表面活性劑光降解催化

表面活性劑光降解催化第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2安徽大學(xué)

化學(xué)工程與工藝第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3表面活性劑光催化降解

材料搜集：09小李ppt制作:09小劉演講：09小多第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4目前，針對(duì)表面活性劑的降解處理常用方法有吸附降解、焚燒降解、生物降解等，而最有應(yīng)用前景、研究最活躍的技術(shù)是光催化降解技術(shù)。表面活性劑第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5光催化降解1.概述2.降解機(jī)理3.光降解催化劑4.影響光催化降解的因素5.發(fā)展前景表面活性劑第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6概述

光催化降解技術(shù)是近30年才發(fā)展起來(lái)的降解方法。

1972年藤島等發(fā)現(xiàn)受光輻射的TiO2上可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生HO。之后人們就開始研究光催化氧化水中的有機(jī)污染物的降解。表面活性劑第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7

該方法的優(yōu)點(diǎn)：光催化降解在常溫常壓下就可以進(jìn)行，反應(yīng)原料僅需要太陽(yáng)光、氧氣和水。更重要的是，光催化降解具有成本低、降解率高、二次污染少，且最終能將有機(jī)污染物徹底分解為CO2，H2O和其他無(wú)機(jī)鹽等優(yōu)點(diǎn)。表面活性劑第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8降解機(jī)理1.光催化降解動(dòng)力學(xué)機(jī)理

Hidaka等首次利用人工光源研究了陰離子表面活性劑LAS和陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基氧化銨BDDAC在Ti02做催化劑下的降解。應(yīng)用Langmuir—Hinshelwood（朗繆爾-欣謝爾伍德）模型得出降解速率表達(dá)式為：

1／r=1／(kKc)+1／k

其中：K為與表面活性劑結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)，k為降解反應(yīng)常數(shù)，只與光源、催化劑活性、反應(yīng)介質(zhì)有關(guān)，而與表面活性劑結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。表面活性劑第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四92.光催化降解熱力學(xué)機(jī)理

Gim—YangPee提出光催化空化降解的熱力學(xué)模型，定義在空化降解中的熱量可以表示為：其中：m為基質(zhì)的質(zhì)量，Cp為基質(zhì)比熱容，為在超聲波輻射下，溫度隨時(shí)間的變化率，Tp為溫度的比熱容，A為表面活性劑濕的表面積，x為管壁的厚度，為管壁的密度表面活性劑第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10光降解催化劑

光催化劑的作用機(jī)理是當(dāng)光照射至催化劑表面時(shí)，能量大于禁帶寬度的光電子被吸收，而將價(jià)帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生光電子和空穴。所產(chǎn)生的光電子和空穴分別具有強(qiáng)還原性和強(qiáng)氧化性，與表面活性劑發(fā)生強(qiáng)的氧化反應(yīng)，從而達(dá)到降解效果。表面活性劑第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四11主要催化劑有：1.半導(dǎo)體催化劑

2.鐵離子和負(fù)載型的鐵系光催化劑

3.雜多酸光催化劑

4.金屬酞菁光催化劑

5.復(fù)合型光催化劑

6.層狀結(jié)構(gòu)的光催化劑

7.絡(luò)合物光催化劑表面活性劑第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四121.半導(dǎo)體光催化劑

主要以TiO2和ZnO為主，原因是其難溶、無(wú)毒、成本低，幾乎能降解所有的表面活性劑，生成或易降解的小分子，且光催化穩(wěn)定性高等。表面活性劑第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四13

雖然TiO２等半導(dǎo)體光催化降解技術(shù)還不是很完善，但是由于反應(yīng)條件溫和，操作條件容易控制，氧化能力強(qiáng)，無(wú)二次污染，加之TiO2化學(xué)穩(wěn)定性高、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，因此仍是一種很有前景的表面活性劑降解技術(shù)。表面活性劑第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四14應(yīng)用探究：

納米Ag／ZnO光催化劑催化降解壬基酚聚氧乙烯醚

TiO2光催化劑催化降解十二烷基苯磺酸鈉(DBS)

表面活性劑第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四152.鐵離子和負(fù)載型的鐵系光催化劑

由于鐵離子催化分解氧化分解水體中的表面活性劑污染物(如典型的費(fèi)頓反應(yīng))具有廉價(jià)、環(huán)境優(yōu)化和無(wú)二次污染等特點(diǎn)，一直是降解的研究熱點(diǎn)。表面活性劑第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四16應(yīng)用探究：

季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑(QAC)的降解

（QAC應(yīng)用廣泛，在日常生活中用作殺菌劑、消毒劑，防水柔軟劑、浸潤(rùn)劑、抗靜電劑等，近年來(lái)在赤潮治理中用作除藻劑。研究表明，季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑，如季銨鹽十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)進(jìn)入環(huán)境后，對(duì)環(huán)境微生物有抑制作用，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)對(duì)處理效果產(chǎn)生不利的影響，排人環(huán)境水體會(huì)對(duì)水體環(huán)境中有益微生物產(chǎn)生抑制，破壞水體的自凈功能，CTAB還可抑制其它有機(jī)污染物的降解。）表面活性劑第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四17影響光催化降解的因素

目前，對(duì)光催化降解的影響因素中，除了環(huán)境因素、表面活性劑類型、濃度、氧化劑種類等，還有以下幾個(gè)因素：pH值自然光源的利用催化劑的利用工藝的組合表面活性劑第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四181.pH值

pH值對(duì)光催化的影響主要是通過(guò)影響催化劑表面特性、表面吸附和化合物存在形態(tài)來(lái)起作用。另外，pH值還可以通過(guò)改變表面活性劑的氧化還原電位，從而改變其中催化劑表面的吸附來(lái)影響反應(yīng)速率。一般認(rèn)為，溶液pH值處于“零電荷”時(shí)，催化活性最高。表面活性劑第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四192.自然光源的利用太陽(yáng)光中有1％～3％的近紫外光(300nm～400nm）利用太陽(yáng)光中波長(zhǎng)直至388nm的近紫外光激發(fā)，代替昂貴的和有害的人造光源，（如水銀燈(185nm)所發(fā)出的短波波長(zhǎng)的紫外光，）具有良好的應(yīng)用前景。研究十二烷苯苯磺酸鈉(DBS)在自然光照下的降解，發(fā)現(xiàn)DBS在江水中的降解速度比在純水中快。表面活性劑第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四203.催化劑的改進(jìn)

通過(guò)對(duì)光催化劑的表面修飾，提高激發(fā)電荷的分離，抑制載流子復(fù)合以提高量子效率，擴(kuò)大其吸收光的波長(zhǎng)范圍、改變產(chǎn)物的選擇性或產(chǎn)率，提高光催化劑的穩(wěn)定性。另外，將光催化劑納米化也有利于其光催化性能的提高。表面活性劑第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四214.工藝的組合表面活性劑的降解有其復(fù)雜性和多樣性，單一處理方法往往達(dá)不到處理含有多種表面活性劑和有機(jī)污染物的預(yù)期目的。近幾年，將光催化降解與超聲波、微波、生物降解等技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，進(jìn)行工藝優(yōu)化組合，特別是對(duì)于那些有毒、難生物降解的有機(jī)污染物的后續(xù)深度處理，取得較好的處理效果。表面活性劑第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四22發(fā)展前景

由于光催化降解是近30年發(fā)展起來(lái)的新研究領(lǐng)域，現(xiàn)在還基本停留在理論研究階段，實(shí)際應(yīng)用很少，而我國(guó)對(duì)這方面的研究還剛剛起步。從國(guó)外研究的趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)今后表面活性劑生物降解性方向主要集中在以下幾個(gè)方面：表面活性劑第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四231)通過(guò)對(duì)光降解催化劑的表面修飾，載體的固化，提高光降解催化劑的催化活性和選擇性。2)反應(yīng)裝置是使半導(dǎo)體催化降解由理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的必要技術(shù)手段，研究新型的反應(yīng)裝置，提高光的利用率，以提高降解效率。3)目前對(duì)許多表面活性劑的光催化降解機(jī)理尚不清楚，仍需進(jìn)一步研究。表面活性劑第23頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四24參考文獻(xiàn)：衷平海表面活性劑原理與應(yīng)用配方江西科技出版社趙世民表面活性劑—原理、合成、測(cè)定及應(yīng)用中國(guó)石化出