光催化降解有機污染物進展課件

光催化及其對有機污染物的降解主要內(nèi)容㈠研究背景㈡光催化氧化降解機理㈢光催化降解的催化劑㈣光催化降解實例㈤結(jié)論㈠研究背景有機污染物廣泛地存在于水、土壤和大氣環(huán)境中，這些有機污染物只有少部分能在自然環(huán)境中自行降解，其中大多數(shù)是有毒有害的物質(zhì)。一些還有“致癌、致畸、致突變”的“三致性”。㈡光催化氧化降解機理[2]光催化氧化的機理主要是自由基反應(yīng)，而體系產(chǎn)生的活性中間體H2O2則是形成自由基的重要引發(fā)劑。以下任何反應(yīng)都可以使H2O2產(chǎn)生羥基自由基H2O2----2OH.H2O2+O2----OH.+OH-+O2H2O2+e-----OH.+OH-光催化體系中的有機物在·OH作用下，發(fā)生快速氧化反應(yīng)及自由基鏈反應(yīng)，而使有機物迅速礦化而去除．㈢光催化降解的催化劑主要的光催化劑類型：⑴金屬氧化物或硫化物光催化劑⑵分子篩光催化劑⑶有機物光催化劑⑴金屬氧化物或硫化物光催化劑常見的金屬氧化物或硫化物光催化劑有TiO2、ZnO、WO3、Fe2O、ZnS、CdS和PbS等。其中，CdS的禁帶寬度較小，與太陽光譜中的近紫外光段有較好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易發(fā)生光腐蝕，使用壽命有限。TiO2具有催化能力強、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、價格低等優(yōu)點，是目前研究和應(yīng)用最廣泛的光催化劑[3]。③負載型光催化劑：負載型光催化劑避免了光催化懸浮體系中催化劑難分離回收的問題，從而實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定操作。負載方法可以是在基質(zhì)上制成催化劑膜，或催化劑以微粒狀吸附負載于載體上。④微波等離子體處理的光催化劑：用微波等離子體處理光催化劑的過程，是利用微波等離子體中的分子離解成化學(xué)性質(zhì)十分活潑的原子或原子團，與光催化劑間進行化學(xué)物理作用的過程。如將微波輻射技術(shù)用于制備固體超強酸SO2／TiO2，催化劑。與常規(guī)加熱法相比，微波加熱制備的SO2／TiO2催化劑使乙烯的光催化氧化分解反應(yīng)的量子效率大大提高。⑶有機物光催化劑①卟啉類化合物光催化劑：具有共軛雙鍵大環(huán)的卟琳類化合物在適當(dāng)?shù)臈l件下可傳遞電子，或經(jīng)光照激發(fā)出電子。金星龍等報道¨，高分子金屬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，可用于催化降解各種廢水，如染料廢水、化工廢水和生活污水等。②金屬酞菁類化合物光催化劑：酞菁類化合物是一種重要的催化劑，它主要用于催化有機反應(yīng)。金屬酞菁類化合物作為光催化劑，在可見光下對于有機化合物如水楊酸、對羥基苯甲酸、羅丹明B、硫代羅丹明B和結(jié)晶紫等都能進行有效的光催化降解。㈣光催化降解實例⑴納米TiO2光催化降解有機污染物⑵雜多酸光催化降解有機污染物⑶多金屬氧酸鹽光催化降解水中有機污染物納米TiO2光催化劑應(yīng)用①水環(huán)境有機污染物的去除水環(huán)境有機污染物種類繁多,以酚類、鹵代烴、芳烴及其衍生物、雜環(huán)化合物的毒性為最,幾乎遍布于所有廢水中,其中又以化工廢水、印染廢水、造紙廢水、制藥廢水含量最多、成份最復(fù)雜、毒性最大。納米TiO2[8]可以有效地降解多種有機污染物并將多種有機物全部或部分礦化為CO2、H2O或毒性較小的有機物②小空間空氣凈化利用TiO2可以降解大部分氣相有機污染物。如甲苯蒸汽可使人頭痛、惡心,對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用,。田地[9]等利用碳黑改性鋁材負載TiO2降解甲苯蒸汽，降解率達85.15%,催化活性可保持20h基本不變。段曉東等利用摻鐵改性納米TiO2降解汽油蒸汽,蒸汽中的7種有機物降解率均在98%以上。TiO2用于居室空氣處理尤其具優(yōu)勢,可將TiO2鍍于內(nèi)墻、家具和裝飾物表面,也可將TiO2摻和于混凝土中使用,甚至直接應(yīng)用到污染源上。張悠金[10]等將納米TiO2加入到卷煙煙嘴中,實現(xiàn)了對煙焦油和尼古丁的截留(截留率28.14%~45.13%),這對于人體健康及居室環(huán)境空氣質(zhì)量具有十分重要的意義。但迄今為止,對TiO2處理大氣有機污染物的研究多以有限的半封閉/封閉空間為主,對大空間的研究較少,關(guān)鍵在于對TiO2高催化性及長效性的研發(fā),以利于降低處理成本。利用TiO2這些特性,將之鍍于鋼橋、鐵索和工業(yè)設(shè)備表面可以抗蝕;鍍于照明工程燈具外殼、高層建筑材料表面、飲食行業(yè)抽油煙設(shè)備以及各種需人工頻繁清洗或人工難予清洗的設(shè)施上,可以實現(xiàn)完全自清潔或最大限度減少清潔周期和降低清潔強度;鍍于日用品、纖維制品、文具和玩具表面可以消毒抗菌。因此,TiO2在抗菌抗蝕與自清潔方面的應(yīng)用前景是廣闊的。⑵雜多酸光催化降解有機污染物雜多酸是一類由中心原子（即雜原子，如P、Si等）和配位原子（即多原子，如Mo、W等）通過氧原子橋聯(lián)方式進行空間組合的多氧簇金屬配合物，可作為一種綠色催化劑，具有活性高、選擇性好、無毒、不腐蝕設(shè)備等優(yōu)點。雜多酸是一種寬禁帶材料,可通過自氧化和羥基自由基的產(chǎn)生實現(xiàn)對有機物的降解作用。①雜多酸對有機染料的光解作用雜多酸光催化用于有機染料降解的研究較為活躍,且多以甲基橙為模擬底物。。王玲[11]研究了紫外燈照射下磷鎢酸對甲基橙的光催化降解,驗證磷鎢酸加入量300mg/100mL、pH=2.5時,甲基橙的降解率最高。王敏等則研究了在自然光照射條件下磷鎢酸對甲基橙溶液的光催化脫色性能,在選定的實驗條件下,甲基橙溶液的脫色率可達95.19%。③雜多酸光催化降解有機鹵化物氯代有機物作為一種重要的化工原料、有機溶劑和中間體被廣泛使用，導(dǎo)致含氯有機物大量排放，很多工業(yè)廢水中氯代有機物嚴重超標(biāo)。如H4SiW12O40均相光催化、紫外-可見光/H2O2法和Fenton法均不能有效降解EEA，在利用波長大于290nm的光照射的有氧條件H3PW12O40有效催化EEA降解為F-和CO2[12]。因此，雜多酸在光催化治理工業(yè)廢水中難降解的表面活性劑方面有應(yīng)用價值。④雜多酸光催化降解其他有機污染物室內(nèi)空氣污染問題日益嚴重，對人體健康的危害已引起了人們的強烈關(guān)注。在諸多的室內(nèi)污染物中，甲醛為最重要的室內(nèi)污染物之一。鄧謙[13]等以濕法浸漬修飾TiO2制備了H3PW12O40/TiO2復(fù)合催化劑，以含甲醛和丙酮的氣體模擬污染空氣，研究其在復(fù)合光催化劑作用下的光催化降解行為。結(jié)果表明，H3PW12O40含量為21.9%時，H3PW12O40與TiO2產(chǎn)生了明顯的協(xié)同作用，光催化降解甲醛和丙酮的效果都最佳，紫外光照60min，16.5g/m3丙酮的去除率達100%。[7]劉延湘，涂平，劉軍．負載型TiO，：Fe“處理有機污染水[J]．北化工，2002(1)：14—15．[8]黃慧莉,黃妙良,蔡婀娜等.(應(yīng)用化學(xué),2002,19(1):48.[9]張悠金,楊俊,李婉等.化學(xué)研究與應(yīng)用,2001,13(6):709.[10]王煒,程為.大連鐵道學(xué)院學(xué)報(J.DalianRailwayInsti.),2004,25(3):87—90[11]王玲(WangL).環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備(Technol.andEquip.forEnviron.Pollu.Contr