光催化降解有机污染物进展

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1、光催化及其对有机污染物的降解主讲人：几米主要内容㈠研究背景㈡光催化氧化降解机理㈢光催化降解的催化剂㈣光催化降解实例㈤结论㈠研究背景有机污染物广泛地存在于水、土壤和大气环境中，这些有机污染物只有少部分能在自然环境中自行降解，其中大多数是有毒有害的物质。一些还有“致癌、致畸、致突变”的“三致性”。工业上去除有机物的方法有吸附浩、生化法和混凝沉降法等。光催化降解法始于1972[1]年，是近三十年发展起来的污水处理新方法。自70年代末开始，利用光催化降解处理各类污染物废水的研究已有大量的报导，光催化降解法可以有效地降解多种有机污染物并将多种有机物全部矿

2、化为CO2、H2O或毒性较小的有机物．能彻底破坏有机物，达到无害处理的要求。㈡光催化氧化降解机理[2]光催化氧化的机理主要是自由基反应，而体系产生的活性中间体H2O2则是形成自由基的重要引发剂。以下任何反应都可以使H2O2产生羟基自由基H2O2----2OH.H2O2+O2----OH.+OH-+O2H2O2+e-----OH.+OH-光催化体系中的有机物在·OH作用下，发生快速氧化反应及自由基链反应，而使有机物迅速矿化而去除．㈢光催化降解的催化剂主要的光催化剂类型：⑴金属氧化物或硫化物光催化剂⑵分子筛光催化剂⑶有机物光催化剂⑴金属氧化物或硫化

3、物光催化剂常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO2、ZnO、WO3、Fe2O、ZnS、CdS和PbS等。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿命有限。TiO2具有催化能力强、化学稳定性好、无毒、价格低等优点，是目前研究和应用最广泛的光催化剂[3]。为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性能可对其进行修饰改性:①表面修饰的光催化剂：表面修饰的方式主要有沉积贵金属[4]、掺杂过渡金属离子[5]和半导体的复合[6]等。②纳米材料光催化剂[7]：当催化剂粒度在1nm～l0n

4、m时，呈现纳米材料的表面效应和量子效应，催化活性提高。纳米催化剂还具有可见光透过性好、光吸收能力强、耐热性好、耐腐蚀和无毒等优点。③负载型光催化剂：负载型光催化剂避免了光催化悬浮体系中催化剂难分离回收的问题，从而实现连续稳定操作。负载方法可以是在基质上制成催化剂膜，或催化剂以微粒状吸附负载于载体上。④微波等离子体处理的光催化剂：用微波等离子体处理光催化剂的过程，是利用微波等离子体中的分子离解成化学性质十分活泼的原子或原子团，与光催化剂间进行化学物理作用的过程。如将微波辐射技术用于制备固体超强酸SO2／TiO2，催化剂。与常规加热法相比，微波加热

5、制备的SO2／TiO2催化剂使乙烯的光催化氧化分解反应的量子效率大大提高。⑵分子筛光催化剂分子筛是一种高效、高选择性的光催化剂载体，在分子筛的纳米微孔反应场里有一般光催化系统难以实现的光催化性能。Zhang等报道了Ti—MCM一41和Ti—MCM一48中孔分子筛对CO2在H2O中还原的光催化作用，由于MCM一41具有的大比表商积而使其光催化活性有所提高。郑珊等研究了负载纳米金属Pd的MCM—TiO2光催化剂，认为沉积在介孔孔道中TiO2：表面的纳米Pd有良好的吸收电子作用，可有效减少光生电子和空穴的表面复合，改善光催化性能。⑶有机物光催化剂①卟

6、啉类化合物光催化剂：具有共轭双键大环的卟琳类化合物在适当的条件下可传递电子，或经光照激发出电子。金星龙等报道¨，高分子金属卟啉具有很高的光敏性，在日光照射下有良好的光催化降解效率，能完全降解混合染料，可用于催化降解各种废水，如染料废水、化工废水和生活污水等。②金属酞菁类化合物光催化剂：酞菁类化合物是一种重要的催化剂，它主要用于催化有机反应。金属酞菁类化合物作为光催化剂，在可见光下对于有机化合物如水杨酸、对羟基苯甲酸、罗丹明B、硫代罗丹明B和结晶紫等都能进行有效的光催化降解。㈣光催化降解实例⑴纳米TiO2光催化降解有机污染物⑵杂多酸光催化降解有机

7、污染物⑶多金属氧酸盐光催化降解水中有机污染物⑴纳米TiO2光催化降解有机污染物纳米TiO2是一种环保型多相半导体光催化剂,主要用于中低浓度废水处理、小空间空气净化、材料表面自清洁、重金属回收等领域,与传统除污工艺相比,具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点,是近年来半导体材料用于环保领域中研究最多、最具发展前景的高新技术材料之一。纳米TiO2光催化剂应用①水环境有机污染物的去除水环境有机污染物种类繁多,以酚类、卤代烃、芳烃及其衍生物、杂环化合物的毒性为最,几乎遍布于所有废水中,其中又以化工废水、印染废水、造纸废水

8、、制药废水含量最多、成份最复杂、毒性最大。纳米TiO2[8]可以有效地降解多种有机污染物并将多种有机物全部或部分矿化为CO2、H2O或毒性较小的有机物