水體中有機污染物光催化降解課件

水體中有機污染物光催化降解傅曉都黃煊TiO2作為一種新興的光催化劑，引起了各國環(huán)境工作者的興趣。在水污染防治技術(shù)中，特定的常規(guī)方法都是對某種污染物有效，一般則需要多種方法組合才能達到清除綜合排水污染的目的。生化處理雖能降解有機物，但對難降解有機物如多環(huán)類化合物的處理效果就不太理想，尤其是低濃度、高毒性的難降解有機污染物就更是勉為其難了。銳鈦型的TiO2在紫外光的照射下能產(chǎn)生氟化性極強的羥基自由基，對所有的有機物幾乎無一例外地都氧化為二氧化碳和水，且除凈度高，降解遭廢快，無二次污染，為降解有機污染物提供了新思路。近年來國內(nèi)外對TiO2光催化劑進行了較廣泛的研究,使得這項技術(shù)不斷地完善。從普通顆粒狀的TiO2到納米級的TiO2，從固定床反應(yīng)器到浮動床反應(yīng)器，從單一的TiO2催化劑到復合型催化劑。研究主要方向一是為提高TiO2的催化活性，二是發(fā)展可見光的利用，三是研制高效能反應(yīng)器。在光催化中采用半導體物質(zhì)作為光催化劑，有ZnO、CdS、WO3、TiO2等。由于TiO2具有價廉易得、使用穩(wěn)定及光活性高等優(yōu)點，所以在光催化降解中，一般采用它作為光催化劑。半導體物質(zhì)存在著價帶、導帶和禁帶。被電子占有的能帶稱為價帶，它的最高能級為價帶緣。相鄰的那個較高能級即激發(fā)態(tài)稱為導帶，它的最低能級即導帶緣：價帶緣與導帶緣的能級差為禁帶寬度Eg。在一般狀態(tài)下，電子處在價帶由，當電子被激發(fā)剛受熱，或光照)E將越過禁帶進入導帶。TiO2的禁帶寬度Eg為3.2ev，根據(jù)光與能量的關(guān)系E＝hv可知，將TiO2上價帶中電子激發(fā)到導帶上則需要波長小于387.5nm的光照射。位于該波長范圍的光為紫外光。當用紫外光照射TiO2時，其價帶中電子將被激發(fā)到導帶上，這樣的電子稱為光生電子(e-)，同時在價帶上留下空穴(h+)：空穴與水、電子與溶解氧發(fā)生作用產(chǎn)生氧化性極強的羥基自由基·OH。上述機理可以表示如下：·OH對作用物幾乎無任何選擇性，可以氧化生物法難以降解的各種有機物，并使之礦化為CO2，、H2O等天機小分子。從上述的反應(yīng)機理可以看出，TiO2上產(chǎn)生的空穴越多，越有利于羥基自由基的產(chǎn)生。提高空穴數(shù)量的方法有兩種，一種是降低TiO2的禁帶寬度，使TiO2在更廣泛的波長光照射下，被激發(fā)并產(chǎn)生空穴。另一種是減少空穴與電子的復合率。降低禁帶寬度的方法是向TiO2中摻雜一些金屬或金屬氧化物。通常是Ag、Pt、Au、Pd、RuO2等，這些物質(zhì)可充分利用能量較低的光子，意味著可利用太陽能作為輻射源。摻雜金屬也可以降低e-與空穴的復合率，例如在TiO2中摻雜Pt后，相當于在TiO2表面構(gòu)成一個以TiO2及Pt為電極的短路微電池，TiO2電極所產(chǎn)生的空穴將液相中的有機物氧化．而電子則流向Pt電極將液相中氧化態(tài)組分還原，降低電子與空穴的復合率。另外向反應(yīng)體系加入氧化劑和金屬離子同樣可以阻止電子與空穴的簡單復合。將TiO2溶于一定去離子水中，在高溫下，水熱分解得到TiO2溶膠，然后再通過蒸發(fā)除去溶液中的水和HCl，即可得到銳鈦礦與金紅石混合晶型的P—25TiO2，然后配制20mg/L的苯酚溶液，用分析天平稱取一定量的P—25TiO2置于20ml苯酚溶液中進行降解目標反應(yīng)。以250W高壓汞燈為降解對溴苯酚的光源。每隔20min對反應(yīng)