非均相光催化氧化技术

非均相光催化氧化技术

ID:13901992

大小:617.00 KB

页数:4页

时间:2018-07-24

非均相光催化氧化技术_第1页
非均相光催化氧化技术_第2页
非均相光催化氧化技术_第3页
非均相光催化氧化技术_第4页
资源描述:

《非均相光催化氧化技术》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库

1、非均相光催化技术的发展概况1972年,Fujishima和Honda在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用,从而开辟了半导体光催化这一新的领域。1977年,Yokota等发现在光照条件下,TiO2对丙烯环氧化具有光催化活性,从而拓宽了光催化的应用范围,为有机物氧化反应提供了一条新的思路。近三十多年来,光催化技术在环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究发展迅速,半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。TiO2光催化氧化原理图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下:在光照下,如果光子的能量大于半导体禁带宽

2、度,其价带上的电子(e-)就会被激发到导带上,同时在价带上产生空穴(h+)。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时,电子和空穴的复合得到抑制,就会在催化剂表面发生氧化-还原反应。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂,在半导体光催化反应中,一般与表面吸附的H2O,O2反应生成•OH和超氧离子O2-,能够把各种有机物直接氧化成CO2、H2O等无机小分子,电子也具有强还原性,可以还原吸附在其表面的物质。激发态的导带电子和价带空穴能重新合并,并产生热能或其他形式散发掉。光催化的技术特征1.低温深度反应光催化氧化

3、可以在室温下将水、空气和土壤中的有机污染物氧化。2.绿色能源光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂,驱动氧化—还原反应,而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言,这一特征使光催化技术更具魅力。3.氧化性强大量研究表明,半导体光催化具有氧化性强的特点,对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解,所以对难以降解的有机物具有特别意义。4.寿命长理论上,光催化剂的寿命是无限长的。5.广谱性光催化对从烃到羧酸的众多种类有机物都有氧化效果,美国环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通

4、过光催化氧化法降解,即使对有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果,一般经过持续反应可达到完全净化。光催化剂(Photocatalyst)光催化剂=光[Photo=Light]+催化剂[catalyst]光催化剂是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质。光催化剂是将光能转换成为化学反应的能量,产生催化作用,使周围水分子及氧气激发成极具氧化力的·OH及O2-。用其分解对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质,加速反应,不造成资源浪费,且不形成附加污染。常见的光催化材料影响TiO

5、2光催化性能的因素晶粒尺寸:纳米量级的TiO2作为光催化剂将有利于提高光降解效率——粒径的减小,纳米级光催化剂的表面原子数迅速增加,光吸收效率提高,从而增加表面光生载流子的浓度;——晶粒越小,表面原子比例增大,表面·OH基团的数目也随之增加,从而提高了反应效率;——晶粒尺寸的减小,比表面积增大,有利于反应物的吸附,增大反应几率。晶型:板钛型,锐钛矿,金红石型——板钛型为不稳定的结构;——锐钛型吸收紫外线的能力强,其表面对O2的吸附能力较强,对电子-空穴对的捕收能力强,所以具有较高的光催化活性;——金红石型则因为结构稳

6、定且致密,具有较高的硬度、密度、介电常数及折射率,遮盖力和着色力也较高,但表面电子-空穴对重新复合的速度较快,光催化活性差。形态:颗粒状与膜状——颗粒状的光催化剂在溶液中呈悬浮状态,在溶液中与有机物的接触面积小,且容易发生团聚现象——膜状:①防止粒子的流失;②增加光催化剂整体的比表面积;③光催化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增加,提高了光的利用率;④一些载体可同光催化剂本身发生相互作用,有利于电子-空穴对的分离;⑤利用吸附剂类载体可增加对反应物的吸附,提高催化剂的光催化活性,同时实现吸附剂类载体的再生;⑥用载体将光

7、催化剂固定,便于制成各种形状的光催化反应器。影响TiO2光催化效率的因素(一)催化剂1.粒径大小从光催化机理来看,TiO2光催化氧化有机污染物实际上是一种自由基反应。从反应过程看,物质的降解速度与光生载流子e-和h+的浓度有关。TiO2粒径越小,表面原子增加,光吸收效率提高,而增加了表面光生载流子的浓度。因此,纳米级的TiO2是一种高效的光催化剂。2.表面积表面积是决定反应物吸附量的重要因素。光催化反应是由光生e-和h+引起的氧化还原反应,在催化剂表面不存在固定的活性中心。因此表面积是决定反应基质吸附量的重要因素,在

8、晶格缺陷等其它因素相同时,表面积越大,吸附量越大,活性越高。注:具有大表面积的TiO2往往存在更多的复合中心,当复合过程起主要作用时,就会降低的光催化活性。3.混晶效应目前的研究发现高光催化活性的TiO2多数为锐钛矿型与金红石型的混合物。混晶可以有效地促进锐钛矿型晶体中光生电子、空穴的电荷分离。(二)光源与光强TiO2表面杂质和晶格缺陷使得Ti

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文

此文档下载收益归作者所有

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天文库负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。