tio2光催化氧化技术及其在洞穴灯光植物治理中的应用展望

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1、全国第十兰漏洞穴学术会谈论文集黄保健：Tt02先催化氧化技朱及其在洞穴灯光棱物治理巾的成用展望Ti02光催化氧化技术及其在-f洞穴灯光植物治理中的应用展望．黄保健。(中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林541004)揍要t半导体光催化裁在光照条件下具有很强的氧纯、还原能力，熬有效建降解对环境有害羽污染物，使有害物质矿讫为C02,H20及其它无视小分子物质，去除溶液中麓重金瘸离子，将其还累为无毒酶金属；可广泛应用于滚水处理、空气净化、杀菌除臭等领域。作者综述了半导体光催化原理及其在环境保护等方面的应用，结

2、合舀前Ti02光催化嗣的研究现状、产妲化进程和存在问题等因素，在国内外首次提出了将Ti如光催化技术应用f预防、降解洞穴灯光植物的设想，并就其应用的可能住进行了展望。、关键词：Ti02．光催化：机理；灯光植物：应用引言自1972年日本Fujishima和Hondo鞋悛现了以他俩名字命名的“本多—藤屿效应”，即受辐射的半导体Ti0。表面能发生水的持续氧化还原反应生成H2与02以来，半导体的光催化效应及其潜在的应用引起了人{}穗冬极大兴趣荠得到了广泛的研究。醋前，邑研究出以氧化物和硫化物为主的多种光催化剂，主要

3、有Ti02、‘’—Zn0、Cd$、W0，、Fe203、PbS、Sn02、Tn0。、ZnS、SrTi03和Si02等十几种。除Ti02十’‘外，这些半导体氧化物都有一定的光催化降解有机物的活性，但因其中的大多数易发生化学或光化学腐蚀，故不适合作为净求耀静光催化齐』。纳米级Tioz具有光催化活性好、耐光腐蚀能力强、本身稳定性高、价格相对低及对入体无毒性等优点，已成为光催化降解污染物领域人们最感兴趣、研究最深入的一种半导体材料●[2-4]。研究发现：光照条件下Ti02具有极强的氧化、还原能力，钝处理空气及水巾一

4、大多数污染物，还可直接氧化破坏细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，在短时间一●^一内就能杀死细菌，起到抗菌作用；同时Ti02还具有表面超亲水性等许多新特性。因此，T兰傻在化工、环保·化妆是、医药及生活用具制造业、特种功能性材料、军事器材等方瑟具有广溺的应用前景。由于纳米级Ti02具有很高的光催化氧化性，作者认为可将之移植于旅游洞穴的钟乳石保护，因为多数旅游洞穴由于科学规划不够、管理不善造成环境重大改全国第十三届洞穴学术会议论文集黄保健："H02光催化氧化技术及其在洞穴灯光植物治理中的应用展望变，形成难以根治

5、、令人头痛的顽疾——灯光植物滋生和洞穴湿度下降等问题，造成景观价值贬损甚至破坏的后果。鉴于国内外目前尚无彻底有效的解决办法。作者提出将半导体的光催化效应应用于预防、降解灯光植物等洞穴保护工作中的设想。本文着重综述了TiO：的性质及光催化的原理、光催化氧化反应的特点，考虑TiO：光催化剂的制备方法及其应用、目前存在的问题等现状，就Ti02光催化剂在治理灯光植物方面应用的可能性做了展望。，1．半导体光催化氧化作用机理及光催化反应的特点半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成，它们之

6、间的区域称为禁带。半导体的禁带与金属导体的不同，‘是一个不连续区域晴1，宽度较大，故半导体往往称为宽带隙半导体。半导体的光催化特性就是由它的特殊能带结构所决定的，当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此半导体催化剂时，处于价带的电子(e)就会被激发到导带上，成为导带电子(e一)，同时在价带留下空穴(h+)，从而在半导体表面产生具有高度活性的空穴一电子对嫡1，即载流子。Ti02的带隙能为3．2eV,相当于波长为387．5加光子的能量，当Ti02受到波长小于387．5nm的紫外光照射时，处于价带的电子就会被激

7、发到导带．}：，从而分别在价带和导带}：产生高活性的光生空穴和光生电子。空穴通常被Ohr和U20俘获，生成具强氧化能力的自由基·oH，几乎可以无选择地氧化多种有机物，是光催化氧化的主要活性物质，电子通常被吸附在颗粒表面的02俘获，生成·o：一并进而与H+作用生成·oH等一系列自由基。但是，由于电子和空穴也能在催化剂微粒内部或表面发生复合并以热量方式将激发能释放，从而缩短了空穴寿命，故抑制电子空穴对复合可提高TiO：的光催化活性。当存在合适的俘获剂时，电子和空穴的重新合并受到抑制，就会在表面发生氧化还原反应

8、。价带空穴是：f一良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，电子二般与表面吸附的氧分子反应，空穴则与表面吸附的H20或0I-[离子反应形成具有强氧化性的羟基(幽1)。活性羟基具有402．8MJ／mol反应能，高于有机物中各类化学键能，如C_c(s3)、c-H(99)、C-N(73)、C-o(84)、H-o(111)、N-H(93)等，因而能完全分解各类有机物，最终生成C02和H20川。全国第十兰届洞穴学术会议论文集黄保健：Ti02