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二氧化钛光催化原理.docx


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TiO光催化氧化机理
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TiO属于一种n型半导体材料,(锐钛矿),(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带,形成光生电子(e-);而价带中则相应地形成光生成更多的高活性的•0H,从而提高了催化氧化效率。当粒子的大小在1-100nm级时,就会出现量子效应,成为量子化粒子,使得h+-e-对具有更强的氧化还原能力,催化活性将随尺寸量子化程度的提高而增加。另外,尺寸的量子化可以使半导体获得更大的电荷迁移速率,使h+与e-复合的几率大大减小,因而提高催化活性。
5、光催化剂用量的影响
Ti0在光催化降解反应中,反应前后几乎没有消耗。Ti0的用量对整个降解反22
应的速率是有影响的,在Ti0光催化降解有机磷农药研究结果中表明,有机磷农药降解率开始随Ti0用量的增加而提高,当量增加到一定时降解速率不再提高[13],反而有所下降。开始速率提高是因为催化剂的增加,产生的・H0增加。当催化剂增加到一定的程度时,会对光吸收有影响。
6、光源与光强的影响
光电压谱分析表明,由于Ti0表面杂质和晶格缺陷影响,它在一个较大的波长范围里均有光催化活性。因此,光源选择比较灵活,如黑光灯,高压***灯,中压***灯,低压***灯,紫外灯,杀菌灯等,波长一般在250-4O0nm范围内。应用太阳光作为光源的研究也取得一定的进展,实验发现有相当多的有机物可以通过太阳光实现降解。有资料报道,在低光强下降解速率与光强成线性关系,中等强度的光照下,速率与光强的平方根有线性关系。Yinzhang等[⑷
们认为:上述关系可能与自由基的产生有关,随着辐照增强,一方面电子与空穴数量增加,电子与空穴复合数量也增加,另外产生的自由基会发生反应生成H0,
22而HO与有机物反应速率比自由基要慢得多。
22
7、有机物的种类、浓度的影响
(1998)研究表明阳离子,阴离子及非离子型表面活性剂如DBS、SDS、BSD等易于光催化降解,分子中芳烃比链烃结构易于端裂而实现无机化。近年来,科学家们对分散大红(RR)【15】、***橙〔⑹、阳离子蓝XGRRL〔17〕等染料废水的光催化降解研究发现低浓度时,光催化氧化的反应速度可用
Langmuir-Hinshelwood动力学方程来描述,即当KCVVI时,则:
Y二k・K・C二KC
式中k一Langmuir速率常数;
K—污染物在表面吸附常数;
K'—速率常数。
Langmuir—Hinshelwood动力学方程表明低浓度时,反应速率与溶质浓度成正比;当反应物浓度增加到一定的程度时,随浓度的增加反应速率有所增大,但不成正比;浓度到了一定的界限后,将不再影响反应速率[18],
即反应速率与改溶质浓度无关。
8、反应温度和溶液pH值
温度对光催化氧化反应影响不是特别大,在光催化降解废水研究中我们可以不考虑温度的影响。光催化氧化反应和体系的pH值有一定的关系,一般而言随着体系的pH值的增大,反应速率提高。但这也与被降解的有机物的结构有关,崔斌等人[19]列在Ti0薄膜光催化降解4一(2,2?偶氮)间苯二酚的研究中发现,,其降解率依次增大,,。同时pH值增大,反

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