难降解有机废水的光电催化氧化技术

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1、难降解有机废水的光电催化氧化技术难降解有机废水的光电催化氧化技术Page2Contents光电催化氧化技术概述1光电催化氧化的基本原理2光电极的制备及光电催化氧化反应器34光电催化氧化的影响因素Page3Contents5光电催化氧化技术在难降解有机废水处理中的应用6结束语7Page4光电催化氧化技术概述光电催化氧化——光电化学效应（1839年E.Becquerel）1955年，W.H.Brattain和C.G.B.Garratt根据锗电极试验得出的结果指出，Becquerel效应是由于生成半导体-电解液结的关系，从而产生了

2、利用照射置于电解槽中半导体电极生产化学品或电极的概念；1972年，A.Fujishima和K.Honda利用n型半导体TiO2将水在比H2O/O2对的标准氧化电位负的多的情况下生产O2获得成功之后，引起人们广泛关注。Page5光电催化氧化的基本原理光电催化氧化——光催化和电催化反应的特例，同时具有光、电催化反应的特点。是在光照条件下在具有不同类型（电子和离子）电导的两个导电体的界面上进行的一种催化过程。具有光催化的特点：产生新的可移动的载流子（具有更高的氧化或还原能力）；具有电催化的特点：伴随着电流的流动。光电化学过程：光能、电

3、能或化学能之间的转化根据光激发起始步骤的不同，分为两类：电极（催化剂）的光激发引起：半导体电极和金属电极半导体电极：近表面区形成一个空间电荷层，有可能参与电极/电解液界面的电化学反应；Page6光电催化氧化的基本原理电解液（反应物）的光激发引起：近电极层中的物质，尤其是在表面上吸附的物质才能参与所讨论的光电化学电极过程。通常所说的光电催化技术是指一种光催化与电化学联用的新型高级氧化技术。主要是通过固定化技术将半导体光催化负载在导体基体上制成工作电极，同时在工作电极上施加偏电压，从而在电极内部形成一个电势梯度，促进因电极光激发产生

4、的光电子和空穴向相反方向移动，抑制了它们的负荷，以加速分离。优点：（1）将电子还原过程和空穴氧化过程从空间位置分开，增加了HO·的生成效率，阻止了氧化产物在阴极上的再还原；（2）不需要向系统内鼓入氧气（空气）作为氧化剂，降低了动力消耗。Page7光电催化氧化的基本原理光催化氧化降解水中污染物的过程：借助于外加电压移去光阳极上的光生电子，减少光生电子和光生空穴发生简单复合的几率，通过提高量子化效率达到提高光催化氧化效率的目的。反应方程式可以简化为：图1光电催化氧化示意图Page8光电催化氧化的基本原理光氧化：利用光的能量使有机物

5、污染物直接氧化分解；光催化氧化：光照射到氧化剂表面产生的光生空穴，将OH-和H2O氧化成HO·，使有机物污染物迅速的氧化分解；电子和空穴：简单复合和化学反应复合之间存在竞争。光电催化氧化：外加偏电压图2安太成吸附、光催化、电氧化、光电催化方法处理喹啉废水的比较Page9光电极的制备及光电催化氧化反应器光电极的制备光电极是光催化反应的关键器件。研究方向：光催化剂改性、电极材料是筛选、探索如何将其组装成高效实用的光电极1、悬浮态的光电极Bard等单个TiO2粒子和光电池可能具有相似的行为；中科院安太成等圆柱形浸没式悬浮态光催化反应器

6、2、固定化膜光电极Byrne等钛合金+TiO2膜；Hyun和Lee多功能电极和特殊的光电过滤反应器；刘鸿泡沫镍载TiO2光电极3、透明固定光电极Vinodgpal等TiO2粉末固定在涂有SnO2的导电玻璃上；姚清照等TiO2+铅锡氧化物+石英玻璃；符小荣等TiO2/玻璃和TiO2/Pt/玻璃薄膜Page10光电极的制备及光电催化氧化反应器光电催化氧化反应器光电催化反应研究——实验室阶段通常可供选择的反应器有填充床和流化床两种。1、悬浮态光电反应器2、新型三维电极-悬浮态光电反应器Page11光电催化氧化的影响因素外加阳极偏电压

7、能使TiO2的能带弯曲增大，减少电子和空穴的简单复合，促进光生载流子的分离，增加空穴或HO·的数量。1、外加偏电压随阳极偏电压的增大，催化效率提高；存在一个最佳偏电压值，当外加偏电压为1.0V时，苯酚降解率最高。随电压的增大，发生副反应：Page12光电催化氧化的影响因素pH值改变了半导体电极和电解质溶液界面的电荷性质，从而影响了半导体电极对有机物的吸附性质。2、pH值的影响TiO2等电点的pH值约为6.4；当pH＜6.4时，TiO2表面为正电性，易吸附负电性的分子；当pH＞6.4时，TiO2表面为负电性，易吸附正电性的分子。根

8、据处理对象的不同，光催化反应的适宜pH也不相同，甲酸（3.2），湖蓝5B（11.9）。另外，pH改变也会对外电路的电流产生影响；溶液pH的变化主要是通过影响表面反应电阻来影响有机物的降解，同时还影响半导体的带边能级交易及吸附的氧化还原电位。Page