光催化分解水的研究进展PPT课件

Environ. Pollu. Contr. ) , 2006 , 7(1) : 129 — 131 [12]刘云, 蒋仲安, 王灿. 氯代有机物生物降解研究进展[J]. 环境科学与技
术, 2008, 31(2): 51-55. [13] 邓谦, 吕晓萌, 蔡铁, 等. 磷钨酸表面修饰TiO2光催化降解空气污染物
• TiO2 用于居室空气处理尤其具优势, 可将T iO2 镀于内墙、家具和装饰物表面, 也可将TiO2 掺和 于混凝土中使用, 甚至直接应用到污染源上。张 悠金[10]等将纳米TiO2 加入到卷烟烟嘴中, 实现 了对烟焦油和尼古丁的截留( 截留率28.14%~ 45.13%) , 这对于人体健康及居室环境空气质量 具有十分重要的意义。
• 但迄今为止, 对TiO2 处理大气有机污染物的研究 多以有限的半封闭/ 封闭空间为主, 对大空间的 研究较少, 关键在于对TiO2 高催化性及长效性 的研发, 以利于降低处理成本。
. 利用TiO2 这些特性, 将之镀于钢桥、铁索和 工业设备表面可以抗蚀; 镀于照明工程灯具 外壳、高层建筑材料表面、饮食行业抽油 烟设备以及各种需人工频繁清洗或人工难 予清洗的设施上, 可以实现完全自清洁或最 大限度减少清洁周期和降低清洁强度; 镀于 日用品、纤维制品、文具和玩具表面可以 消毒抗菌。因此, T iO2 在抗菌抗蚀与自清 洁方面的应用前景是广阔的。
• 有效催化EEA 降解为F-和CO2[12]。因此，杂多酸 在光催化治理工业废水中难降解的表面活性剂方 面有应用价值。
④杂多酸光催化降解其他有机污染物
• 室内空气污染问题日益严重，对人体健康的危害 已引起了人们的强烈关注。在诸多的室内污染物 中，甲醛为最重要的室内污染物之一。邓谦[13]等 以湿法浸渍修饰TiO2制备了H3PW12O40/TiO2复 合催化剂，以含甲醛和丙酮的气体模拟污染空气， 研究其在复合光催化剂作用下的光催化降解行为。 结果表明， H3PW12O40含量为21.9%时， H3PW12O40与TiO2

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❖ 半导体结构与绝缘体类似，所不同的是Eg较窄，电子从价带克 服禁带能垒跃迁至导带有两种途径。
❖ 一种可以通过热激发或光激发实现。 ❖ 另一种通过掺杂改变半导体材料的电子分布状况实现。
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掺杂半导体
❖ 在半导体中含有少量杂质原子称为掺杂半导体。 ❖ 若掺杂原子的价电子除了成键外还有剩余，则为施主。多余的
----抗菌性： 杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓 杆菌、病等。 ----空气净化： 分解空气中有机化合物及有毒物质：苯、甲醛、氨、 TVOC等。 ----除臭 ：去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭。 ----防霉防藻： 防止发霉、防止藻类的产生, 防止水垢的附着。 ----防污自洁：分解油污,自清洁。
❖ 随着研究深入，人们发现半导体光催化技术在去除污染物等方面 ，具有能耗低、氧化能力强、反应条件温和、操作简便，可减少 二次污染等突出特点，有广阔应用前景。
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❖ 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行， 日本发表 许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。 此后，光触媒应用于抗菌、防污、空气净 化等领域的相关研究急剧增 加。
❖ 低压汞灯操作温度为常温，因此不需要冷却，灯的电能大部分转化为光能，
常用。
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❖ 溶液pH值影响 其对半导体粒子在反应液中的颗粒物聚集度、表面电荷和有机物在半导体 表面的吸附等有较大影响。
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❖ 反应温度 在实际反应中，光催化反应对温度的变化不敏感，因为光催化反应的表观 活化能很低，故反应速率对温度的依赖性不大。
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（2)半导体在溶液中的氧化还原反应过程
h++H2O e -+O2 2HO2 • H2O2 + •O2-

• 此法也适于生物质制氢。
• 将天然气火焰在裂解炉加热到 1400℃，
• 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。
五、制氢技术简介 1、化石燃料制氢
(3) 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） H2O+CO → CO2（g）+H2（g）
(5) 其他因素
5、影响光催化效率的主要因素
1、溶液pH值：
2、光强: 功率、距离
3、反应物浓度：Langmuir-Hinshelwood关系式
4、温度
5、无机离子
七、光催化材料研究进展
1、光催化剂概述 常见半导体材料的能带结构
SiC
Evs.SHE(pH= )/eV
ZnS
-1.0
ZrO2
SrTiO3 TiO2 Ta2O5
机会，提高光催化活性。
七、光催化材料研究进展 2、光催化材料种类
(2)、层状铌酸盐、钽酸盐、钛酸盐等：
层状氧化物与以TiO2为代表的体相型光催化剂相比，突出的特点是能利用 层状空间作为合适的反应位点抑制逆反应，提高反应效率。
A、层状钛酸盐：
• 层状含钛复合氧化物是以TiO6八面体为主要结构单元的物质。 • K2La2Ti3O10和K2Ti4O9是层状氧化物光催化剂中较具有代表性的两种。 • K2La2Ti3O10的禁带为3.4-3.5 eV，其层状钙钛矿结构为TiO6八面体通过
设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键
3、半导体光催化制氢热力学原理

光催化及其应用
• 太阳能分解水的基本原理； • Na2S水溶液光催化制氢气； • 光催化剂的研究； • 光催化实验装置和录像； • 结语。
地球上的自然能量资源
太阳能的利用
1.转化为电能——太阳能电池； 2.转化为化学能——光合成
植物光合作用——生成物为糖类 和氧气——是一种储能过程；
人工光合成——水分解为氢气和 氧气——氢能源。
• 食盐电解；天然气及乙醇等的水蒸气改 性等；
• 通过光催化剂，利用太阳能，分解水制 氢气；
太阳能光催化制氢
• 氢气的生成反应与太阳能电池的电解类 似，由于在催化剂表面直接供给电子， 与电解相比，电能的损耗少，从而光催 化的效率高。
太阳光谱的波长与强度
光催化剂
• 光照射引起催化作用的物质 通过适当波长的光进行照射，催化
• 水的光催化分解，意义明显，但对于可 见光，效率仍然偏低；
• N的a混2S合水，溶因液此可，认实为质是是H2光S和催N化aO分H解水H溶2S液制 取氢气。
• H2S的分解电位为0.298eV，大约只相当 于水的1/4。对催化剂而言，能带大于 0.298eV，可见光就可发挥作用。
Na2S水溶液的光化学反应
Ultraviolet-Visible Spectrophotometer (UV-VIS)
剂的表面活性提高，对与其相接触的物 质产生作用。
提高反应速度，即难以进行的反应 变得容易；
本身不分解，可反复使用。
固 体 光 催 化 剂
光催化的反应原理
当波長在400nm以下的紫外线照 射在超微粒TiO2時，在价电子帶 (valence band, VB)的电子(e-)被紫 外线的能量(3ev)所激发跃升到传 导帶(conduction band, CB)，此时 在价电子帶便会产生帶正电的正 孔 (hole),而形成一组电子- 电洞 对。 二氧化钛则利用所产生的电洞的 氧化力及电子的还原力和表面接 触的H2O，O2发生作用，产生氧 化力极強之自由基‧ O-，‧ O2-， ‧O3-，‧ O及‧ OH-，而进行杀菌、 除臭、分解有机物等作用