光催化降解有機(jī)污染物進(jìn)展

1、光催化及其對(duì)有機(jī)污染物的降解主講人：幾米主要內(nèi)容研究背景光催化氧化降解機(jī)理光催化降解的催化劑光催化降解實(shí)例結(jié)論研究背景有機(jī)污染物廣泛地存在于水、土壤和大氣環(huán)境中，這些有機(jī)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”。工業(yè)上去除有機(jī)物的方法有吸附浩、生化法和混凝沉降法等。光催化降解法始于1972年,是近三十年發(fā)展起來的污水處理新方法。自70年代末開始，利用光催化降解處理各類污染物廢水的研究已有大量的報(bào)導(dǎo)，光催化降解法可以有效地降解多種有機(jī)污染物并將多種有機(jī)物全部礦化為CO“H2?；蚨拘暂^小的有機(jī)物.能徹底破壞有機(jī)物，達(dá)到無害處理的

2、要求。光催化氧化降解機(jī)理光催化氧化的機(jī)理主要是自由基反應(yīng)，而體系產(chǎn)生的活性中間體出。?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H20?產(chǎn)生輕基自由基H2O2-20HH2O2+O2OH+OH-+。2H2O2+eOH+OH-光催化體系中的有機(jī)物在0H作用下，發(fā)生臨齧臨囂由基鏈反應(yīng)而使有機(jī)光催化降解的催化劑主要的光催化劑類型：金屬氧化物或硫化物光催化劑（2）分子篩光催化劑有機(jī)物光催化劑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TiOZnO、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，

3、但容易發(fā)生光腐蝕，使用壽命有限。TiO?具有催化能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究和應(yīng)用最廣泛的光催化劑。為提高金屬氧化物或硫化物光催化劑的催化性能可對(duì)其進(jìn)行修飾改性：表面修飾的光催化劑：表面修飾的方式主要有沉積貴金屬、摻雜過渡金屬離子【5和半導(dǎo)體的復(fù)合等。納米材料光催化劑:當(dāng)催化劑粒度在lOnm時(shí)，呈現(xiàn)納米材料的表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，催化活性提高。納米催化劑還具有可見光透過性好、光吸收能力強(qiáng)、耐熱性好、耐腐蝕和無毒等優(yōu)點(diǎn)。負(fù)載型光催化劑：負(fù)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(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定操作。負(fù)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(fù)

4、載于載體上。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(tuán)，與光催化劑間進(jìn)行化學(xué)初理作用的過程。如將微波輻射技術(shù)用于制備固體超強(qiáng)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)的量子效率大大提咼。分子篩光催化劑分子篩是一種高效、高選擇性的光催化劑載稀，左分子篩的納米微孔反應(yīng)場里有一$殳催化系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的光催化性能。Zhang拿報(bào)道了TiMCM-41和TiMCM48中孔分子篩對(duì)CO?在HQ中還原的光催化作用，由于MCM-41具宥的大比表商積而使其光催化活性有所

5、提高。鄭珊等研究了負(fù)載納米金屬Pd的MCMTiQ光催化劑，認(rèn)為沉積在介孔孔道中TiO,表面的納米Pd有良女子的哌1j攵電子佐甬，可有效減少丸生直子和空穴俞表面復(fù)合，改善光催花性能。有機(jī)物光催化劑嚇卩林類化合物光催化劑：具有共轆雙鍵大環(huán)的嚇琳類化合物在適當(dāng)?shù)臈l件下可傳遞電子，或經(jīng)光照激發(fā)岀電子。金星龍等報(bào)道,高分子金屬口卜卩林具有很高的光敏性,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。金屬酉太菁類化合物光催化劑：酉太菁類化合物是一種重要的催化劑，它主要用于催化有機(jī)反應(yīng)。金屬酉太菁類化合物作為光催化齊I，在可見光下對(duì)于有機(jī)化合

6、物如水楊酸、對(duì)輕基苯甲酸、羅丹明B、硫代羅丹明B和結(jié)晶紫等都能進(jìn)行有效的光催化降解。光催化降解實(shí)例納米TiO?光催化降解有機(jī)污染物雜多酸光催化降解有機(jī)污染物多金屬氧酸鹽光催化降解水中有機(jī)污染物納米TiO?光催化降解有機(jī)污染物納米TiO?是一種環(huán)保型多相半導(dǎo)體光催化劑，主要用于中低濃度廢水處理、小空間空氣凈化、材料表面自清潔、重金屬回收等領(lǐng)域,與傳統(tǒng)除污工藝相比，具有無毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性咼、見效快、能耗低、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，是近年來半導(dǎo)體材料用于環(huán)保領(lǐng)域中研究最多、最具發(fā)展前景的高新技術(shù)材料之一。納米TiO?光催化劑應(yīng)用水環(huán)境有機(jī)污染物的去除水環(huán)境有機(jī)污染物種類繁多，以酚類、鹵代坯、芳

7、炷及其衍生物、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Ti08可以有效地降解多種有機(jī)污染物并將多種有機(jī)物全部或部分礦化為C0“H20或毒性較小的有機(jī)物小空間空氣凈化利用TiO?可以降解大部分氣相有機(jī)污染物。如甲苯蒸汽可使人頭痛、惡心，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用，o田地等利用碳黑改性鋁材負(fù)載Ti02降解甲苯蒸汽，降解率達(dá)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Tit)?降解汽油蒸汽，蒸汽中的7種有機(jī)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

8、裝飾物表面，也可將TiO?摻和于混凝土中使用，甚至直接應(yīng)用到污染源上。張悠金口0等將納米TiO?加入到卷煙煙嘴中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙焦油和尼古丁的截留（截留率28.14%45.13%）5這對(duì)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(duì)TiO?處理大氣有機(jī)污染物的研究多以有限的半封閉/封閉空間為主，對(duì)大空間的研究較少，關(guān)鍵在于對(duì)TiO?高催化性及長效性的研發(fā)，以利于降低處理成本。材料表面抗菌抗蝕與自潔凈利用TiO?對(duì)細(xì)菌細(xì)胞有機(jī)物質(zhì)的光催化降解作用，可達(dá)到破壞細(xì)菌的生理結(jié)構(gòu)，殺菌消毒的目的。對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的試驗(yàn)表明卩，日光照射60min,殺菌率能達(dá)到75%以上。如果將TiO

9、?鍍于金屬表面,那么由于費(fèi)米能級(jí)差的存在，電子將移向金屬，從而起到保護(hù)金屬免遭氧化的作用。汪銘等將摻銀TiO2薄膜涂覆于不銹鋼基板上,在獲得耐蝕性提高的同時(shí)，不銹鋼表面抗菌率也始終大于90%o利用TiO?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(shí)現(xiàn)完全自清潔或最大限度減少清潔周期和降低清潔強(qiáng)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,TiO?在抗菌抗蝕與自清潔方面的應(yīng)用前景是廣闊的。雜多酸光催化降解有機(jī)污染物雜多酸是一類由中心原子（即雜原子，如P、Si等）和配

10、位原子（即多原子，女口Mo、W等）通過氧原子橋聯(lián)方式進(jìn)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(diǎn)。雜多酸是一種寬禁帶材料，可通過自氧化和輕基自由基的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的降解作用。雜多酸對(duì)有機(jī)染料的光解作用雜多酸光催化用于有機(jī)染料降解的研究較為活躍，且多以甲基橙為模擬底物王玲研究了紫外燈照射下磷鉤酸對(duì)甲基橙的光催化降解，驗(yàn)證磷鴇酸加入量300mg/1OOmL、pH=2.5時(shí)，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鴇酸對(duì)甲基橙溶液的光催化脫色性能，在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，甲基橙溶液的脫色率可達(dá)95.19%o雜多酸對(duì)酚類物質(zhì)的光解作用酚

11、類物質(zhì)多屬于環(huán)境持久性有機(jī)毒物，具有環(huán)境中長滯留性和高生物毒性的特點(diǎn)，是環(huán)境治理的難點(diǎn)之一。雜多酸對(duì)酚類物質(zhì)光解作用的研究對(duì)保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康意義重大。雜多酸光催化降解有機(jī)鹵化物氯代有機(jī)物作為一種重要的化工原料、有機(jī)溶劑和中間體被廣泛使用，導(dǎo)致含氯有機(jī)物大量排放,很多工業(yè)廢水中氯代有機(jī)物嚴(yán)重超標(biāo)。如H4SiW12O40均相光催化、紫外-可見7t/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】。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(jià)值。雜多酸光催化降解其他有機(jī)污染物室內(nèi)空

12、氣污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)人體健康的危害已引起了人們的強(qiáng)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。鄧謙冏等以濕法浸漬修飾TiO?制備了PWCO/TQ?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(shí),H3PW12O40與TiO?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(dá)100%o結(jié)論光催化反應(yīng)可對(duì)污水中的農(nóng)藥、染料等污染物進(jìn)行降解，還能夠處理多種有害氣體如甲醛等。光催化反應(yīng)在化工、能源及環(huán)境等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。總之，光催化降

13、解技術(shù)作為一種極具前途的污染物處理技術(shù)，在基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用方面還有待于深入研究、探索并進(jìn)一步完善。參考文獻(xiàn)趙彥巧，張繼炎，陳吉祥光催化反應(yīng)與應(yīng)用研究進(jìn)展(化學(xué)工業(yè)與工程),2004,21(3)黃進(jìn)，王斌光催化氧化降解水中有機(jī)污染物技術(shù)綜述J重慶環(huán)境科學(xué)，2001,23(5):3034.李寧，李光明，趙建夫光催化氧化降解水中有機(jī)污染物的研究進(jìn)展韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004,24(12)張虎勤，陳開勛，金振聲.Pt/CdS光催化劑表面修飾和表面結(jié)構(gòu)J.應(yīng)用化學(xué)，1997,14(1)：98100.尚華美，邱劍勛，王承遇，等.光催化納米CdS復(fù)合TiO薄膜的表面形貌及太陽光光催化性能J玻璃與搪瓷，2002,30(3)：1820,35.陳金毅，劉小玲，李閶輪，等.納米氧化亞銅可見光催化分解亞甲基藍(lán)J華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,36(2)：200203劉延湘，涂平，劉軍.負(fù)載型TiO,:Fe“處理有機(jī)污染水J北化工，2002(1)：1415黃慧莉，黃妙良，蔡婀娜等(應(yīng)用化學(xué),2002,19(1):48.張悠金，楊俊，李婉等化學(xué)研究與應(yīng)用，2001,13(6):709.王煒，程為.大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(J.Dal