TiO2光催化氧化技術(shù)

1、第第4章章 TiO2光催化氧化技術(shù)光催化氧化技術(shù) TiO2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理光催化氧化反應(yīng)機(jī)理 TiO2光催化劑制備方法光催化劑制備方法 提高提高TiO2光催化效率的途徑光催化效率的途徑 TiO2光催化氧化法存在的問題光催化氧化法存在的問題 TiO2光催化氧化的影響因素光催化氧化的影響因素 TiO2光催化氧化技術(shù)應(yīng)用光催化氧化技術(shù)應(yīng)用4.14.1概述概述 4.1.14.1.1光催化氧化技術(shù)概述光催化氧化技術(shù)概述以以TiO2為代表的光催化材料具有對為代表的光催化材料具有對人體無毒人體無毒，能耗低，操作簡單，反應(yīng)條件溫和，化，能耗低，操作簡單，反應(yīng)條件溫和，化學(xué)穩(wěn)定性良好和光催化效率較高學(xué)穩(wěn)定性良

2、好和光催化效率較高等特性，等特性，成為近年來日益受重視的環(huán)境污染治理技成為近年來日益受重視的環(huán)境污染治理技術(shù)之一。術(shù)之一。 除了在凈化水和空氣方面的應(yīng)用外，除了在凈化水和空氣方面的應(yīng)用外，TiO2光催化在殺菌消毒、光解水、固氮、還原光催化在殺菌消毒、光解水、固氮、還原CO2等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。 4.1.1.14.1.1.1均相光催化氧化均相光催化氧化光降解反應(yīng)包括無催化劑和光降解反應(yīng)包括無催化劑和有催化劑的光化學(xué)降解有催化劑的光化學(xué)降解，后者稱，后者稱光催化降解。一般分為光催化降解。一般分為均相、非均相均相、非均相兩種類型。兩種類型。均相光催均相光催化降解化

3、降解主要指主要指UV/FentonUV/Fenton試劑法，即以試劑法，即以Fe Fe 2+2+或或Fe Fe 3+3+及及H H2 2O O2 2為介質(zhì)，通過光助為介質(zhì)，通過光助- -芬頓反應(yīng)使污染物得到降解，此類反芬頓反應(yīng)使污染物得到降解，此類反應(yīng)能直接利用可見光。應(yīng)能直接利用可見光。 4.1.1.24.1.1.2非均相光催化降解非均相光催化降解在污染體系中投加一定量的光敏半導(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定在污染體系中投加一定量的光敏半導(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定能量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子能量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子- -空穴對，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子

4、等與電子空穴對，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子- -空空穴作用，產(chǎn)生穴作用，產(chǎn)生OHOH等氧化性極強(qiáng)的自由基，再通過與污染等氧化性極強(qiáng)的自由基，再通過與污染物之間的羥基加合、取代等使污染物全部或接近全部礦化物之間的羥基加合、取代等使污染物全部或接近全部礦化，最終產(chǎn)物為最終產(chǎn)物為H H2 2O O和和COCO2 2及其他離子。及其他離子。 1972年，日本的年，日本的Fujishima 在半導(dǎo)體在半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，從而開辟了分解作用，從而開辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。 1977年，年，Yokota發(fā)現(xiàn)光照條件下，

5、發(fā)現(xiàn)光照條件下，TiO2對丙烯環(huán)氧化具有光催化對丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，拓寬了光催化應(yīng)用范圍，活性，拓寬了光催化應(yīng)用范圍，為有機(jī)物氧化反應(yīng)提供了一條新為有機(jī)物氧化反應(yīng)提供了一條新思路思路。 此后，光催化技術(shù)在環(huán)保、衛(wèi)生保健、有機(jī)合成等方面的應(yīng)用研此后，光催化技術(shù)在環(huán)保、衛(wèi)生保健、有機(jī)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。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。光催化技術(shù)的發(fā)展歷史光催化技術(shù)的發(fā)展歷史 4.1.2光催化氧化技術(shù)應(yīng)用前景光催化氧化技術(shù)應(yīng)用前景 有毒廢水通常采用氧化塘，地下儲水池和垃圾場等手段處理。有毒廢水通常采用氧化塘，地下儲水

6、池和垃圾場等手段處理。其結(jié)果是使土壤，地下水和地表水被污染。其結(jié)果是使土壤，地下水和地表水被污染。 有毒有害有機(jī)物包括：有毒有害有機(jī)物包括：揮發(fā)性有機(jī)物，氯代有機(jī)物，二噁英，揮發(fā)性有機(jī)物，氯代有機(jī)物，二噁英，三氯乙烯三氯乙烯(TCE)，高氯酸乙烯，高氯酸乙烯(PCE)，CCl4，HCCl3，CH2Cl2，p-氯苯，六氯環(huán)五烷二烯氯苯，六氯環(huán)五烷二烯 為此，為此，發(fā)展先進(jìn)的分析化學(xué)，生物化學(xué)，物理化學(xué)技術(shù)消除大發(fā)展先進(jìn)的分析化學(xué)，生物化學(xué)，物理化學(xué)技術(shù)消除大氣，土壤，水中的有毒化學(xué)物質(zhì)勢在必行。氣，土壤，水中的有毒化學(xué)物質(zhì)勢在必行。 常規(guī)污染物方法包括：高溫焚燒，活化污泥處理，厭氧消化和一常規(guī)污

7、染物方法包括：高溫焚燒，活化污泥處理，厭氧消化和一些常規(guī)物理化學(xué)處理。些常規(guī)物理化學(xué)處理。污染物的處理方法簡介污染物的處理方法簡介 化學(xué)處理方法化學(xué)處理方法：1. 化學(xué)氧化法：如，化學(xué)氧化法：如，F(xiàn)enton試劑和臭氧氧化法。試劑和臭氧氧化法。2. 樹脂吸附法：大孔吸附樹脂具有大比表面、容易再生、能夠回收樹脂吸附法：大孔吸附樹脂具有大比表面、容易再生、能夠回收有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)。3. 乳狀液膜分離：綜合了固體膜分離法和溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)，特別乳狀液膜分離：綜合了固體膜分離法和溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于分離水溶液中呈溶解態(tài)的有機(jī)污染物。適合于分離水溶液中呈溶解態(tài)的有機(jī)污染物。4. 半導(dǎo)體

8、光催化氧化法：半導(dǎo)體光催化氧化法：利用光催化原理處理有機(jī)物，不僅可以直接利用太陽能，而且利用光催化原理處理有機(jī)物，不僅可以直接利用太陽能，而且對有機(jī)物的處理比較徹底，不帶來新的污染源對有機(jī)物的處理比較徹底，不帶來新的污染源 4.2 TiO2光催化氧化技術(shù)光催化氧化技術(shù) 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料在紫外及可見光照射下，將污染物短時(shí)間內(nèi)完全在紫外及可見光照射下，將污染物短時(shí)間內(nèi)完全降解或降解或礦化礦化成對環(huán)境無成對環(huán)境無害的產(chǎn)物，或?qū)⒑Φ漠a(chǎn)物，或?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，這一過程稱為，這一過程稱為光催化光催化。4.2.1 TiO2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理光催化氧化反應(yīng)機(jī)理 半導(dǎo)體是指電導(dǎo)率在金屬電導(dǎo)

9、率（約半導(dǎo)體是指電導(dǎo)率在金屬電導(dǎo)率（約104106/cm)和電和電介質(zhì)電導(dǎo)率（介質(zhì)電導(dǎo)率（ 1-10 /cm)之間的物質(zhì)，一般的它的禁帶寬之間的物質(zhì)，一般的它的禁帶寬度度Eg小于小于3eV。 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)帶價(jià)帶 禁帶Eg 3eV摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 （正電荷中心起提供電子的作用，（正電荷中心起提供電子的作用，依靠自由電子進(jìn)行導(dǎo)電）依靠自由電子進(jìn)行導(dǎo)電） P型半導(dǎo)體（負(fù)電荷中心起提供電子的作用，型半導(dǎo)體（負(fù)電荷中心起提供電子的作用，依靠空穴進(jìn)行導(dǎo)電）依靠空穴進(jìn)行導(dǎo)電）半導(dǎo)體半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純的半導(dǎo)體，不含有任何雜質(zhì)，禁帶中不存在（純的半導(dǎo)體

10、，不含有任何雜質(zhì)，禁帶中不存在半導(dǎo)體電子的狀態(tài)半導(dǎo)體電子的狀態(tài),即缺陷能級即缺陷能級) 實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地存在雜質(zhì)和各實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地存在雜質(zhì)和各類缺陷，使電子和空穴束縛在其周圍，成為捕獲電子和空穴的陷類缺陷，使電子和空穴束縛在其周圍，成為捕獲電子和空穴的陷阱，產(chǎn)生局域化的電子態(tài)，在禁帶中引入相應(yīng)電子態(tài)的能級。阱，產(chǎn)生局域化的電子態(tài)，在禁帶中引入相應(yīng)電子態(tài)的能級。N型型半導(dǎo)體的缺陷能級半導(dǎo)體的缺陷能級Ed靠近導(dǎo)帶，靠近導(dǎo)帶，P型半導(dǎo)體的型半導(dǎo)體的Ea靠近價(jià)帶?？拷鼉r(jià)帶。 EcEdEv價(jià)帶EcEaEv導(dǎo)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶 P型半導(dǎo)體的能級N型半導(dǎo)體的能級g

11、 (nm)1240/Eg (eV) Eg=3.2 eV, g=387 nm 當(dāng)半導(dǎo)體近表面當(dāng)半導(dǎo)體近表面區(qū)在受到能量大于其禁區(qū)在受到能量大于其禁帶寬度能量的光（帶寬度能量的光（h hv v）輻射時(shí)，價(jià)帶中的電子輻射時(shí)，價(jià)帶中的電子會受到激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶會受到激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶上形成空穴（，價(jià)帶上形成空穴（h h+ +），而導(dǎo)帶則帶有電子），而導(dǎo)帶則帶有電子（e e- -），在半導(dǎo)體中產(chǎn)），在半導(dǎo)體中產(chǎn)生生電子電子- -空穴對空穴對。-vbh2ehTiOvTiOTiO2 2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理光催化氧化反應(yīng)機(jī)理O2-H2OH2O2H2OOH-OHOHe-CBe-CBe-CBe-CBe-CB光 子光

12、 子hv電子激發(fā)電子激發(fā)電子空穴對復(fù)電子空穴對復(fù)合合O3O2導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶h+VB價(jià)帶價(jià)帶h+VBh+VBh+VBh+VB當(dāng)光能等于或超過半導(dǎo)體材料的帶隙能量時(shí)，電子從價(jià)帶當(dāng)光能等于或超過半導(dǎo)體材料的帶隙能量時(shí)，電子從價(jià)帶(VB)激發(fā)到激發(fā)到導(dǎo)帶導(dǎo)帶(CB)形成形成光生電子光生電子-空穴空穴。價(jià)帶空穴是強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子是強(qiáng)還原劑。價(jià)帶空穴是強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子是強(qiáng)還原劑?？昭ㄅc空穴與H2O或或OH-結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)（結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)（ HO . ）電子與電子與O2結(jié)合也會產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)結(jié)合也會產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)(.O

13、2-, HO . 等等)空穴，自由基都有很強(qiáng)的氧化性，能將有機(jī)物直接氧化為空穴，自由基都有很強(qiáng)的氧化性，能將有機(jī)物直接氧化為CO2, H2OA: 半導(dǎo)體吸收光，產(chǎn)生電子和空穴的過程半導(dǎo)體吸收光，產(chǎn)生電子和空穴的過程B: 電子和空穴表面復(fù)合過程電子和空穴表面復(fù)合過程C:電子和空穴體內(nèi)復(fù)合過程電子和空穴體內(nèi)復(fù)合過程D: 還原過程還原過程E: 氧化過程氧化過程 空穴具有很強(qiáng)的得電子能力空穴具有很強(qiáng)的得電子能力( (氧化性氧化性) )， 可被可被H2O、OH-捕獲生成捕獲生成OH。 可直接奪取半導(dǎo)體表面有機(jī)物或其他物質(zhì)的電子進(jìn)行氧化作用?？芍苯訆Z取半導(dǎo)體表面有機(jī)物或其他物質(zhì)的電子進(jìn)行氧化作用。 電子居

14、于較高能量狀態(tài)，可被吸附氧（電子居于較高能量狀態(tài)，可被吸附氧（O O2 2）捕獲，生成）捕獲，生成OO2 2- -自由基。自由基。 研究結(jié)果證明，研究結(jié)果證明，OHOH和和OO2 2- -是光催化氧化過程中主要氧化是光催化氧化過程中主要氧化劑劑 ，理論上幾乎可將水中所有有機(jī)物氧化理論上幾乎可將水中所有有機(jī)物氧化，甚至最終產(chǎn)，甚至最終產(chǎn)物為物為H H2 2O O和和COCO2 2。TiOTiO2 2半導(dǎo)體有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別為：半導(dǎo)體有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別為： 銳鈦礦銳鈦礦 金紅石金紅石 板鈦礦板鈦礦從穩(wěn)定性來說，從穩(wěn)定性來說， 金紅石最穩(wěn)定，從低溫到熔點(diǎn)都不會發(fā)生晶相金紅石最穩(wěn)定，從低溫到熔點(diǎn)都

15、不會發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變； 銳鈦礦次之，在室溫下穩(wěn)定；銳鈦礦次之，在室溫下穩(wěn)定； 板鈦礦很少見。板鈦礦很少見。4.2.2 TiO2催化劑4.2.2.1 TiO2催化劑的性質(zhì)催化劑的性質(zhì)金紅石型銳鈦礦型TiO2晶型結(jié)構(gòu)示意圖晶型結(jié)構(gòu)示意圖催化活性 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)，其中以以銳鈦礦結(jié)構(gòu)的催化活性最高銳鈦礦結(jié)構(gòu)的催化活性最高。 銳鈦礦型銳鈦礦型TiOTiO2 2吸收小于吸收小于387.5nm387.5nm的光，金紅石型的光，金紅石型TiOTiO2 2吸收小吸收小于于415nm415nm的光，它們的主要區(qū)別在于的光，它們的主要

16、區(qū)別在于八面體結(jié)構(gòu)內(nèi)部扭曲八面體結(jié)構(gòu)內(nèi)部扭曲和結(jié)合方式不同和結(jié)合方式不同。 銳鈦礦型的銳鈦礦型的TiOTiO2 2較負(fù)較負(fù)的導(dǎo)帶對的導(dǎo)帶對O O2 2的吸附能力較強(qiáng)，比表面的吸附能力較強(qiáng)，比表面較大，光生電子和空穴容易分離，這些因素使得銳鈦礦型較大，光生電子和空穴容易分離，這些因素使得銳鈦礦型TiOTiO2 2光催化活性高于金紅石型光催化活性高于金紅石型TiOTiO2 2光催化活性。光催化活性。 TiO2光催化劑的優(yōu)點(diǎn) 4.2.2.2 TiO4.2.2.2 TiO2 2催化劑的基本制備催化劑的基本制備方法方法納米納米TiOTiO2 2的制備方法有氣相法和液相法兩類的制備方法有氣相法和液相法兩類

17、。 采用氣相法制備納米采用氣相法制備納米TiOTiO2 2 反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，制得的產(chǎn)品純反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，制得的產(chǎn)品純度高、粒度小、分散性好、表面活性大度高、粒度小、分散性好、表面活性大。 但此法是在高溫下瞬間完成，但此法是在高溫下瞬間完成，對反應(yīng)器的構(gòu)型對反應(yīng)器的構(gòu)型、設(shè)備的材質(zhì)、加熱及進(jìn)料方式等均有很高的、設(shè)備的材質(zhì)、加熱及進(jìn)料方式等均有很高的要求要求。 TiOTiO2 2催化劑的制備方法催化劑的制備方法n液相法具有液相法具有合成溫度低、合成溫度低、設(shè)備簡單、成本低等設(shè)備簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的制備方法。廣泛采用的制

18、備方法。n液相法易造成液相法易造成局部濃度過局部濃度過高，顆粒大小、形狀不均高，顆粒大小、形狀不均，分散性差，影響產(chǎn)品的，分散性差，影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用范圍使用效果和應(yīng)用范圍。n合成納米合成納米TiO2液相方法有：液相方法有： 水解法；水解法； 化學(xué)沉淀法；化學(xué)沉淀法； 溶膠凝膠法；溶膠凝膠法； 微乳液法；微乳液法； 電泳沉積法；電泳沉積法； 離子交換法等。離子交換法等。水解法水解法 鈦醇鹽鈦醇鹽：利用鈦醇鹽能溶于有機(jī)溶劑并發(fā)生利用鈦醇鹽能溶于有機(jī)溶劑并發(fā)生水解生成氫氧化物或氧化物的特性來制備納水解生成氫氧化物或氧化物的特性來制備納米米TiOTiO2 2。 以鈦酸丁脂為前驅(qū)物，以鈦酸丁脂為

19、前驅(qū)物，經(jīng)經(jīng)改善沉淀物的過濾洗滌改善沉淀物的過濾洗滌工藝，制備工藝，制備15nm15nm左右的左右的TiOTiO2 2粉體。粉體。 無機(jī)鈦鹽水解法無機(jī)鈦鹽水解法：就是將無機(jī)鈦鹽直接升溫就是將無機(jī)鈦鹽直接升溫水解制備納米水解制備納米TiOTiO2 2的方法，這是制備納米的方法，這是制備納米TiOTiO2 2最為簡單的方法。最為簡單的方法。 沉淀法沉淀法 普通沉淀法一般以普通沉淀法一般以TiClTiCl4 4、Ti(SOTi(SO4 4) )2 2等無機(jī)等無機(jī)鈦鹽為原料，用氨水、鈦鹽為原料，用氨水、(NH(NH4 4) )2 2COCO3 3、NaCONaCO3 3或或NaOHNaOH等堿性物質(zhì)作

20、為等堿性物質(zhì)作為沉淀劑沉淀劑來制備納米來制備納米TiOTiO2 2粉體。粉體。 均勻沉淀法則是在溶液中加入某種物質(zhì)，均勻沉淀法則是在溶液中加入某種物質(zhì)，使之通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)使之通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)緩慢緩慢生成沉淀生成沉淀物物來制備粒度均勻納米來制備粒度均勻納米TiOTiO2 2粉體。粉體。水熱法水熱法 在在高溫高壓高溫高壓下一次完成，無需后期的晶化下一次完成，無需后期的晶化處理，所制得的處理，所制得的粉體粒度分布窄，團(tuán)聚程粉體粒度分布窄，團(tuán)聚程度低，成份純凈，而且制備過程污染小，度低，成份純凈，而且制備過程污染小，成本較低成本較低。 在加有聚四氟乙烯內(nèi)襯的筒式高壓釜中進(jìn)在加有聚四氟乙烯內(nèi)襯

21、的筒式高壓釜中進(jìn)行，前驅(qū)體可為氯化鈦、偏鈦酸及鈦酸丁行，前驅(qū)體可為氯化鈦、偏鈦酸及鈦酸丁脂等。脂等。微乳液法微乳液法 微乳液常含四種組分：表面活性劑、表面微乳液常含四種組分：表面活性劑、表面活性助劑、有機(jī)溶劑和水?；钚灾鷦?、有機(jī)溶劑和水。 微乳液法制備納米微乳液法制備納米TiOTiO2 2包括兩個(gè)過程：包括兩個(gè)過程： 第一步是微乳液的制備，將表面活性劑、助表第一步是微乳液的制備，將表面活性劑、助表面活性劑、溶劑混合或?qū)⒈砻婊钚詣?、溶劑混面活性劑、溶劑混合或?qū)⒈砻婊钚詣⑷軇┗旌希纬煞€(wěn)定的微乳液體系；合，形成穩(wěn)定的微乳液體系； 第二步是粒子的制備，將含不同水溶液的熱乳第二步是粒子的制備，將含不

22、同水溶液的熱乳液混合制取液混合制取TiOTiO2 2粉體。粉體。l微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心洗滌干燥 白色TiO2粉末16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正

23、己醇洗滌干燥 白色TiO2粉末混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己醇溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法溶膠溶膠- -凝膠法是目前應(yīng)用最多的一種制備凝膠法是目前應(yīng)用最多的一種制備+ +負(fù)載方法。負(fù)載方法。 以鈦酸酯類如以鈦酸酯類如Ti(OCTi(OC4 4H H9 9) )4 4等和無水乙醇為原料，加入少量等和無水乙醇為原料，加入少量水及不同種類的酸或有機(jī)聚合添加劑，經(jīng)攪拌、轉(zhuǎn)化制成水及不同種類的酸或有機(jī)聚合添加劑

24、，經(jīng)攪拌、轉(zhuǎn)化制成穩(wěn)定的穩(wěn)定的TiOTiO2 2溶膠。經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得溶膠。經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、鍛燒得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、鍛燒得納米納米TiOTiO2 2粒子。粒子。 具有具有操作相對簡單、反應(yīng)條件易于控制、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)操作相對簡單、反應(yīng)條件易于控制、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品純度高而且均勻品純度高而且均勻等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。l溶膠-凝膠法(Sol-Gel) (前驅(qū)體(TNB)混合液混合液均勻混合液均勻混合液均勻混合液均勻混合液黃色晶體黃色晶體鈦酸丁酯抑制劑加入總醇量2/3的醇 緩慢滴加 1/3醇+水?dāng)嚢璧渭欲}酸 測pH值真空干燥(ACAC，HAc)白色納米

25、白色納米TiO2粉末粉末 Sol-Gel 法制備法制備TiO2的工藝流程的工藝流程4.2.3 光催化反應(yīng)器光催化反應(yīng)器光催化反應(yīng)器的分類光催化反應(yīng)器的分類 光源不同光源不同 流態(tài)不同流態(tài)不同 聚光與否聚光與否 旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式 光學(xué)纖維束光學(xué)纖維束一、光源的不同一、光源的不同 紫外光：用于實(shí)驗(yàn)室研究，壽命短，易被紫外光：用于實(shí)驗(yàn)室研究，壽命短，易被廢水中粒子吸收紫外線，如汞燈、氙燈廢水中粒子吸收紫外線，如汞燈、氙燈 太陽光：節(jié)能，但太陽能的利用率低太陽光：節(jié)能，但太陽能的利用率低二、流態(tài)不同二、流態(tài)不同 懸浮型懸浮型 固定型（非填充式和填充式）固定型（非填充式和填充式） 流化床流化床懸浮型 TiO

26、TiO2 2粉末直接與廢水混合組成懸浮體系。粉末直接與廢水混合組成懸浮體系。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，能充分利用催化劑活結(jié)構(gòu)簡單，能充分利用催化劑活性性； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：l 存在固液分離問題，無法連續(xù)使用存在固液分離問題，無法連續(xù)使用l 易流失易流失1)1)懸浮粒子阻擋光輻射深度，懸浮粒子阻擋光輻射深度， TiOTiO2 2 =0.5mg/m=0.5mg/m3 3左右，反應(yīng)速度達(dá)到極限。左右，反應(yīng)速度達(dá)到極限。固定型TiOTiO2 2粉末噴涂在多孔玻璃、玻璃纖維或玻璃板上。粉末噴涂在多孔玻璃、玻璃纖維或玻璃板上。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： TiOTiO2 2不易流失，可連續(xù)使用不易流失，可連續(xù)使用. .缺點(diǎn)：缺

27、點(diǎn)：催化劑固定后降低了活性催化劑固定后降低了活性. .非填充式固定床型非填充式固定床型：以燒結(jié)或沉積法直接將光催化劑沉積在反應(yīng)器內(nèi)壁：以燒結(jié)或沉積法直接將光催化劑沉積在反應(yīng)器內(nèi)壁，部分光催化表面積與液相接觸。，部分光催化表面積與液相接觸。填充式固定床型填充式固定床型：燒結(jié)在載體上，然后填充到反應(yīng)器里，與非填充式固：燒結(jié)在載體上，然后填充到反應(yīng)器里，與非填充式固定床型相比，增大了光催化劑與液相接觸面積，克服了懸浮型固液定床型相比，增大了光催化劑與液相接觸面積，克服了懸浮型固液分離問題。分離問題。流化床負(fù)載了負(fù)載了TiOTiO2 2顆粒的載體，在反應(yīng)器中以顆粒的載體，在反應(yīng)器中以流化狀態(tài)存在，流化

28、狀態(tài)存在，優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：一方面可使催化劑顆粒多方位受到光照，一方面可使催化劑顆粒多方位受到光照，并且在懸浮擾動下可防止催化劑鈍化，提并且在懸浮擾動下可防止催化劑鈍化，提高催化劑利用效率；高催化劑利用效率；另一方面也解決了懸漿體系固液分離難的另一方面也解決了懸漿體系固液分離難的問題。問題。三、聚光不同 聚焦型聚焦型 非聚光型非聚光型雙薄層反應(yīng)器雙薄層反應(yīng)器平板式反應(yīng)器平板式反應(yīng)器淺池型光反應(yīng)器淺池型光反應(yīng)器聚焦型利用拋物槽鏡，將能透過紫外光線的玻璃管置于槽鏡的焦線上，使催化劑利用拋物槽鏡，將能透過紫外光線的玻璃管置于槽鏡的焦線上，使催化劑TiOTiO2 2與廢水混合通過玻璃管時(shí)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。（懸

29、浮型和固定型）與廢水混合通過玻璃管時(shí)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。（懸浮型和固定型）優(yōu)點(diǎn)：使日光光強(qiáng)度數(shù)十倍增加，從而使能量高的紫外輻射顯著提高。優(yōu)點(diǎn)：使日光光強(qiáng)度數(shù)十倍增加，從而使能量高的紫外輻射顯著提高。缺點(diǎn)：不能利用散射光能；量子效率較低；價(jià)格昂貴，不易推廣。缺點(diǎn)：不能利用散射光能；量子效率較低；價(jià)格昂貴，不易推廣。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器污水以湍流形式在通道中循環(huán)流動，粉末懸浮流速可達(dá)0.57m/s，水力條件好，催化劑分布均勻，不易沉淀。還能同時(shí)利用太陽光的直射和散射部分，具有較高光效率。缺點(diǎn)：催化劑的固液分離問題四、旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器 轉(zhuǎn)盤式轉(zhuǎn)盤式 圓筒式圓筒式轉(zhuǎn)盤式光催化反應(yīng)器負(fù)載在陶瓷球上的負(fù)載在陶瓷球上

30、的TiOTiO2 2催化劑催化劑粘在圓盤的兩面，圓盤一半浸粘在圓盤的兩面，圓盤一半浸在水中，另一半暴露于空氣中在水中，另一半暴露于空氣中。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，會帶起一部。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，會帶起一部分溶液并在圓盤上半部分形成分溶液并在圓盤上半部分形成液膜，這樣在催化劑和紫外光液膜，這樣在催化劑和紫外光的共同作用下，便發(fā)生化學(xué)反的共同作用下，便發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)。圓筒式旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器催化劑負(fù)載在圓筒內(nèi)壁，光源置于圓筒中間，溶液經(jīng)由導(dǎo)催化劑負(fù)載在圓筒內(nèi)壁，光源置于圓筒中間，溶液經(jīng)由導(dǎo)管進(jìn)入反應(yīng)器，并在旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)壁形成液膜，發(fā)生管進(jìn)入反應(yīng)器，并在旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)壁形成液膜，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)。 共同特

31、點(diǎn)：反應(yīng)器主體可以旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在共同特點(diǎn)：反應(yīng)器主體可以旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)器上形成液膜。旋轉(zhuǎn)器上形成液膜。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：解決了固液分離問題解決了固液分離問題。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：固定在器壁上的催化劑利用率低且固定在器壁上的催化劑利用率低且容易鈍化容易鈍化。四、旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器五、光學(xué)纖維束光催化反應(yīng)器反應(yīng)器內(nèi)有反應(yīng)器內(nèi)有1.2m1.2m長的光學(xué)纖維束，包含長的光學(xué)纖維束，包含7272根根1mm1mm粗的石英光學(xué)材料，每根光學(xué)纖維表面粗的石英光學(xué)材料，每根光學(xué)纖維表面負(fù)載了一層負(fù)載了一層TiOTiO2 2膜，反應(yīng)在水表面進(jìn)行。膜，反應(yīng)在水表面進(jìn)行。 優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)光、水、催化劑三相接觸光、

32、水、催化劑三相接觸面積大面積大，反應(yīng)效率高?？赏ㄟ^增加光學(xué)纖，反應(yīng)效率高。可通過增加光學(xué)纖維數(shù)量提高反應(yīng)器的三相接觸面積，避免維數(shù)量提高反應(yīng)器的三相接觸面積，避免了其它反應(yīng)器所具有的諸如占地面積大、了其它反應(yīng)器所具有的諸如占地面積大、有效反應(yīng)體積小等缺點(diǎn)。有效反應(yīng)體積小等缺點(diǎn)。 缺點(diǎn)：光學(xué)纖維及其輔助設(shè)備造價(jià)太高，缺點(diǎn)：光學(xué)纖維及其輔助設(shè)備造價(jià)太高，限制該反應(yīng)器的推廣應(yīng)用。限制該反應(yīng)器的推廣應(yīng)用。催化劑催化劑外加氧化劑外加氧化劑有機(jī)物濃度有機(jī)物濃度pH鹽鹽光強(qiáng)與光源光強(qiáng)與光源4.2.4 TiO4.2.4 TiO2 2光催化氧化反應(yīng)的影響因素光催化氧化反應(yīng)的影響因素TiO2光催化氧化反應(yīng)光催化氧

33、化反應(yīng)溫度溫度1. 1. 催化劑催化劑TiO2晶體結(jié)構(gòu)的影響晶體結(jié)構(gòu)的影響 在在 TiO2的三種晶型銳鈦礦、金紅石和板鈦礦中，銳鈦礦表現(xiàn)的三種晶型銳鈦礦、金紅石和板鈦礦中，銳鈦礦表現(xiàn)出較高的活性，原因如下：出較高的活性，原因如下：lTiO2表面結(jié)構(gòu)的影響 光催化過程主要在催化劑表面發(fā)生，對于單純的TiO2光催化劑，影響其光催化劑，影響其光催化活性的表面性質(zhì)如下： l催化劑顆粒直徑的影響催化劑顆粒直徑的影響 催化劑粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多，比表面積越催化劑粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多，比表面積越大，催化活性越高；但比表面積的增大，意味著復(fù)合中心的增多，大，催化活性越高；但比表

34、面積的增大，意味著復(fù)合中心的增多，如果當(dāng)復(fù)合反應(yīng)起主導(dǎo)作用的時(shí)候，粒徑的減小會導(dǎo)致活性的降低如果當(dāng)復(fù)合反應(yīng)起主導(dǎo)作用的時(shí)候，粒徑的減小會導(dǎo)致活性的降低 當(dāng)粒徑在當(dāng)粒徑在110nm級時(shí)會產(chǎn)生量子效應(yīng)級時(shí)會產(chǎn)生量子效應(yīng)半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子空穴對的氧空穴對的氧化能力增強(qiáng)化能力增強(qiáng)半導(dǎo)體電荷遷移速率增加，電子與空穴的半導(dǎo)體電荷遷移速率增加，電子與空穴的復(fù)合幾率降低復(fù)合幾率降低活性增大活性增大l2.溶液溶液pH值的影響值的影響TiO2在水中的零電點(diǎn)（電荷為零的點(diǎn)）為在水中的零電點(diǎn)（電荷為零的點(diǎn)）為pH=6.25當(dāng)溶液當(dāng)溶液pHpH值較低時(shí)，值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正電

35、表面質(zhì)子化，帶正電荷，有利于光生電子向表面遷移荷，有利于光生電子向表面遷移當(dāng)溶液當(dāng)溶液pH值較高時(shí)，由于值較高時(shí)，由于OH-的存在，的存在，TiO2表表面帶負(fù)電荷，有利于光生空穴向表面遷移面帶負(fù)電荷，有利于光生空穴向表面遷移對于不同的物質(zhì)光催化降解有不同的最佳pH值，而且對于降解的影響非常顯著實(shí)踐證明，在pH=39時(shí)，TiO2通常具有較好的催化活性 1.當(dāng)氧的分壓較高（如當(dāng)氧的分壓較高（如PO2=101325Pa），底物），底物S的濃度較低時(shí)，溫度對的濃度較低時(shí)，溫度對催化劑表面氧的吸附數(shù)量影響不大，溫度效應(yīng)取決于溫度對有機(jī)物氧化速催化劑表面氧的吸附數(shù)量影響不大，溫度效應(yīng)取決于溫度對有機(jī)物氧化

36、速率的影響率的影響 2.當(dāng)氧的分壓較低（如當(dāng)氧的分壓較低（如PO2 5066.25Pa），底物），底物S的濃度較高（大于的濃度較高（大于10-3mol/dm-3)時(shí)。溫度效應(yīng)取決于溫度對有機(jī)底物和氧吸附性能的影響時(shí)。溫度效應(yīng)取決于溫度對有機(jī)底物和氧吸附性能的影響3.溫度的影響溫度的影響 紫外光提供了催化劑中電子激發(fā)躍遷所需要的光子能紫外光提供了催化劑中電子激發(fā)躍遷所需要的光子能量，光子能量與波長以及整個(gè)催化過程中光的強(qiáng)度有關(guān)，量，光子能量與波長以及整個(gè)催化過程中光的強(qiáng)度有關(guān)，所以，光強(qiáng)和波長對光催化氧化的影響很重要。所以，光強(qiáng)和波長對光催化氧化的影響很重要。 5.5.外加氧化劑外加氧化劑 外加

37、氧化劑能提高光催化氧化的速率和效率。外加氧化劑能提高光催化氧化的速率和效率。 4.光強(qiáng)與波長光強(qiáng)與波長水中的溶解性鹽類對光催化降解有機(jī)物的影響是復(fù)雜的水中的溶解性鹽類對光催化降解有機(jī)物的影響是復(fù)雜的，它與鹽的種類有關(guān)，可能既存在競爭性吸附又存在競，它與鹽的種類有關(guān)，可能既存在競爭性吸附又存在競爭性反應(yīng)，并與反應(yīng)的具體條件（如濃度、催化劑性狀爭性反應(yīng)，并與反應(yīng)的具體條件（如濃度、催化劑性狀等）有關(guān)。等）有關(guān)。 6.鹽鹽7. 有機(jī)物濃度的影響有機(jī)物濃度的影響 在低濃度下反應(yīng)速率與有機(jī)物濃度成正比。隨著濃度在低濃度下反應(yīng)速率與有機(jī)物濃度成正比。隨著濃度的升高，反應(yīng)速率與濃度不再呈線性關(guān)系，而在某一高

38、濃的升高，反應(yīng)速率與濃度不再呈線性關(guān)系，而在某一高濃度范圍反應(yīng)速率與濃度無關(guān)。度范圍反應(yīng)速率與濃度無關(guān)。 改進(jìn)催化改進(jìn)催化劑的制備方法劑的制備方法途徑途徑TiOTiO2 2改改性的研究性的研究納米級納米級TiO2材料的材料的研制研制4.2.5 4.2.5 提高提高TiOTiO2 2光催化性能的途光催化性能的途徑徑催化劑的電子催化劑的電子-空穴空穴量子效率偏低量子效率偏低 氧化劑選擇吸附性氧化劑選擇吸附性能差能差 光譜響應(yīng)范圍窄光譜響應(yīng)范圍窄, 太太陽能有效利用率低陽能有效利用率低固定化條件苛刻催化劑存在的問題 TiO2改性的研究u貴金屬沉積貴金屬沉積u復(fù)合半導(dǎo)體復(fù)合半導(dǎo)體u離子摻雜修飾離子摻雜

39、修飾u表面光敏化表面光敏化 u表面還原處理表面還原處理u表面鰲合及衍生作用表面鰲合及衍生作用u超強(qiáng)酸化超強(qiáng)酸化l貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能 光生電子在Ag島上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面遷移，這樣行成的微電池促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，提高了光催化效率。 將將TiOTiO2 2與其它半導(dǎo)體化合物復(fù)合，形成復(fù)合與其它半導(dǎo)體化合物復(fù)合，形成復(fù)合型半導(dǎo)體，改變其光譜響應(yīng)，可有效提高型半導(dǎo)體，改變其光譜響應(yīng)，可有效提高降解廢水中有機(jī)物的效率。降解廢水中有機(jī)物的效率。 其修飾方法包括：其修飾方法包括： 簡單的組合、簡單的組合、 摻雜、摻雜、 多層結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu) 異相組合；等。異相組合；等

40、。 復(fù)合半導(dǎo)體復(fù)合半導(dǎo)體l復(fù)合半導(dǎo)體 偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖 SnO2TiO2電子轉(zhuǎn)移過程示意圖 包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖hvSnO2hvCBVBVBTiO2AA+SnO2TiO2電子轉(zhuǎn)移示意圖 在在TiOTiO2 2中摻入一定量的非金屬、金屬離子中摻入一定量的非金屬、金屬離子，在光照作用下，摻雜引起的電子躍遷的，在光照作用下，摻雜引起的電子躍遷的能量要小于禁帶寬度能量要小于禁帶寬度3.2 eV3.2 eV，光譜響應(yīng)向，光譜響應(yīng)向可見光方向移動，光催化活性提高?？梢姽夥较蛞苿樱獯呋钚蕴岣摺?摻雜離子法摻雜離子法l離子

41、摻雜修飾 摻雜離子提高摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以下幾個(gè)方面：光催化效率的機(jī)制可以概括為以下幾個(gè)方面： 氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu) l表面光敏化 S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一 光敏化的作用機(jī)理敏化劑激發(fā)后電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移給受體催化劑再生l表面還原處理一方面，隨著一方面，隨著TiO2表面表面Ti3+位的增多，位的增多，TiO2的費(fèi)米能的費(fèi)米能級升高，界面勢壘增大，減少了電子在表面的積累及級升高，界面勢壘增大，減少了電子在表面的積累及與空穴的進(jìn)一步復(fù)合與空穴的進(jìn)一步復(fù)合另一方面，在另一方面，在TiO2表面，表面，Ti3+通過吸附分子氧，也形成通過吸附分子氧，也

42、形成了捕獲光生電子的部位了捕獲光生電子的部位 對于對于TiO2光催化反應(yīng)，電子向分子氧的轉(zhuǎn)移是光催化氧化反光催化反應(yīng)，電子向分子氧的轉(zhuǎn)移是光催化氧化反應(yīng)的速度限制步驟，故表面應(yīng)的速度限制步驟，故表面Ti3+數(shù)量越多，越有利于電子向分子氧數(shù)量越多，越有利于電子向分子氧的轉(zhuǎn)移。的轉(zhuǎn)移。l表面螯合及衍生作用 表面衍生作用及金屬氧化表面衍生作用及金屬氧化 物在物在TiO2表面的螯合可進(jìn)一步改善界面電子表面的螯合可進(jìn)一步改善界面電子傳遞效果，進(jìn)而影響傳遞效果，進(jìn)而影響TiO2光催化活性。光催化活性。1.可有效延長光生電子可有效延長光生電子-空穴的復(fù)合空穴的復(fù)合時(shí)間。時(shí)間。2.能造成光催化劑能造成光催化劑

43、TiO2的導(dǎo)帶向更負(fù)方向移動。的導(dǎo)帶向更負(fù)方向移動。l超強(qiáng)酸化超強(qiáng)酸化 增強(qiáng)催化劑表面酸性是提高光催化效率的一條新途徑。增強(qiáng)催化劑表面酸性是提高光催化效率的一條新途徑。 一方面，通過二氧化鈦的一方面，通過二氧化鈦的SO42-表面修飾（超強(qiáng)酸化），是催化劑結(jié)構(gòu)明表面修飾（超強(qiáng)酸化），是催化劑結(jié)構(gòu)明顯改善，有效地抑制了晶相轉(zhuǎn)變，使得具有高光催化本證活性的銳鈦礦含量顯改善，有效地抑制了晶相轉(zhuǎn)變，使得具有高光催化本證活性的銳鈦礦含量增加、晶粒度變小、比表面積增大、表面氧缺陷位增加。增加、晶粒度變小、比表面積增大、表面氧缺陷位增加。 另一方面，另一方面，SO42-/TiO2超強(qiáng)酸催化劑表面由于受到超強(qiáng)酸

44、催化劑表面由于受到SO42-誘導(dǎo)的相鄰誘導(dǎo)的相鄰L酸中酸中心和心和B酸中心組成了基團(tuán)協(xié)同作用的超強(qiáng)酸中心增大了表面酸量及氧的吸附酸中心組成了基團(tuán)協(xié)同作用的超強(qiáng)酸中心增大了表面酸量及氧的吸附量。量。4.3 TiO2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 TiOTiO2 2是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的光催化劑，具有是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的光催化劑，具有高活性、高活性、高化學(xué)穩(wěn)定性和無二次污染等高化學(xué)穩(wěn)定性和無二次污染等，當(dāng)前，納米，當(dāng)前，納米TiOTiO2 2光催化的光催化的應(yīng)用主要用于：應(yīng)用主要用于： 分解有機(jī)物分解有機(jī)物 貴金屬回收貴金屬回收 對廢水中有機(jī)污染物、空氣中對廢水中有機(jī)污染物、空氣中

45、NOxNOx、有機(jī)烴等有害物質(zhì)進(jìn)行催化、有機(jī)烴等有害物質(zhì)進(jìn)行催化、氧化、分解來凈化水和空氣。氧化、分解來凈化水和空氣。 氧化分解微生物、細(xì)菌等成水和二氧化碳，起到滅菌，除臭、防氧化分解微生物、細(xì)菌等成水和二氧化碳，起到滅菌，除臭、防污、自潔，即被稱為污、自潔，即被稱為“光潔凈革命光潔凈革命” 。TiO2能有效地將廢水中的有機(jī)物降能有效地將廢水中的有機(jī)物降解為解為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無機(jī)化目的。機(jī)化目的。 許多無機(jī)物在許多無機(jī)物在TiO2表面也具有光化表面也具有光化學(xué)活性，利用學(xué)活性，利用TiO2催化劑的

46、強(qiáng)氧化催化劑的強(qiáng)氧化還原能力，可以將污水中汞、鉻、還原能力，可以將污水中汞、鉻、鉛及其氧化物等降解。鉛及其氧化物等降解。 TiO2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用飲用水處理 目前，我國樓房自來水供水系統(tǒng)一般采用目前，我國樓房自來水供水系統(tǒng)一般采用水泵加水箱或儲水池組成，若維護(hù)不當(dāng)常水泵加水箱或儲水池組成，若維護(hù)不當(dāng)常會導(dǎo)致水中細(xì)菌含量過高。此外，在自來會導(dǎo)致水中細(xì)菌含量過高。此外，在自來水中已鑒定出水中已鑒定出20002000多種有機(jī)物，其中有的多種有機(jī)物，其中有的是致癌的或可疑致癌的物質(zhì)。是致癌的或可疑致癌的物質(zhì)。 TiOTiO2 2光催化能夠有效地殺滅大腸桿菌、綠膿光催化能夠有效地殺滅大腸桿菌、綠膿桿

47、菌等，殺菌效果達(dá)桿菌等，殺菌效果達(dá)99%99%以上。另外，這個(gè)以上。另外，這個(gè)方法同時(shí)能夠去除水中的異味和有機(jī)污染方法同時(shí)能夠去除水中的異味和有機(jī)污染物的臭氣，提高飲用水的質(zhì)量和口感。物的臭氣，提高飲用水的質(zhì)量和口感。印染廢水回用 采用臭氧采用臭氧光催化耦合技術(shù)開發(fā)出成套處理設(shè)備。該反應(yīng)光催化耦合技術(shù)開發(fā)出成套處理設(shè)備。該反應(yīng)器已在器已在100m100m3 3/d/d規(guī)模印染廢水回用規(guī)模印染廢水回用的生產(chǎn)性試驗(yàn)中取得了的生產(chǎn)性試驗(yàn)中取得了良好處理效果。良好處理效果。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單合理，兼具優(yōu)化光輻照范圍和傳質(zhì)效果，保證了處理效結(jié)構(gòu)簡單合理，兼具優(yōu)化光輻照范圍和傳質(zhì)效果，保證了處理效果

48、。果。 操作靈活，可根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)和出水要求，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，有操作靈活，可根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)和出水要求，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，有效降低了運(yùn)行費(fèi)用。效降低了運(yùn)行費(fèi)用。 流程簡潔，占地面積小。流程簡潔，占地面積小。 特別適用于難生物降解有機(jī)廢水的深度處理，如，印染廢水，有特別適用于難生物降解有機(jī)廢水的深度處理，如，印染廢水，有機(jī)農(nóng)藥廢水，有機(jī)鹵化物廢水等。機(jī)農(nóng)藥廢水，有機(jī)鹵化物廢水等。反應(yīng)器形式流程現(xiàn)場空氣凈化技術(shù) 室內(nèi)有害氣體主要來自裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境室內(nèi)有害氣體主要來自裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等。利用中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等。利用TiOTiO2 2的

49、光催化作的光催化作用，將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解、氧化，從而使這些用，將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解、氧化，從而使這些物質(zhì)降解或除去。物質(zhì)降解或除去。 納米納米TiOTiO2 2光催化及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于光催化及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于新型光催化新型光催化空氣凈化機(jī)空氣凈化機(jī)，對甲醛，對甲醛(HCHO)(HCHO)、苯和總揮發(fā)性有機(jī)物、苯和總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)(TVOC)等有害物質(zhì)降解率均達(dá)到等有害物質(zhì)降解率均達(dá)到90%90%以上，以上， 可應(yīng)用在煙氣污染凈可應(yīng)用在煙氣污染凈化、裝修污染治理等領(lǐng)域?；?、裝修污染治理等領(lǐng)域?？咕牧?利用抗菌性利用抗菌性TiOTiO2 2的抗菌、防污、除

50、臭功能制備的抗菌建的抗菌、防污、除臭功能制備的抗菌建材、抗菌涂料不僅能將房間內(nèi)新建材、粘結(jié)劑等產(chǎn)生的甲材、抗菌涂料不僅能將房間內(nèi)新建材、粘結(jié)劑等產(chǎn)生的甲醛、吸煙產(chǎn)生的乙醛、家庭灰塵產(chǎn)生的乙硫醇等有機(jī)異臭醛、吸煙產(chǎn)生的乙醛、家庭灰塵產(chǎn)生的乙硫醇等有機(jī)異臭在紫外線下照射分解而消除掉，還能分解油分和有機(jī)表面在紫外線下照射分解而消除掉，還能分解油分和有機(jī)表面污染。污染。 韓國的賽拉米克公司與慶南大學(xué)合作，共同研制成功了抗菌瓷磚韓國的賽拉米克公司與慶南大學(xué)合作，共同研制成功了抗菌瓷磚。它是將能起光催化作用的。它是將能起光催化作用的TiOTiO2 2與銀、銅等離子混合，加入到瓷與銀、銅等離子混合，加入到瓷

51、磚原料和釉料中，即使在弱光照射下也能產(chǎn)生強(qiáng)大的氧化力，使磚原料和釉料中，即使在弱光照射下也能產(chǎn)生強(qiáng)大的氧化力，使細(xì)菌、霉菌和有機(jī)物等分解，凈化環(huán)境。細(xì)菌、霉菌和有機(jī)物等分解，凈化環(huán)境。衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用TiO2光催化劑殺菌的特點(diǎn)使某些癌細(xì)胞失活使某些癌細(xì)胞失活 TiO2表面修飾血卟啉（表面修飾血卟啉（Hp，hematioporphyrin），通過有選擇地局部或），通過有選擇地局部或局域注射微粒到瘤內(nèi)，隨后用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)紫外光集中照射瘤組織體，光激局域注射微粒到瘤內(nèi)，隨后用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)紫外光集中照射瘤組織體，光激發(fā)發(fā)TiO2顆粒表面生成強(qiáng)活性的反應(yīng)氧類（顆粒表面生成強(qiáng)活性的反應(yīng)氧類（OH和和H2

52、O2）直接滲透進(jìn)入瘤組織）直接滲透進(jìn)入瘤組織體，而殺死瘤組織體內(nèi)的惡性細(xì)胞體，而殺死瘤組織體內(nèi)的惡性細(xì)胞TiO2粉體癌細(xì)胞 光纖人眼紫外光Fujishaima 等設(shè)計(jì)的癌細(xì)胞光催化殺滅治療裝置等設(shè)計(jì)的癌細(xì)胞光催化殺滅治療裝置光照前 光照后在小鼠的癌變部位注入納米在小鼠的癌變部位注入納米TiO2防結(jié)霧和自清潔涂層方面的應(yīng)用防結(jié)霧和自清潔涂層方面的應(yīng)用l 在紫外光照射下，水在氧化在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤。因此，在鈦薄膜上完全浸潤。因此，在浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡等表面涂覆一層氧化鈦可以起等表面涂覆一層氧化鈦可以起到防結(jié)霧的作用到防結(jié)霧的作用 防霧作用l在

53、窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽光照射下產(chǎn)生的的強(qiáng)氧化覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽光照射下產(chǎn)生的的強(qiáng)氧化能力和超親水性，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔。能力和超親水性，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔。TiO2薄膜薄膜有機(jī)污垢有機(jī)污垢無機(jī)污垢無機(jī)污垢CO2 H2O防曬油、化妝品的應(yīng)用防曬油、化妝品的應(yīng)用 太陽光包含光的各種波長，有可見光、紅外光、和紫外光。對人體太陽光包含光的各種波長，有可見光、紅外光、和紫外光。對人體傷害的是紫外光傷害的是紫外光, 300400nm之間。所以在防曬油、化妝品中加入納米之間。

54、所以在防曬油、化妝品中加入納米TiO2，一定粒度的銳鈦礦型，一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高，達(dá)到細(xì)膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高，達(dá)到保護(hù)皮膚的目的。顆粒不能太大或太小，一般保護(hù)皮膚的目的。顆粒不能太大或太小，一般40 nm, 太大起不到吸收作太大起不到吸收作用，太小會堵塞毛孔用，太小會堵塞毛孔,影響健康。影響健康。納米納米TiO2作為隱形材料的應(yīng)用作為隱形材料的應(yīng)用 由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用； 另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大34