光催化氧化技術(shù)

關(guān)于光催化氧化技術(shù)第一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日什么是光催化?◎概括說(shuō)來(lái)，就是光催化劑在光的作用下發(fā)生催化作用?！蚬獯呋瘎阂环N在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。利用光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，產(chǎn)生催化作用，使周圍的氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由基或負(fù)離子。◎光催化劑在光照條件（可以是不同波長(zhǎng)的光照）下所起到催化作用的化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為光催化反應(yīng)。◎光催化一般是多種相態(tài)之間的催化反應(yīng)。第二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化氧化◎均相光催化氧化◎非均相光催化氧化第三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法一、Fenton試劑◎Fenton試劑：Fe2+和H2O2的組合。◎已有100多年的應(yīng)用歷史，在精細(xì)化工、藥學(xué)化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境污染治理等方面都有應(yīng)用?！?964年，Eisenhouser首次使用Fenton試劑處理苯酚及烷基苯廢水?！騀enton試劑在廢水處理中主要用于去除COD、色度和泡沫等。第四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法二、Fenton氧化機(jī)理Fe2++H2O2→·OH+OH－+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++·HO2+H+操作條件：pH=3~5三、Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用——單獨(dú)作為一種處理方法氧化有機(jī)廢水——與其他技術(shù)聯(lián)用，如混凝沉降法、活性炭法、生物法、UV第五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日UV/Fenton反應(yīng)體系均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法UV/Fenton法及反應(yīng)機(jī)理第六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日UV/Fenton的優(yōu)點(diǎn)◎降低Fe2+的用量，保持H2O2較高的利用率?！?/p>

UV和Fe2+對(duì)H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng)，即：·OH的生成速率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)Fenton法和紫外催化H2O2分解速率的簡(jiǎn)單加和。均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法第七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日影響UV/Fenton反應(yīng)的因素有機(jī)物濃度：污染物的去除率均隨其起始濃度的增加而降低。Fe2+濃度：Fe2+濃度過(guò)多，不利于·OH的生成而使得反應(yīng)速率降低；Fe2+過(guò)低不利于H2O2分解為·OH。維持適當(dāng)?shù)腇e2+濃度。H2O2濃度：在維持其他反應(yīng)條件不變的前提下，增大H2O2投加濃度或投加量可以提高反應(yīng)速率。均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法第八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日4.載氣：氮?dú)?、空氣和氧氣三種載氣的比較，氧氣作為載氣效果最好。5.pH值和溫度：溫度影響不大；pH值控制在6以下。6.反應(yīng)時(shí)間：取決于諸多因素，最顯著的是催化劑劑量和廢水負(fù)荷。7.光源：照射劑量越大，對(duì)有機(jī)物的礦化效果越好。均相光催化氧化——UV/Fenton試劑法第九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日非均相光催化氧化技術(shù)——TiO2光催化氧化技術(shù)第十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日非均相光催化技術(shù)的發(fā)展概況1972年，F(xiàn)ujishima和Honda在半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光催化分解作用，從而開(kāi)辟了半導(dǎo)體光催化這一新的領(lǐng)域。1977年，Yokota等發(fā)現(xiàn)在光照條件下,TiO2對(duì)丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化的應(yīng)用范圍，為有機(jī)物氧化反應(yīng)提供了一條新的思路。近三十多年來(lái)，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(guó)際上最活躍的研究領(lǐng)域之一。第十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日有機(jī)物催化劑光源光降解產(chǎn)物烴：脂肪烴、芳香烴TiO2紫外CO2、H2鹵代物：鹵代烷烴、烯烴、脂肪酸鹵代芳香族化合物TiO2紫外HCl、CO2羧酸：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、乙酰丙酸TiO2紫外CO、H2烷、烴、醇表面活性劑：DBS、SDS、BS、4-氯酚Fe2O3、ZnO、TiO2等日光燈CO2、HCl、SO32-染料：酸性紅、直接耐酸大紅、活性艷紅、酸性艷藍(lán)、陽(yáng)離子艷紅TiO2紫外CO2、H2O、無(wú)機(jī)離子等含氮有機(jī)物：磷酸四丁基銨、阿特拉津、苯丙氨酸TiO2紫外CO32-、NO3-、NH4+等有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑：DDVP、DEPTiO2紫外Cl-、PO43-、CO2不同類型有機(jī)物的光催化降解第十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日◎TiO2光催化氧化的原理◎

光催化劑◎光催化反應(yīng)器◎TiO2光催化技術(shù)的應(yīng)用◎展望第十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化氧化原理第十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化氧化原理圖中所反映的機(jī)理涉及的基本的反應(yīng)式表達(dá)如下：第十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日在光照下，如果光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度，其價(jià)帶上的電子（e-）就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴（h+）。當(dāng)存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時(shí)，電子和空穴的復(fù)合得到抑制，就會(huì)在催化劑表面發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。價(jià)帶空穴是良好的氧化劑，導(dǎo)帶電子是良好的還原劑，在半導(dǎo)體光催化反應(yīng)中，一般與表面吸附的H2O，O2反應(yīng)生成?OH和超氧離子O2-，能夠把各種有機(jī)物直接氧化成CO2、H2O等無(wú)機(jī)小分子，電子也具有強(qiáng)還原性，可以還原吸附在其表面的物質(zhì)。激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴能重新合并，并產(chǎn)生熱能或其他形式散發(fā)掉。

TiO2光催化氧化原理第十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化的技術(shù)特征

1.低溫深度反應(yīng)光催化氧化可以在室溫下將水、空氣和土壤中的有機(jī)污染物氧化。2.綠色能源光催化可利用太陽(yáng)光作為能源來(lái)活化光催化劑，驅(qū)動(dòng)氧化—還原反應(yīng)，而且光催化劑在反應(yīng)過(guò)程中并不消耗。從能源角度而言，這一特征使光催化技術(shù)更具魅力。第十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化的技術(shù)特征

3.氧化性強(qiáng)大量研究表明，半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以對(duì)難以降解的有機(jī)物具有特別意義。4.壽命長(zhǎng)理論上，光催化劑的壽命是無(wú)限長(zhǎng)的。

第十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日5.廣譜性光催化對(duì)從烴到羧酸的眾多種類有機(jī)物都有氧化效果，美國(guó)環(huán)保署公布的九大類114種污染物均被證實(shí)可通過(guò)光催化氧化法降解，即使對(duì)有機(jī)物如鹵代烴、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑也有很好的去除效果，一般經(jīng)過(guò)持續(xù)反應(yīng)可達(dá)到完全凈化。光催化的技術(shù)特征

第十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化劑（Photocatalyst）光催化劑=光[Photo=Light]+催化劑[catalyst]光催化劑是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。光催化劑是將光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)的能量，產(chǎn)生催化作用，使周圍水分子及氧氣激發(fā)成極具氧化力的·OH及O2-。用其分解對(duì)人體和環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部分無(wú)機(jī)物質(zhì)，加速反應(yīng)，不造成資源浪費(fèi)，且不形成附加污染。第二十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日常見(jiàn)的光催化材料PhotocatalystEbgeV)PhotocatalystEbg(eV)Si1.1ZnO3.2TiO2（Rutile）3.0TiO2(Anatase)3.2WO32.7CdS2.4ZnS3.7SrTiO33.4SnO33.5WSe31.2Fe2O32.2a-Fe2O33.1金屬硫化物在水溶液中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極光腐蝕，且有毒！鐵的氧化物會(huì)發(fā)生陰極光腐蝕ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(OH)2第二十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化劑

TiO2有三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：銳鈦礦（anatase）結(jié)構(gòu)、金紅石（rutile）結(jié)構(gòu)和板鈦礦（brookite）結(jié)構(gòu)。金紅石最穩(wěn)定，從低溫到熔點(diǎn)都不會(huì)發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變；銳鈦礦次之，在室溫下穩(wěn)定；板鈦礦很少見(jiàn)。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)，其中以銳鈦礦結(jié)構(gòu)的催化活性最高。銳鈦礦型TiO2吸收小于387nm的光，金紅石型TiO2吸收小于413nm的光。第二十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化材料的特性合適的半導(dǎo)體禁帶寬度。具有良好的抗光腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。廉價(jià)，原料來(lái)源豐富，成本低。光催化活性高（吸收紫外光性能強(qiáng)；禁帶和導(dǎo)帶之間的能隙大，光生電子的還原性和空穴的氧化性強(qiáng)）。

對(duì)很多有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用。第二十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日影響TiO2光催化性能的因素晶粒尺寸：納米量級(jí)的TiO2作為光催化劑將有利于提高光降解效率——粒徑的減小，納米級(jí)光催化劑的表面原子數(shù)迅速增加，光吸收效率提高，從而增加表面光生載流子的濃度；——晶粒越小，表面原子比例增大，表面·OH基團(tuán)的數(shù)目也隨之增加，從而提高了反應(yīng)效率；——晶粒尺寸的減小，比表面積增大，有利于反應(yīng)物的吸附，增大反應(yīng)幾率。第二十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日晶型：板鈦型，銳鈦礦，金紅石型——板鈦型為不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；——銳鈦型吸收紫外線的能力強(qiáng)，其表面對(duì)O2的吸附能力較強(qiáng)，對(duì)電子-空穴對(duì)的捕收能力強(qiáng)，所以具有較高的光催化活性；——金紅石型則因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定且致密，具有較高的硬度、密度、介電常數(shù)及折射率，遮蓋力和著色力也較高，但表面電子-空穴對(duì)重新復(fù)合的速度較快，光催化活性差。影響TiO2光催化性能的因素第二十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日形態(tài)：顆粒狀與膜狀——顆粒狀的光催化劑在溶液中呈懸浮狀態(tài)，在溶液中與有機(jī)物的接觸面積小，且容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象——膜狀：①防止粒子的流失；②增加光催化劑整體的比表面積；③光催化劑表面受到光照射的催化劑粒子數(shù)目增加，提高了光的利用率；④一些載體可同光催化劑本身發(fā)生相互作用，有利于電子-空穴對(duì)的分離；⑤利用吸附劑類載體可增加對(duì)反應(yīng)物的吸附，提高催化劑的光催化活性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)吸附劑類載體的再生；⑥用載體將光催化劑固定，便于制成各種形狀的光催化反應(yīng)器。影響TiO2光催化性能的因素第二十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化劑的制備方法

（一）納米TiO2粉體光催化劑的制備方法◎氣相法：高溫氧化原理優(yōu)點(diǎn)：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。缺點(diǎn)：對(duì)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要求。◎液相法優(yōu)點(diǎn)：合成溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)：顆粒大小、形狀不均，分散性差，影響產(chǎn)品的使用效果和應(yīng)用范圍第二十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日粉體TiO2光催化劑的制備方法

水解法利用鈦醇鹽（鈦酸丁脂）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制備納米TiO2——最簡(jiǎn)單的方法。2.沉淀法

普通沉淀法以TiCl4、Ti(SO4)2等無(wú)機(jī)鹽為原料，用氨水、NaOH和Na2CO3等堿性物質(zhì)沉淀。

均勻沉淀法是在溶液中加入某種物質(zhì)[如二乙醇胺，HN(CH2CH2OH)2]，使之通過(guò)溶液中的化學(xué)反應(yīng)緩慢生成沉淀劑制備粒度均勻的TiO2粉體。第二十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日粉體TiO2光催化劑的制備方法

3.水熱法在加有聚四氟乙烯內(nèi)襯的筒式高壓釜中以TiCl4

、偏鈦酸或鈦酸丁脂為前驅(qū)體制備。所得粉體粒度分布窄，團(tuán)聚程度低，純度高，且制備過(guò)程污染小，成本較低。4.溶膠-凝膠法法以鈦醇鹽或鈦的無(wú)機(jī)鹽為原料，經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，經(jīng)干燥、煅燒制得。制得的粉體純度高，粒度細(xì)，分散好；但燒結(jié)性不好，干燥時(shí)收縮大，易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。第二十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日利用溶膠-凝膠法制備TiO2，其反應(yīng)過(guò)程為：水解：失水縮聚：失醇縮聚：工藝流程為：溶膠凝膠法制備TiO2原理第三十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日鈦酸四丁脂在酸性條件下，水解產(chǎn)物為含鈦離子溶膠

含鈦離子溶液中鈦離子通常與其它離子相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)狀基團(tuán)，最后形成穩(wěn)定凝膠

溶膠凝膠法制備TiO2原理第三十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日攪拌40℃水浴加熱無(wú)色凝膠80℃烘干

熱處理

二氧化鈦粉體

溶膠-凝膠法制備粉體TiO2光催化劑工藝第三十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（二）負(fù)載型TiO2光催化劑的制備——將TiO2固定到某種載體上——使用前驅(qū)體，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成TiO2，將其負(fù)載到光滑平整的載體上，形成一層連續(xù)的薄膜1.粉體燒結(jié)法將TiO2球磨到一定程度溶于水或醇中，制成懸浮液，然后進(jìn)入載體，一定時(shí)間后取出，風(fēng)干，在600℃以下燒結(jié)制得。負(fù)載型TiO2光催化劑的制備方法

第三十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.偶聯(lián)法在TiO2中加入膠粘劑（如氟樹(shù)脂、聚苯乙烯等）后涂覆在載體表面，而后烘干制得。3.離子交換法用于具有強(qiáng)離子交換功能的載體。通過(guò)載體中的易溶陽(yáng)離子（K+、Na+等）與易溶鈦鹽中的鈦離子發(fā)生離子交換，再經(jīng)過(guò)煅燒或在潮濕的空氣中暴露水解即成。負(fù)載型TiO2光催化劑的制備方法

第三十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日4.電泳沉積法以TiO2懸浮液為電泳液，以載體作陰極，用等面積的導(dǎo)體做陽(yáng)極，在恒電場(chǎng)作用下使TiO2粒子電泳并沉積到陰極上，得到TiO2薄膜5.液相沉積法將載體浸漬在包括鈦的無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽等TiO2前驅(qū)體溶液中，利用沉淀、水解、醇解、微乳液化等化學(xué)反應(yīng)直接將TiO2沉積在載體上，再經(jīng)洗滌、焙燒制得。負(fù)載型TiO2光催化劑的制備方法

第三十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日6.物理氣相沉積法（PVD）用電弧、高頻或等離子體等高溫?zé)嵩磳⒃霞訜幔怪蛐纬傻入x子體，然后驟冷使之凝聚成納米粒子。該法制得到TiO2純度較高、分布均勻、粒徑大小可控。7.化學(xué)氣相沉積法（CVD）以鈦的無(wú)機(jī)或有機(jī)鹽類為前驅(qū)體，用一定方式使前驅(qū)體激發(fā)，并在載氣的協(xié)助下沉積在載體表面，制得致密的TiO2膜。8.溶膠-凝膠法負(fù)載型TiO2光催化劑的制備方法

第三十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日鈦酸正四丁酯無(wú)水乙醇二乙醇胺強(qiáng)烈攪拌無(wú)水乙醇，硝酸，去離子水滴加TiO2溶膠液Ti(OC4H9)4:C2H5OH:H2O:NH(C2H4OH)2=1:26.5:1:1浸漬提拉干燥煅燒負(fù)載型TiO2薄膜鋁片、不銹鋼、鈦片、陶瓷、玻璃、銅片、活性炭、鋯石等等溶膠-凝膠法制備負(fù)載型TiO2光催化劑工藝第三十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日由圖看出，TiO2膜是由許多TiO2微小顆粒構(gòu)成的呈交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔-微晶立體膜。膜的真實(shí)比表面積很大，對(duì)光的吸收十分有利。TiO2膜的表面形貌第三十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日溶膠-凝膠法與傳統(tǒng)方法相比，有以下的優(yōu)點(diǎn)：①樣品的均勻度比較高：尤其是多組分的制品，其均勻度可達(dá)分子或原子尺度；②樣品的純度高：因?yàn)樗迷系募兌雀?，而且溶劑在處理過(guò)程中易被除去；③反應(yīng)溫度比傳統(tǒng)方法約低400~500℃，因?yàn)樗枭晌镌跓芍耙巡糠中纬?，且凝膠的比表面積很大；④反應(yīng)過(guò)程易于控制，可大幅度減少副反應(yīng)。第三十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化劑載體的特點(diǎn)

光催化劑載體要求能改善所擔(dān)載的物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)（如增加孔隙、表面積等）；有利于光催化劑再生。良好的光催化劑載體應(yīng)具有的特點(diǎn)：1.具有良好的透光性；2.在不影響光催化活性的前提下，與TiO2顆粒間具有較強(qiáng)的結(jié)合力；3.比表面積大；4.對(duì)被降解的污染物有較強(qiáng)吸附性；5.易于固液分離；6.有利于固－液傳質(zhì)；7.化學(xué)惰性和光穩(wěn)定性；8.材料易得，價(jià)格便宜。

第四十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化劑載體種類

天然礦物類：具有一定的吸附性，且耐高溫，耐酸堿。例：硅藻土、高嶺土、天然沸石和膨脹珍珠巖等。吸附劑類：多孔性物質(zhì)，比表面積較大。例：活性炭、硅膠等。吸附劑類載體可以獲得較大的負(fù)載量，可以將有機(jī)物吸附到TiO2粒子周圍，增加界面濃度，從而加快反應(yīng)速度。玻璃類：價(jià)廉易得，良好的透光性，便于設(shè)計(jì)成各種形狀。例：玻璃片、玻璃纖維網(wǎng)（布）、空心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（導(dǎo)電）玻璃片、有機(jī)玻璃等。第四十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化劑載體種類

4.陶瓷類：多孔性物質(zhì)，對(duì)TiO2顆粒具有良好的附著性，耐酸堿性和耐高溫性較好。在日常使用的陶瓷上負(fù)載TiO2，可以制成具有良好自潔功能的陶瓷，起到凈化環(huán)境的作用。5.有機(jī)類：某些高分子聚合物，如飽和的碳鏈聚合物，有較強(qiáng)的抗氧化能力，短期內(nèi)使用。例：聚乙烯、聚丙烯等。6.金屬類：價(jià)格貴，負(fù)載困難而是用較少。第四十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化反應(yīng)器

◎懸浮式光催化反應(yīng)器將粉體光催化劑直接加入待處理的廢水中，通過(guò)攪拌，使之分散均勻，其催化劑表面積與反應(yīng)器有效體積比很高，同時(shí)反應(yīng)液和催化劑之間幾乎不存在傳質(zhì)的限制，光催化降解效率高◎

負(fù)載式光催化反應(yīng)器（鍍膜式和填充床式）將光催化劑負(fù)載于反應(yīng)器上，即通過(guò)物理和化學(xué)方法將催化劑粉末固定在較大連續(xù)表面積的載體上，反應(yīng)液在表面連續(xù)流過(guò)。第四十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日擋板式光催化反應(yīng)器懸浮式第四十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日鼓泡床式光催化反應(yīng)器懸浮式第四十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日平板式光催化反應(yīng)器負(fù)載式第四十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日管式光催化反應(yīng)器負(fù)載式第四十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日多葉轉(zhuǎn)盤式光催化反應(yīng)器負(fù)載式第四十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器負(fù)載式第四十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日光催化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域第五十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用

1.染料廢水處理染料廢水堿度高、色澤深、臭味大，并且還有苯環(huán)、胺基、偶氮基團(tuán)等致癌物質(zhì)，一般的生物化學(xué)法對(duì)于水溶性染料的降解效率很低，且易造成二次污染。光催化降解染料效果好。2.農(nóng)藥廢水處理農(nóng)藥廢水主要是除草劑、有機(jī)磷農(nóng)藥、三氯苯氧乙酸、DDVP、DEP等。其特性表現(xiàn)為：停留時(shí)間長(zhǎng)、污染性大、難于降解。采用光催化方法雖然不能使所有的污染物完全礦化，但不會(huì)產(chǎn)生毒性更高的中間產(chǎn)物。第五十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日3.含油廢水處理含油廢水是一種不溶于水且漂浮于水面上的油類，含有大量的有機(jī)物，TiO2光催化技術(shù)處理含油廢水的降解率可達(dá)95%，且不會(huì)像使用化學(xué)方法一樣產(chǎn)生二次污染。4.鹵代芳烴處理主要的鹵代芳烴污染物均可在光催化過(guò)程中被完全降解。水中主要鹵代芳烴污染物在使用TiO2光催化劑和近紫外光照射下的半衰期大部分在15min到1.5h，完全轉(zhuǎn)化時(shí)間為1~6h。TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用

第五十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日5.無(wú)機(jī)廢水的處理

◎TiO2可以將貴金屬如金、銠、鈀、鍺等在其表面沉積下來(lái)，便于回收?！蚣{米TiO2具有強(qiáng)還原性，可將Cr2O72-還原成無(wú)毒的Cr2O22-，將NOX還原成單質(zhì)和無(wú)毒低氧化態(tài)氧化物。TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用

第五十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日6.飲用水處理一般常規(guī)水處理工藝只能去除水體中的懸浮物及大部分有機(jī)物，而水中含有的溶解性有機(jī)物及大量細(xì)菌無(wú)法通過(guò)常規(guī)工藝去除，致使供水水質(zhì)無(wú)法保證，影響生活飲用水的供水安全。TiO2既能降解有機(jī)物，又能降解無(wú)機(jī)物，同時(shí)具有殺菌功能，TiO2光催化對(duì)自來(lái)水中的三氯甲烷、四氯化碳、芳香族化合物、五氯苯酚等污染物和細(xì)菌都有好的去除效果，且不產(chǎn)生中間產(chǎn)物，造成二次污染。TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用

第五十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日7.含菌廢水的處理廢水中含有大量的有害細(xì)菌，且種類繁多，嚴(yán)重危害人體健康。TiO2光催化過(guò)程殺菌不僅能殺死細(xì)菌，還能降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物，光催化過(guò)程可以攻擊細(xì)菌的外層細(xì)胞，穿透細(xì)胞膜，破壞細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底殺滅細(xì)菌的目的。TiO2光催化作用在水處理中的應(yīng)用

第五十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日影響TiO2光催化效率的因素

（一）催化劑

1.粒徑大小從光催化機(jī)理來(lái)看，TiO2光催化氧化有機(jī)污染物實(shí)際上是一種自由基反應(yīng)。從反應(yīng)過(guò)程看，物質(zhì)的降解速度與光生載流子e-和h+的濃度有關(guān)。TiO2粒徑越小，表面原子增加，光吸收效率提高，而增加了表面光生載流子的濃度。因此，納米級(jí)的TiO2是一種高效的光催化劑。第五十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.表面積表面積是決定反應(yīng)物吸附量的重要因素。光催化反應(yīng)是由光生e-和h+引起的氧化還原反應(yīng)，在催化劑表面不存在固定的活性中心。因此表面積是決定反應(yīng)基質(zhì)吸附量的重要因素，在晶格缺陷等其它因素相同時(shí)，表面積越大，吸附量越大，活性越高。注：具有大表面積的TiO2往往存在更多的復(fù)合中心，當(dāng)復(fù)合過(guò)程起主要作用時(shí)，就會(huì)降低的光催化活性。影響TiO2光催化效率的因素

第五十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日3.混晶效應(yīng)目前的研究發(fā)現(xiàn)高光催化活性的TiO2多數(shù)為銳鈦礦型與金紅石型的混合物?；炀Э梢杂行У卮龠M(jìn)銳鈦礦型晶體中光生電子、空穴的電荷分離。影響TiO2光催化效率的因素

第五十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（二）光源與光強(qiáng)TiO2表面雜質(zhì)和晶格缺陷使得TiO2在一個(gè)較大的波長(zhǎng)范圍里有光催化活性。因此，光源選擇比較靈活，如高壓汞燈、中壓汞燈、低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等，波長(zhǎng)一般在250~400nm內(nèi)。光強(qiáng)過(guò)強(qiáng)，光催化效果不一定好，因?yàn)榇藭r(shí)存在中間氧化物在催化劑表面的競(jìng)爭(zhēng)性復(fù)合。影響TiO2光催化效率的因素

第五十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（三）溶液pH值在低pH值和高pH值時(shí)，都有可能出現(xiàn)較高速率的光催化反應(yīng)。pH值的變化對(duì)不同反應(yīng)物降解的影響也不同。有關(guān)不同pH值條件下光強(qiáng)對(duì)光量子產(chǎn)率的影響研究表明：光強(qiáng)大于1×10-6Einstein·L-1·s-1，量子產(chǎn)率隨pH值的增加而減小；光強(qiáng)小于1×10-8Einstein·L-1·s-1時(shí)，隨pH值的增加，量子產(chǎn)率急劇增大。因此，在選擇光催化反應(yīng)的最佳pH值時(shí)，要考慮光強(qiáng)大小的影響。影響TiO2光催化效率的因素

第六十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（四）有機(jī)物濃度光催化氧化的反應(yīng)速率可以用Langmuir-Hinshelwood動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)描述：r=?KC/(1+KC)式中：r-反應(yīng)速率；C-反應(yīng)物濃度；K-表觀吸附平衡常數(shù)；?-發(fā)生于光催化劑表面活性位置的表面反應(yīng)速率常數(shù)。低濃度時(shí)，上式可以簡(jiǎn)化為：r=?KC=K′C，即反應(yīng)速率與濃度成正比，初始濃度越高，反應(yīng)速率越大。影響TiO2光催化效率的因素

第六十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（五）外加氧化劑光催化反應(yīng)要有效地進(jìn)行，需要減少光生電子和空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合，這可以通過(guò)使光生電子、光生空穴或兩者被不同的基元捕獲來(lái)實(shí)現(xiàn)。氧化劑是有效的導(dǎo)帶電子捕獲劑，可以有效地捕獲光生電子而使電子和空穴分離，達(dá)到提高光量子產(chǎn)率的目的。研究證明，光催化氧化的速率和效率在有O2、H2O2、過(guò)硫酸鹽、高碘酸鹽存在時(shí)明顯提高。影響TiO2光催化效率的因素

第六十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（六）鹽高氯酸、硝酸鹽對(duì)光催化的速率基本沒(méi)有影響；硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽則因?yàn)樗鼈兒芸毂淮呋瘎┪蕉沟醚趸俾氏陆盗?0%~70%；HCO3-是主要的·OH清除劑，存在時(shí)能降低光催化的反應(yīng)活性。HCO3-+·OH→CO32-+H2O影響TiO2光催化效率的因素

第六十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（七）反應(yīng)溫度有研究表明：TiO2光催化降解苯酚時(shí)的起始反應(yīng)速率隨著溫度的升高略有增加，在光強(qiáng)較高時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。（八）表面螯合和共價(jià)作用的吸附物通過(guò)金屬氧化物在半導(dǎo)體表面的螯合作用，可以促進(jìn)界面電子的轉(zhuǎn)移，提