成与应用研究概述：ZnO纳米材料作为一种具有广泛应用前景的半导体材料，其合成与应用研究一直备受关注。
本文旨在探讨ZnO纳米材料的合成方法以及其在各个领域的应用，从而深入了解其在科学研究和工业应用中的潜力。
一、ZnO纳米材料的合成方法1. 水热法合成水热法是一种常用的制备ZnO纳米材料的方法。
它通过调节反应条件和反应时间，可以获得具有不同形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。
水热法合成ZnO纳米材料具有简单、低成本、可扩展性强等优点，因此受到了广泛关注。
2. 溶胶-凝胶法合成溶胶-凝胶法是一种通过溶胶中的化学反应和胶体形成过程制备纳米材料的方法。
在ZnO纳米材料的合成中，可以通过溶胶-凝胶法控制反应条件，如温度、浓度和PH值等，以实现获得具有不同形貌和尺寸的纳米颗粒。
3. 气相法合成气相法是制备ZnO纳米材料的一种常用方法。
它通过将金属有机化合物或金属化合物加热到高温，然后通过氧化反应生成ZnO纳米颗粒。
气相法合成的ZnO纳米材料具有高纯度、高晶度和尺寸可控性好等特点。
二、ZnO纳米材料在光电子领域的应用1. 光催化应用ZnO纳米材料具有优异的光催化性能，可以利用其吸收紫外光的特性来分解有害有机物和杀灭细菌。
因此，ZnO纳米材料被广泛应用于光催化净化空气、水处理和消毒等领域。
2. 光电器件应用由于ZnO纳米材料的特殊电学性质和优异的光电性能，它在光电器件领域具有广泛应用潜力。
例如，ZnO纳米材料可以用于制备光电传感器、光电调制器、太阳能电池等。
三、ZnO纳米材料在生物医学领域的应用1. 抗菌材料ZnO纳米材料具有较高的抗菌性能，可以通过抑制细菌的生长来达到消毒和杀菌的目的。
因此，在生物医学领域，ZnO纳米材料被广泛应用于医疗设备、外科用品和医疗纺织品等。
2. 肿瘤治疗由于ZnO纳米材料的优异光学性质，在肿瘤治疗中可以利用其光热效应。
将ZnO纳米材料注入肿瘤组织，并利用红外激光的吸收来使其产生局部高温，从而实现对肿瘤的治疗。
纳米科技在空气污染处理中的应用指南引言：随着工业化的快速发展和城市化进程的加速，空气污染已成为全球面临的严重环境问题之一。
传统的空气污染治理方法效果有限，因此亟需开发更加高效、可持续的空气污染治理技术。
纳米科技作为一种新兴的技术手段，具有巨大的潜力来解决空气污染问题。
本文将重点介绍纳米科技在空气污染处理中的应用指南。
一、纳米材料的应用1. 纳米金属催化剂的应用纳米金属催化剂具有高催化活性和选择性，可以有效地降解空气中的有害气体。
例如，纳米钛晶体催化剂可以将有害物质二氧化氮催化转化为氮气和水，从而减少大气中的污染物质。
2. 纳米氧化物材料的应用纳米氧化物材料具有较大的比表面积和高度可调控的结构特性，能够有效吸附和分解空气中的有害气体。
例如，纳米二氧化钛材料可以使用光催化反应吸附和降解有机废气，从而减少对大气环境的污染。
3. 纳米复合材料的应用纳米复合材料由纳米材料与其他材料组合而成，能够发挥各个组分的优势，提高空气污染物的吸附和降解效果。
例如，将纳米金属催化剂与载体材料组合制备纳米复合催化剂，可大大提高空气中有害气体的催化降解效率。
二、纳米技术的应用1. 纳米气溶胶技术的应用纳米气溶胶技术是将纳米材料制备成悬浮液喷雾，使其形成纳米尺度的气溶胶颗粒，通过喷射或扩散到空气中实现空气污染物的降解。
例如，利用纳米气溶胶技术可以将纳米二氧化钛颗粒喷射到空气中，实现有机废气的高效降解。
2. 纳米过滤技术的应用纳米过滤技术利用纳米级孔径的过滤材料，通过物理隔离的方式去除空气中的颗粒物和微生物。
例如，利用纳米级陶瓷膜滤芯可以有效过滤空气中的悬浮颗粒和细菌，保证室内空气质量的净化。
3. 纳米传感器技术的应用纳米传感器技术通过纳米材料的敏感性和响应特性，可以实时监测和检测空气污染物的浓度和种类。
例如，利用纳米敏感材料构建的传感器可以实时监测空气中的有害气体浓度，及时报警并采取相应措施。
三、纳米科技的挑战和发展方向1. 安全性问题纳米材料在空气污染处理中的应用需要关注材料的安全性和环境风险。
纳米技术在环境污染治理中的应用环境污染治理一直是全球关注的话题，尤其是随着人类社会的发展，环境污染成为制约可持续发展的重要因素之一。
少量有害物质的排放可以对环境造成严重的后果，而近年来，纳米技术的发展带来了机遇和挑战，成为环境污染治理中的新兴力量。
一、纳米技术纳米技术是一种将物质精细到纳米级别的技术，也是一种跨学科综合技术。
纳米技术的主要应用领域包括材料科学、物理学、化学、生物学、药学等。
在环境污染治理领域，纳米技术的应用主要有以下几方面：1. 纳米材料的处理能力纳米材料的比表面积大，表面活性高，具有很强的催化和吸附能力，在环境污染治理中可以用于处理有害物质。
例如，银纳米粒子可以被用于水处理，通过吸附和氧化反应去除水中的有害物质。
2. 纳米材料的探测和监测纳米材料的微小尺度使得其可以被用于环境污染物的探测和监测。
例如，碳纳米管可以作为环境污染物的传感器，通过测量化合物和气体的吸附、化学反应、电导率等参数以实现对污染物的检测。
3. 纳米材料的传质和传热纳米材料的特殊结构和性质使得其具有传质和传热的性能，可以用于环境处理中的过程改进，提高污染物的转化率和催化效率。
例如，纳米催化剂可以在低温下催化转化有机气体，减少温室气体的排放。
二、纳米技术在空气污染治理中的应用空气污染严重地影响着人类的健康和社会的发展。
纳米技术作为一种新兴的治理手段，可以用于空气污染的治理。
在空气污染治理中，纳米技术应用的主要领域包括高效空气净化、废气治理和空气质量监测等。
1. 高效空气净化纳米技术可以被用于高效的空气净化器中，通过高比表面积和极性表面来吸附和过滤有害气体和颗粒物。
例如，纳米光催化材料可以吸附有机气体，并在光照下进行氧化反应，实现空气中有机污染物的去除。
2. 废气治理工业生产过程中常会产生排放有害气体，这些有害气体如果不进行治理就会对环境和人体造成严重的影响。
纳米技术可以被用于净化工厂废气，通过纳米催化剂促进气体化学反应，减少污染物的排放。
纳米材料在环境保护中的应用随着全球环境问题的日益严峻，人们对环境保护的需求也越来越迫切。
在环境治理领域，纳米材料因其独特的性能和广泛的应用前景，成为了一个备受关注的研究领域。
本文将介绍纳米材料在环境保护中的应用，探讨其潜力及影响。
一、纳米材料的定义和特性纳米材料是指其至少在一个尺寸范围内具有小于100纳米的尺寸的物质。
与传统的材料相比，纳米材料具有较大的比表面积和更高的反应活性。
这些特性使得纳米材料在环境保护中具有重要的应用潜力。
二、纳米材料在水处理中的应用1. 污水处理纳米材料可以被用于污水处理中的吸附、膜分离、氧化等过程。
例如，纳米颗粒可以作为吸附剂，通过表面吸附来去除水中的重金属离子和有机物质。
此外，纳米膜也可以用于过滤微小颗粒和有害物质，提高水的净化效率。
2. 水资源管理纳米材料的应用还可以提高水资源的利用效率。
例如，纳米材料可以用于水的分子筛、浓缩和脱盐等过程，提高水资源的回收和再利用率。
此外，纳米材料也可以用于水体中污染物的传感和检测，实现实时监测和快速处理。
三、纳米材料在大气污染控制中的应用1. 空气净化纳米材料可以用于空气净化中的颗粒物捕捉和分解等过程。
例如，纳米颗粒可以用于过滤空气中的细颗粒物和有害气体，净化室内和室外空气质量。
此外，纳米材料还可以通过光催化剂的作用，将空气中的污染物分解为无害物质。
2. 大气监测纳米材料的应用也可以提高大气监测的精确度和实时性。
通过使用纳米材料制造的传感器，可以有效地检测和监测大气中的污染物浓度和种类，提供准确的数据支持环境监测以及污染源的追踪和预警。
四、纳米材料在土壤修复中的应用1. 土壤污染修复纳米材料可以通过吸附、还原、催化等作用修复土壤中的重金属和有机物污染。
例如，纳米颗粒可以与重金属形成稳定的络合物，减少其毒性和迁移性。
此外，纳米材料的应用还可以改善土壤的通透性和保水性，促进植物生长。
2. 植物修复助剂纳米材料还可以作为植物修复土壤污染的助剂。
利用纳米技术改善环境治理方法纳米技术是一种能够改变世界的前沿科技，其应用范围广泛，包括环境治理领域。
利用纳米技术改善环境治理方法，可以有效地解决一系列环境问题，包括水污染、空气污染、土壤污染等。
本文将详细介绍利用纳米技术改善环境治理的方法和应用案例。
一、水污染治理水污染是全球范围内的严重问题，给人们的生活和健康带来了巨大威胁。
利用纳米技术可以提供一种高效、低成本的水污染治理方法。
1. 纳米材料吸附剂：纳米材料具有巨大的比表面积和高吸附能力，可以作为吸附剂去除水中的有害物质。
纳米氧化铁、纳米氧化铝等材料被广泛应用于水污染治理中，可以高效去除重金属离子、有机污染物等。
2. 纳米光催化剂：利用纳米光催化剂可以实现光解污染物的效果。
纳米二氧化钛是一种常用的纳米光催化剂，在紫外光的作用下，可以将水中的有机污染物分解为无害的物质，从而达到水污染治理的效果。
3. 纳米膜技术：纳米膜技术可用于水的过滤和分离。
纳米微孔膜和纳米复合膜被用于去除水中的微生物、溶解有机物和重金属离子，从而得到清洁的水资源。
二、空气污染治理空气污染对人类健康造成了严重威胁，而纳米技术可以提供一种创新的空气污染治理方法。
1. 纳米颗粒过滤器：利用纳米颗粒过滤器可以有效去除空气中的颗粒物，如PM2.5。
纳米颗粒过滤器具有高过滤效率和较低的阻力，能够提供清洁的空气供人们呼吸。
2. 纳米光触媒：纳米光触媒可以将空气中的有害气体转化为无害物质。
例如，利用纳米二氧化钛和紫外光的作用，可以将空气中的二氧化氮等有害气体转化为无害的氮气。
三、土壤污染治理土壤污染对农业发展和人类健康造成了严重影响，利用纳米技术可以进行土壤污染治理，恢复土壤的生态功能。
1. 纳米土壤修复剂：纳米材料具有较高的活性，可以用作土壤修复剂。
例如，利用纳米零价铁可以还原土壤中的重金属离子，减少其在土壤中的毒性。
2. 纳米材料增效剂：利用纳米载体可以将农药、化肥等植物保护剂和营养物质有效地释放到土壤中，提高农作物的产量和质量，同时减少对环境的污染。
纳米材料对于环境污染物治理的综合作用随着工业化的发展和人类活动的增加，环境污染问题日益严重。
治理环境污染是当今社会关注的焦点之一。
而纳米材料则成为了一个备受瞩目的治理环境污染新材料。
纳米材料不仅具有高效、环保、可再生的特点，还可以实现对污染物的高效去除和转化，同时对环境的负面影响也较小。
因此，纳米材料的研究和应用在环境污染治理领域引起了广泛关注。
一、纳米材料的种类及其用途纳米材料是指尺寸在1-100纳米之间的物质，具有很高的比表面积和量子效应等特性。
常见的纳米材料主要包括纳米二氧化钛、纳米银、纳米二氧化硅等。
这些纳米材料的应用具有很大的优势，如环境污染治理、医疗卫生、能源和储存等方面。
对于环境污染治理，纳米材料具有广泛的应用前景。
例如，纳米银粒子可以作为抗菌剂和消毒剂应用于水处理领域，纳米二氧化钛具有光催化降解有机物的能力，纳米氧化铁则是含铁污染物的高效去除剂等等。
因此，纳米材料在治理环境污染方面具有综合作用。
二、纳米材料在水污染治理中的应用水污染问题是当前面临的严重环境问题之一。
纳米材料在水污染治理方面，被广泛应用于水污染的去除、分解、吸附等方面，具有广泛的应用前景。
其一，纳米银的应用。
纳米银是一种优秀的抗菌剂，可以杀灭细菌、病毒和其他微生物。
在水处理领域，将纳米银粒子加入水中，可以消灭水中的微生物，达到净化水的作用。
其二，纳米二氧化钛的应用。
纳米二氧化钛具有很高的光催化活性，可以利用阳光将水中的有机物质分解，并将其转化为无害的物质，在水污染治理方面具有广泛的应用前景。
其三，纳米氧化铁的应用。
纳米氧化铁具有较高的吸附能力，可以对重金属离子、有机物等进行吸附去除。
在处理含铁污染物的水体方面，纳米氧化铁是一种高效的去除剂。
三、纳米材料在空气污染治理中的应用空气污染是当前环境污染中不可忽视的问题之一。
纳米材料在空气污染治理方面，也得到了广泛的应用。
其一，纳米银的应用。
纳米银可以将甲醛等空气污染物转化为无害的物质，同时纳米银粒子的高比表面积还可以增加反应的速度和反应效果。
纳米材料在净化空气领域中的应用摘.. 要: 介绍了纳米半导体材料的光催化机理, 净化空气的优点和国内外相关产品开发、应用的情况。
对实验过程中影响光催化效率的因素及提高光催化能力的途径作了概述。
关键词: 纳米半导体材料; 光催化; 空气净化空气净化材料的开发与研究。
.. .. 光催化特性是纳米半导体材料的重要特性之一, 这一性质在环境领域中的应用已有20 余年的历史。
具有光催化活性的光触媒材料很多, 多为n 型半导体氧化物, 其中, 二氧化钛( TiO2 ) 因具有高化学稳定性、耐热佳、成本低且无毒等特点, 成为近年来研究应用的焦点。
光催化技术的应用范围十分广泛,可用于污染水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌防雾和自清洁功能等。
1.. 纳米光催化反应原理半导体光催化剂大多是硫族化合物半导体, 如TiO2 、CdS等都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构, 即在价带( V alence Band, VB) 和导带( Co nduction Band, CB) 之间存在一个禁带( Forbidden Band, Band Gap) 。
由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式..= 1240/ Eg ( eV) 的关系, 因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。
当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时, 半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带, 从而产生光生电子( e- ) 和空穴( h+ ) 。
此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子( ..O-2 ) , 而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基( .. OH) 。
而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性, 能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2 和H 2O, 甚至对一些无机物也能彻底分解[ 21] , 特别是在废水、废气的净化,杀菌除臭等方面已有大量文献报道[9- 13] 。
2.. 影响光催化效果的因素以TiO2 为代表的光催化剂在使用过程中, 光催化活性会受到很多因素的影响, 下面对这些实验过程中的影响因素作一简要概述。
2.. 1 光催化材料的选择硫族半导体化合物材料有TiO2 , ZnO, ZnS, CdS 及PbS 等, 若考虑到腐蚀安全及成本等因素, 以T iO2, ZnO 的实用性较好, 其中又以TiO2 的使用最为普遍。
二氧化钛有3 种晶型: 锐钛矿型( Anatase) 、金红石型( Rutile) 和板钛型( Bro okite) , 其中具有光催化功能的主要是锐钛矿型和金红石型, 而且锐钛矿型的光催化活性较高。
近年来, 研究发现锐钛矿与金红石的混晶具有更高的活性。
原因在于, 锐钛矿晶体表面生长了薄的金红石结晶层, 由于晶体结构的不同, 能有效地促进锐钛矿晶体中的光生电子和空穴电荷分离( 混晶效应) 。
Anpo[8] 研究了粒径与光催化量子产率的关系后指出, 随着粒径减小, 量子产率提高, 光吸收边界蓝移, 尤其当粒径小于10 nm 时, 量子产率得到迅速提高。
2.. 2 催化剂量催化剂的使用量会直接或间接影响到光催化效果。
催化剂量太少, 光量子产率太低, 光催化速度会很慢。
催化剂使用量太大, 则纳米颗粒的分散会比较困难, 粒子易团聚, 从而失去光催化活性。
同时催化剂本身对紫外线也会发生竞争吸收的作用,光催化效果反而不好。
2.. 3 光源与光强利用能带结构模型计算的二氧化钛晶体的禁带宽度Eg 为3. 0 eV( 金红石) 和3. 2 eV( 锐钛矿) , 其光吸收值.. g 与禁带宽度Eg 可用关系式表示: .. g ( nm) = 1240/ Eg ( eV) 。
由此可看出, 金红石型光催化所需光的最大波长为413 nm, 锐钛矿型为387nm。
而由光电压谱分析表明, 由于二氧化钛表面杂质和晶格缺陷的影响, 它在一个较大的波长范围里均有光催化活性。
因此,这在对光源的选择上就比较灵活, 如: 黑光灯、高压汞灯、低压汞灯、紫外灯、杀菌灯等均可用作光源, 波长一般在250~ 400 nm范围内。
Bahanemann[ 15] 等在研究光催化降解三氯甲烷的反应时发现, 降解速度与光强的平方根存在线性关系。
而当光强大到一定值时, 光催化没有效果, 说明光强过强时, 可能存在中间产物在催化剂表面的竞争性复合的现象。
2. 4.. pH 值光催化氧化反应有较高速率, 在低pH 值和高pH 值时都可能出现, pH 值的变化对不同反应物降解的影响也不同, 且与光强大小有一定关系。
另外, pH 值的大小对分散剂的分散性能有较大的影响。
.. 2.. 5.. 反应物浓度二氧化钛光催化氧化反应速率可用Langmuir- H inshel..w oo d 动力学方程式来描述:r =kKC1 + KC式中.. r % % % 反应速度; C % % % 反应物浓度; K % % % 表观吸附平衡常数; k % % % 发生于光催化剂表面活性位置的表面反应速率常数。
低浓度时KC 1, r = kKC = K& C , 即反应速率与反应浓度成正比。
初始浓度越高, 降解速率越大。
由此看出, 在某一高浓度范围内, 反应速率与该反应物浓度无关; 在中等浓度时, 反应速率与反应物之间存在着复杂的关系。
光降解动力学主要取决于半导体被光照产生空穴的难易程度及污染物在T iO2 表面上的吸附。
2.. 6 反应温度光催化反应的表观活化能很低, 其反应速率对温度的依赖性不大。
大多数气相光催化反应都是在常温下进行的, Ander..son 等研究了TCE 在T iO2 表面的降解, 发现随着温度的变化( 23~ 62 . ) , 反应速率基本保持不变。
2.. 7 氧气的吸附氧的存在可能会影响到气相光催化降解反应速率、转化率、中间产物和中间体的分布, 甚至反应机理。
一般认为, 表面吸附的氧能有效地捕捉导带电子, 抑制电子和空穴的重组, 从而提高了量子的反应速率。
此外, 捕获表面电子形成的O2- 本身也具有很强的氧化活性。
因此, 在氧化反应中, 适当通入氧气、空气、甚至臭氧或加入过氧化氢等, 都会对反应速度有很大的提高。
3 使用纳米光催化净化空气的优点当前解决空气污染主要有物理吸附法( 活性炭) 、臭氧净化法、静电除尘法、负氧离子净化法等, 但是这些方法自身都有着难以克服的弊端, 所以一直难以大范围地推广使用。
与其相比,纳米光催化则有如下优点:( 1) 纳米光催化技术降解有机物的最终产物是CO2 和H2O,没有其他毒副产物出现, 不会造成二次污染, 反应缓和, 无需苛刻的化学环境。
( 2) 纳米微粒的量子尺寸效应会导致其吸收光谱的吸收带边蓝移, 促进半导体催化剂光催化活性的提高。
( 3) 纳米材料粒径通常小于空间电荷层的厚度, 使电子从内部扩散到表面的时间减少, 提高了光致电荷分离的效率。
( 4) 纳米材料尺寸很小, 处于表面的原子很多, 比表面积很大, 增强了半导体光催化剂吸附有机污染物的能力。
4.. 提高光催化能力的途径光催化剂的研究已有20 多年的历史, 可是真正意义上大规模的工业运用还没有开始, 主要原因是由于光催化对太阳能的利用率不高, 光催化量子产率不高, 光催化剂的活性及合适的载体等问题没有得到很好的解决。
下面是目前研究解决这些问题的主要方法。
4.. 1 复合半导体太阳光是一种连续光谱, 起始辐射波长为300 nm, 纳米T iO2 吸收谱波长范围为300~ 387 nm, 占太阳光谱总能量的3%~ 5 %, 扩大吸收光的波长, 可以提高太阳光的利用率, 目前的研究主要通过复合半导体的途径来实现。
即将半导体与绝缘体或半导体与半导体复合, 以TiO2 和CdS 的复合为例, TiO2 带隙能为3. 2 eV, CdS 带隙能为2. 5 eV。
当入射光能量不足以使T iO2 的电子发生跃迁时, 由于TiO2 导带的电位比CdS 导带电位高, CdS 上发生跃迁的电子更容易迁移到T iO2 的导带上, 这种电子的迁移有利于电荷的分离, 从而使得复合光催化剂在可见光部分有一个吸收带, 增强了对太阳光的利用率。
4.. 2 贵金属沉积金属和半导体材料接触时, 由于金属的功函数高于半导体的功函数, 电子就会不断地从半导体向金属迁移, 在二者接触后形成的空间电荷层中金属表面会获得多余的负电荷, 而在半导体表面上会获得多余的正电荷, 半导体的能带就会向上弯曲形成耗尽层, 这种在金属半导体界面上形成的势垒称为Scho ttky能, 它是一种能阻止电子、空穴复合的电子捕获阱, 从而提高了光催化反应的量子产率。
4.. 3 离子修饰金属离子是电子的有效受体, 可以捕获导带中的电子, 减少了TiO2表面光生电子和光生空穴的复合几率, 从而提高光催化反应效率。
其浓度与光催化效果呈抛物线关系, 过高浓度的粒子会减低TiO2 对紫外光的吸收, 并可能成为电子空穴复合中心, 对光催化反应反而不利。
4.. 4 载体选择催化剂的固定化是光催化材料能否实用的关键, 由TiO2 粉体制成的悬浮液的反应体系光催化效果较好, 但催化剂的回收困难限制了该方法的产业应用。
现有研究报道采用的载体主要有硅胶、活性氧化铝( Al2O3 ) 、玻璃纤维网、空心陶瓷球、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管、普通( 导电) 玻璃片、有机玻璃、光导纤维等。
载体的选择有时不仅仅为催化剂提供负载的平台, 还能提高催化剂的光源利用率和光催化活性。
作为空气净化用的空调过滤材料可以考虑将TiO2 的光催化特性与活性炭纤维基材的吸附性结合起来, 起到相互促进的作用。
5 国内外已开发应用的产品日本对于半导体光催化的研究较早, 现在已有多家日本公司生产出了多种用于改善空气品质的实用产品。
1996 年大金工业公司开发了新型空气净化除臭机, 该机具有抗菌除臭的能力, 并于同年10 月开始出售。
与该公司原同类产品相比, 价格高出约10 %, 抗菌效率提高10 %, 达到99. 9 %, 除臭能力为原产品的13 倍, 为活性炭的130 倍。
日本石原公司、丰田汽车公司和Equo s 研究公司联合, 成功开发出了利用T iO2 光催化反应高效率地消除空气中有害成分如( NOx 、甲醛等) 的技术。
该技术是在T iO2 中添加特殊的氧化助剂, 使TiO2 净化能力提高约3 倍。
石原公司还开发出了一系列便于用户使用的TiO2 二次产.. .. .. .. .. 2005 年第1 期.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 纺织科技进展.. 43 ..品。
ST 2H 系列为蜂窝过滤体, 除表面积较大外, 强度也较高。
P2ST 2H 11 是将T iO2 光催化剂粉末混入活性炭、无机纤维和纸浆混合料中制成纸, 然后组合成蜂窝状的二次产品。
