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文檔簡介

1、整理ppt,1,光催化氧化技術(shù)(Technology of Photocatalysis Oxidation,整理ppt,2,什么是光催化,概括說來,就是光催化劑在光的作用下發(fā)生催化作用。 光催化劑:一種在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學反應(yīng)的物質(zhì)。利用光能轉(zhuǎn)換成為化學反應(yīng)所需的能量,產(chǎn)生催化作用,使周圍的氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由基或負離子。 光催化劑在光照條件(可以是不同波長的光照)下所起到催化作用的化學反應(yīng),統(tǒng)稱為光催化反應(yīng)。 光催化一般是多種相態(tài)之間的催化反應(yīng),整理ppt,3,光催化氧化,均相光催化氧化 非均相光催化氧化,整理ppt,4,均相光催化氧化UV/Fenton

2、試劑法,一、Fenton試劑 Fenton 試劑:Fe2+和H2O2的組合。 已有100多年的應(yīng)用歷史,在精細化工、藥學化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境污染治理等方面都有應(yīng)用。 1964年,Eisenhouser首次使用Fenton試劑處理苯酚及烷基苯廢水。 Fenton試劑在廢水處理中主要用于去除COD、色度和泡沫等,整理ppt,5,均相光催化氧化UV/Fenton試劑法,二、Fenton氧化機理 Fe2+ + H2O2 OH + OH + Fe3+ Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2 + H+ 操作條件:pH = 35 三、Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用 單獨作為一種處理方法氧化有機廢水

3、 與其他技術(shù)聯(lián)用,如混凝沉降法、活性炭法、生物法、UV,整理ppt,6,UV/Fenton反應(yīng)體系,均相光催化氧化UV/Fenton試劑法,UV/Fenton法及反應(yīng)機理,整理ppt,7,UV/Fenton的優(yōu)點,降低Fe2+的用量,保持H2O2較高的利用率。 UV和Fe2+對H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng),即:OH的生成速率遠大于傳統(tǒng)Fenton法和紫外催化H2O2分解速率的簡單加和,均相光催化氧化UV/Fenton試劑法,整理ppt,8,影響UV/Fenton反應(yīng)的因素,有機物濃度:污染物的去除率均隨其起始濃度的增加而降低。 Fe2+濃度:Fe2+濃度過多,不利于 OH的生成而使得反應(yīng)速率

4、降低; Fe2+過低不利于H2O2分解為 OH。維持適當?shù)腇e2+濃度。 H2O2濃度:在維持其他反應(yīng)條件不變的前提下,增大H2O2投加濃度或投加量可以提高反應(yīng)速率,均相光催化氧化UV/Fenton試劑法,整理ppt,9,4. 載氣:氮氣、空氣和氧氣三種載氣的比較,氧氣作為載氣效果最好。 5. pH值和溫度:溫度影響不大;pH值控制在6以下。 6. 反應(yīng)時間:取決于諸多因素,最顯著的是催化劑劑量和廢水負荷。 7. 光源:照射劑量越大,對有機物的礦化效果越好,均相光催化氧化UV/Fenton試劑法,整理ppt,10,非均相光催化氧化技術(shù),TiO2光催化氧化技術(shù),整理ppt,11,非均相光催化技術(shù)

5、的發(fā)展概況,1972年,F(xiàn)ujishima 和Honda在 半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用,從而開辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。 1977年,Yokota 等發(fā)現(xiàn)在光照條件下, TiO2對丙烯環(huán)氧化具有光催化活性,從而拓寬了光催化的應(yīng)用范圍,為有機物氧化反應(yīng)提供了一條新的思路。 近三十多年來,光催化技術(shù)在環(huán)保、衛(wèi)生保健、有機合成等方面的應(yīng)用研究發(fā)展迅速,半導(dǎo)體光催化成為國際上最活躍的研究領(lǐng)域之一,整理ppt,12,不同類型有機物的光催化降解,整理ppt,13,TiO2光催化氧化的原理 光催化劑 光催化反應(yīng)器 TiO2光催化技術(shù)的應(yīng)用 展望,整理ppt,14,TiO2光催化氧化原理

6、,整理ppt,15,TiO2光催化氧化原理,圖中所反映的機理涉及的基本的反應(yīng)式表達如下,整理ppt,16,在光照下,如果光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度,其價帶上的電子(e-)就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上,同時在價帶上產(chǎn)生空穴(h+)。當存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時,電子和空穴的復(fù)合得到抑制,就會在催化劑表面發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。價帶空穴是良好的氧化劑,導(dǎo)帶電子是良好的還原劑,在半導(dǎo)體光催化反應(yīng)中,一般與表面吸附的H2O,O2反應(yīng)生成OH和超氧離子O2-,能夠把各種有機物直接氧化成CO2、H2O等無機小分子,電子也具有強還原性,可以還原吸附在其表面的物質(zhì)。 激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價帶空穴能重新合并,并

7、產(chǎn)生熱能或其他形式散發(fā)掉,TiO2光催化氧化原理,整理ppt,17,光催化的技術(shù)特征,1. 低溫深度反應(yīng) 光催化氧化可以在室溫下將水、空氣和土壤中的有機污染物氧化。 2. 綠色能源 光催化可利用太陽光作為能源來活化光催化劑,驅(qū)動氧化還原反應(yīng),而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗。從能源角度而言,這一特征使光催化技術(shù)更具魅力,整理ppt,18,光催化的技術(shù)特征,3. 氧化性強 大量研究表明,半導(dǎo)體光催化具有氧化性強的特點,對臭氧難以氧化的某些有機物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解,所以對難以降解的有機物具有特別意義。 4. 壽命長 理論上,光催化劑的壽命是無限長的,整理ppt,19,

8、5. 廣譜性 光催化對從烴到羧酸的眾多種類有機物都有氧化效果,美國環(huán)保署公布的九大類114種污染物均被證實可通過光催化氧化法降解,即使對有機物如鹵代烴、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑也有很好的去除效果,一般經(jīng)過持續(xù)反應(yīng)可達到完全凈化,光催化的技術(shù)特征,整理ppt,20,光催化劑(Photocatalyst,光催化劑 = 光 Photo=Light + 催化劑 catalyst 光催化劑是一種在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學反應(yīng)的物質(zhì)。光催化劑是將光能轉(zhuǎn)換成為化學反應(yīng)的能量,產(chǎn)生催化作用,使周圍水分子及氧氣激發(fā)成極具氧化力的 OH及O2-。用其分解對人體和環(huán)境有害的有機物質(zhì)及部分無機物

9、質(zhì),加速反應(yīng),不造成資源浪費,且不形成附加污染,整理ppt,21,常見的光催化材料,整理ppt,22,TiO2光催化劑,TiO2有三種不同的晶體結(jié)構(gòu):銳鈦礦(anatase)結(jié)構(gòu)、金紅石(rutile)結(jié)構(gòu)和板鈦礦(brookite)結(jié)構(gòu)。 金紅石最穩(wěn)定,從低溫到熔點都不會發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變;銳鈦礦次之,在室溫下穩(wěn)定;板鈦礦很少見。 具有光催化作用的主要是銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu),其中以銳鈦礦結(jié)構(gòu)的催化活性最高。 銳鈦礦型TiO2吸收小于387nm的光,金紅石型TiO2吸收小于413nm的光,整理ppt,23,TiO2光催化材料的特性,合適的半導(dǎo)體禁帶寬度。 具有良好的抗光腐蝕性和化學穩(wěn)定性。 廉價,

10、原料來源豐富,成本低。 光催化活性高(吸收紫外光性能強;禁帶和導(dǎo)帶之間的能隙大,光生電子的還原性和空穴的氧化性強)。 對很多有機污染物有較強的吸附作用,整理ppt,24,影響TiO2光催化性能的因素,晶粒尺寸:納米量級的TiO2作為光催化劑將有利于提高光降解效率 粒徑的減小,納米級光催化劑的表面原子數(shù)迅速增加,光吸收效率提高,從而增加表面光生載流子的濃度; 晶粒越小,表面原子比例增大,表面OH基團的數(shù)目也隨之增加,從而提高了反應(yīng)效率; 晶粒尺寸的減小,比表面積增大,有利于反應(yīng)物的吸附,增大反應(yīng)幾率,整理ppt,25,晶型:板鈦型,銳鈦礦,金紅石型 板鈦型為不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu); 銳鈦型吸收紫外線的能力

11、強,其表面對O2的吸附能力較強,對電子-空穴對的捕收能力強,所以具有較高的光催化活性; 金紅石型則因為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且致密,具有較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率,遮蓋力和著色力也較高,但表面電子-空穴對重新復(fù)合的速度較快,光催化活性差,影響TiO2光催化性能的因素,整理ppt,26,形態(tài):顆粒狀與膜狀 顆粒狀的光催化劑在溶液中呈懸浮狀態(tài),在溶液中與有機物的接觸面積小,且容易發(fā)生團聚現(xiàn)象 膜狀:防止粒子的流失;增加光催化劑整體的比表面積;光催化劑表面受到光照射的催化劑粒子數(shù)目增加,提高了光的利用率;一些載體可同光催化劑本身發(fā)生相互作用,有利于電子-空穴對的分離;利用吸附劑類載體可增加對反應(yīng)物的吸附,

12、提高催化劑的光催化活性,同時實現(xiàn)吸附劑類載體的再生;用載體將光催化劑固定,便于制成各種形狀的光催化反應(yīng)器,影響TiO2光催化性能的因素,整理ppt,27,TiO2光催化劑的制備方法,一)納米TiO2粉體光催化劑的制備方法 氣相法:高溫氧化原理 優(yōu)點:反應(yīng)速度快,能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),制得的產(chǎn)品純度高、粒度小、分散性好、表面活性大。 缺點:對反應(yīng)器的構(gòu)型、設(shè)備的材質(zhì)、加熱及進料方式等均有很高的要求。 液相法 優(yōu)點:合成溫度低、設(shè)備簡單、成本低。 缺點:顆粒大小、形狀不均,分散性差,影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用范圍,整理ppt,28,粉體TiO2光催化劑的制備方法,水解法 利用鈦醇鹽(鈦酸丁脂)能溶于有機溶

13、劑并發(fā)生水解生成氫氧化物或氧化物的特性制備納米TiO2最簡單的方法。 2. 沉淀法 普通沉淀法以TiCl4、Ti(SO4)2等無機鹽為原料,用氨水、NaOH和Na2CO3等堿性物質(zhì)沉淀。 均勻沉淀法是在溶液中加入某種物質(zhì)如二乙醇胺,HN(CH2CH2OH)2,使之通過溶液中的化學反應(yīng)緩慢生成沉淀劑制備粒度均勻的TiO2粉體,整理ppt,29,粉體TiO2光催化劑的制備方法,3. 水熱法 在加有聚四氟乙烯內(nèi)襯的筒式高壓釜中以TiCl4 、偏鈦酸或鈦酸丁脂為前驅(qū)體制備。所得粉體粒度分布窄,團聚程度低,純度高,且制備過程污染小,成本較低。 4. 溶膠-凝膠法法 以鈦醇鹽或鈦的無機鹽為原料,經(jīng)水解和縮

14、聚得溶膠,再進一步縮聚得凝膠,經(jīng)干燥、煅燒制得。制得的粉體純度高,粒度細,分散好;但燒結(jié)性不好,干燥時收縮大,易發(fā)生團聚現(xiàn)象,整理ppt,30,利用溶膠-凝膠法制備TiO2,其反應(yīng)過程為: 水解: 失水縮聚: 失醇縮聚: 工藝流程為,溶膠凝膠法制備TiO2原理,整理ppt,31,鈦酸四丁脂在酸性條件下,水解產(chǎn)物為含鈦離子溶膠,含鈦離子溶液中鈦離子通常與其它離子相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)狀基團,最后形成穩(wěn)定凝膠,溶膠凝膠法制備TiO2原理,整理ppt,32,攪拌,40水浴加熱,無色凝膠,80烘干,熱處理,二氧化鈦粉體,溶膠-凝膠法制備粉體TiO2光催化劑工藝,整理ppt,33,二)負載型TiO2光催化

15、劑的制備 將TiO2固定到某種載體上 使用前驅(qū)體,通過化學反應(yīng)生成TiO2,將其負載到光滑平整的載體上,形成一層連續(xù)的薄膜 1. 粉體燒結(jié)法 將TiO2球磨到一定程度溶于水或醇中,制成懸浮液,然后進入載體,一定時間后取出,風干,在600以下燒結(jié)制得,負載型TiO2光催化劑的制備方法,整理ppt,34,2. 偶聯(lián)法 在TiO2中加入膠粘劑(如氟樹脂、聚苯乙烯等)后涂覆在載體表面,而后烘干制得。 3. 離子交換法 用于具有強離子交換功能的載體。通過載體中的易溶陽離子(K+、Na+等)與易溶鈦鹽中的鈦離子發(fā)生離子交換,再經(jīng)過煅燒或在潮濕的空氣中暴露水解即成,負載型TiO2光催化劑的制備方法,整理pp

16、t,35,4. 電泳沉積法 以TiO2懸浮液為電泳液,以載體作陰極,用等面積的導(dǎo)體做陽極,在恒電場作用下使TiO2粒子電泳并沉積到陰極上,得到TiO2薄膜 5. 液相沉積法 將載體浸漬在包括鈦的無機鹽和有機鹽等TiO2前驅(qū)體溶液中,利用沉淀、水解、醇解、微乳液化等化學反應(yīng)直接將TiO2沉積在載體上,再經(jīng)洗滌、焙燒制得,負載型TiO2光催化劑的制備方法,整理ppt,36,6.物理氣相沉積法(PVD) 用電弧、高頻或等離子體等高溫熱源將原料加熱,使之汽化或形成等離子體,然后驟冷使之凝聚成納米粒子。該法制得到TiO2純度較高、分布均勻、粒徑大小可控。 7. 化學氣相沉積法(CVD) 以鈦的無機或有機

17、鹽類為前驅(qū)體,用一定方式使前驅(qū)體激發(fā),并在載氣的協(xié)助下沉積在載體表面,制得致密的TiO2膜。 8. 溶膠-凝膠法,負載型TiO2光催化劑的制備方法,整理ppt,37,鈦酸正四丁酯 無水乙醇 二乙醇胺,強烈攪拌,無水乙醇,硝酸, 去離子水,滴加,TiO2溶膠液,Ti(OC4H9)4:C2H5OH:H2O:NH(C2H4OH)2=1:26.5:1:1,浸漬,提拉,干燥,煅燒,負載型 TiO2薄膜,鋁片、不銹鋼、 鈦片、陶瓷、 玻璃、銅片、 活性炭、鋯石等等,溶膠-凝膠法制備負載型TiO2光催化劑工藝,整理ppt,38,由圖看出,TiO2膜是由許多TiO2微小顆粒構(gòu)成的呈交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔-微晶立體

18、膜。膜的真實比表面積很大,對光的吸收十分有利,TiO2膜的表面形貌,整理ppt,39,溶膠-凝膠法與傳統(tǒng)方法相比,有以下的優(yōu)點: 樣品的均勻度比較高:尤其是多組分的制品,其均勻度可達分子或原子尺度; 樣品的純度高:因為所用原料的純度高,而且溶劑在處理過程中易被除去; 反應(yīng)溫度比傳統(tǒng)方法約低400500,因為所需生成物在燒成之前已部分形成,且凝膠的比表面積很大; 反應(yīng)過程易于控制,可大幅度減少副反應(yīng),整理ppt,40,TiO2光催化劑載體的特點,光催化劑載體要求能改善所擔載的物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)(如增加孔隙、表面積等);有利于光催化劑再生。 良好的光催化劑載體應(yīng)具有的特點: 1. 具有良好的透光性;2

19、. 在不影響光催化活性的前提下,與TiO2顆粒間具有較強的結(jié)合力;3. 比表面積大;4. 對被降解的污染物有較強吸附性;5. 易于固液分離;6. 有利于固液傳質(zhì);7. 化學惰性和光穩(wěn)定性;8. 材料易得,價格便宜,整理ppt,41,TiO2光催化劑載體種類,天然礦物類:具有一定的吸附性,且耐高溫,耐酸堿。例:硅藻土、高嶺土、天然沸石和膨脹珍珠巖等。 吸附劑類:多孔性物質(zhì),比表面積較大。例:活性炭、硅膠等。吸附劑類載體可以獲得較大的負載量,可以將有機物吸附到TiO2粒子周圍,增加界面濃度,從而加快反應(yīng)速度。 玻璃類:價廉易得,良好的透光性,便于設(shè)計成各種形狀。例:玻璃片、玻璃纖維網(wǎng)(布)、空心玻

20、璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管(片)、普通(導(dǎo)電)玻璃片、有機玻璃等,整理ppt,42,TiO2光催化劑載體種類,4. 陶瓷類:多孔性物質(zhì),對TiO2顆粒具有良好的附著性,耐酸堿性和耐高溫性較好。在日常使用的陶瓷上負載TiO2,可以制成具有良好自潔功能的陶瓷,起到凈化環(huán)境的作用。 5. 有機類:某些高分子聚合物,如飽和的碳鏈聚合物,有較強的抗氧化能力,短期內(nèi)使用。例:聚乙烯、聚丙烯等。 6. 金屬類:價格貴,負載困難而是用較少,整理ppt,43,光催化反應(yīng)器,懸浮式光催化反應(yīng)器 將粉體光催化劑直接加入待處理的廢水中,通過攪拌,使之分散均勻,其催化劑表面積與反應(yīng)器有效體積比很高,同時反應(yīng)液

21、和催化劑之間幾乎不存在傳質(zhì)的限制,光催化降解效率高 負載式光催化反應(yīng)器(鍍膜式和填充床式) 將光催化劑負載于反應(yīng)器上,即通過物理和化學方法將催化劑粉末固定在較大連續(xù)表面積的載體上,反應(yīng)液在表面連續(xù)流過,整理ppt,44,擋板式光催化反應(yīng)器,懸浮式,整理ppt,45,鼓泡床式光催化反應(yīng)器,懸浮式,整理ppt,46,平板式光催化反應(yīng)器,負載式,整理ppt,47,管式光催化反應(yīng)器,負載式,整理ppt,48,多葉轉(zhuǎn)盤式光催化反應(yīng)器,負載式,整理ppt,49,旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器,負載式,整理ppt,50,光催化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,整理ppt,51,TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用,1. 染料廢水處理 染料廢

22、水堿度高、色澤深、臭味大,并且還有苯環(huán)、胺基、偶氮基團等致癌物質(zhì),一般的生物化學法對于水溶性染料的降解效率很低,且易造成二次污染。光催化降解染料效果好。 2. 農(nóng)藥廢水處理 農(nóng)藥廢水主要是除草劑、有機磷農(nóng)藥、三氯苯氧乙酸、DDVP、DEP等。其特性表現(xiàn)為:停留時間長、污染性大、難于降解。采用光催化方法雖然不能使所有的污染物完全礦化,但不會產(chǎn)生毒性更高的中間產(chǎn)物,整理ppt,52,3. 含油廢水處理 含油廢水是一種不溶于水且漂浮于水面上的油類,含有大量的有機物,TiO2光催化技術(shù)處理含油廢水的降解率可達95%,且不會像使用化學方法一樣產(chǎn)生二次污染。 4. 鹵代芳烴處理 主要的鹵代芳烴污染物均可在

23、光催化過程中被完全降解。水中主要鹵代芳烴污染物在使用TiO2光催化劑和近紫外光照射下的半衰期大部分在15min到1.5h,完全轉(zhuǎn)化時間為16h,TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用,整理ppt,53,5. 無機廢水的處理 TiO2可以將貴金屬如金、銠、鈀、鍺等在其表面沉積下來,便于回收。 納米TiO2具有強還原性,可將Cr2O72-還原成無毒的Cr2O22-,將NOX還原成單質(zhì)和無毒低氧化態(tài)氧化物,TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用,整理ppt,54,6. 飲用水處理 一般常規(guī)水處理工藝只能去除水體中的懸浮物及大部分有機物,而水中含有的溶解性有機物及大量細菌無法通過常規(guī)工藝去除,致使供水水質(zhì)無法

24、保證,影響生活飲用水的供水安全。TiO2既能降解有機物,又能降解無機物,同時具有殺菌功能,TiO2光催化對自來水中的三氯甲烷、四氯化碳、芳香族化合物、五氯苯酚等污染物和細菌都有好的去除效果,且不產(chǎn)生中間產(chǎn)物,造成二次污染,TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用,整理ppt,55,7. 含菌廢水的處理 廢水中含有大量的有害細菌,且種類繁多,嚴重危害人體健康。TiO2光催化過程殺菌不僅能殺死細菌,還能降解由細菌釋放出的有毒復(fù)合物,光催化過程可以攻擊細菌的外層細胞,穿透細胞膜,破壞細菌的細胞結(jié)構(gòu),達到徹底殺滅細菌的目的,TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用,整理ppt,56,影響TiO2光催化效率的因素,

25、一)催化劑 1. 粒徑大小 從光催化機理來看,TiO2光催化氧化有機污染物實際上是一種自由基反應(yīng)。從反應(yīng)過程看,物質(zhì)的降解速度與光生載流子e-和h+的濃度有關(guān)。TiO2粒徑越小,表面原子增加,光吸收效率提高,而增加了表面光生載流子的濃度。因此,納米級的TiO2是一種高效的光催化劑,整理ppt,57,2. 表面積 表面積是決定反應(yīng)物吸附量的重要因素。光催化反應(yīng)是由光生e-和h+引起的氧化還原反應(yīng),在催化劑表面不存在固定的活性中心。因此表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素,在晶格缺陷等其它因素相同時,表面積越大,吸附量越大,活性越高。 注:具有大表面積的TiO2往往存在更多的復(fù)合中心,當復(fù)合過程起

26、主要作用時,就會降低的光催化活性,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,58,3. 混晶效應(yīng) 目前的研究發(fā)現(xiàn)高光催化活性的TiO2多數(shù)為銳鈦礦型與金紅石型的混合物?;炀Э梢杂行У卮龠M銳鈦礦型晶體中光生電子、空穴的電荷分離,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,59,二)光源與光強 TiO2表面雜質(zhì)和晶格缺陷使得TiO2在一個較大的波長范圍里有光催化活性。因此,光源選擇比較靈活,如高壓汞燈、中壓汞燈、低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等,波長一般在250400nm內(nèi)。光強過強,光催化效果不一定好,因為此時存在中間氧化物在催化劑表面的競爭性復(fù)合,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,60,三)溶

27、液pH值 在低pH值和高pH值時,都有可能出現(xiàn)較高速率的光催化反應(yīng)。pH值的變化對不同反應(yīng)物降解的影響也不同。有關(guān)不同pH值條件下光強對光量子產(chǎn)率的影響研究表明:光強大于110-6EinsteinL-1s-1,量子產(chǎn)率隨pH值的增加而減??;光強小于110-8EinsteinL-1s-1時,隨pH值的增加,量子產(chǎn)率急劇增大。因此,在選擇光催化反應(yīng)的最佳pH值時,要考慮光強大小的影響,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,61,四)有機物濃度 光催化氧化的反應(yīng)速率可以用Langmuir-Hinshelwood動力學方程式來描述: r = KC/(1+KC) 式中:r-反應(yīng)速率;C-反應(yīng)物濃度;

28、K-表觀吸附平衡常數(shù);-發(fā)生于光催化劑表面活性位置的表面反應(yīng)速率常數(shù)。 低濃度時,上式可以簡化為: r = KC = KC,即反應(yīng)速率與濃度成正比,初始濃度越高,反應(yīng)速率越大,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,62,五)外加氧化劑 光催化反應(yīng)要有效地進行,需要減少光生電子和空穴的簡單復(fù)合,這可以通過使光生電子、光生空穴或兩者被不同的基元捕獲來實現(xiàn)。氧化劑是有效的導(dǎo)帶電子捕獲劑,可以有效地捕獲光生電子而使電子和空穴分離,達到提高光量子產(chǎn)率的目的。研究證明,光催化氧化的速率和效率在有O2、H2O2、過硫酸鹽、高碘酸鹽存在時明顯提高,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,63,六)鹽 高

29、氯酸、硝酸鹽對光催化的速率基本沒有影響;硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽則因為它們很快被催化劑吸附而使得氧化速率下降了20%70%;HCO3-是主要的OH清除劑,存在時能降低光催化的反應(yīng)活性。 HCO3- + OH CO32- + H2O,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,64,七)反應(yīng)溫度 有研究表明:TiO2光催化降解苯酚時的起始反應(yīng)速率隨著溫度的升高略有增加,在光強較高時,這種現(xiàn)象尤為突出。 (八)表面螯合和共價作用的吸附物 通過金屬氧化物在半導(dǎo)體表面的螯合作用,可以促進界面電子的轉(zhuǎn)移,提高光催化氧化的效率。與TiO2表面光生電子共價連接的吸附物,也能提高光催化劑的活性,影響TiO2光催化效率的因素,整理ppt,65,TiO2光催化技術(shù)在水處理中存在的問題,盡管光催化技術(shù)在氧化降解有機污染物方面具有許多十分明顯的優(yōu)點,但在實際應(yīng)用過程中還存在下列問題: (1)光催化量子效率低(約4%); (2)太陽能利用率低; (3)光催化劑的負載和分離回收問題、大型光催化反應(yīng)

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