TiO2光催化氧化技术.ppt

第4章 TiO2光催化氧化技术
TiO2光催化氧化反应机理
TiO2光催化剂制备方法
提高TiO2光催化效率的途径
目录
TiO2光催化氧化法存在的问题
TiO2光催化氧化的影响因素
TiO2光催化氧化技术应用


以TiO2为代表的光催化材料具有对人体无毒,能耗低,操作简单,反应条件温和,化学稳定性良好和光催化效率较高等特性,成为近年来日益受重视的环境污染治理技术之一。
除了在净化水和空气方面的应用外,TiO2光催化在杀菌消毒、光解水、固氮、还原CO2等方面也具有广阔的应用前景。

光降解反应包括无催化剂和有催化剂的光化学降解,后者称光催化降解。一般分为均相、非均相两种类型。均相光催化降解主要指UV/Fenton试剂法,即以Fe 2+或Fe 3+及H2O2为介质,通过光助-芬顿反应使污染物得到降解,此类反应能直接利用可见光。

在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料,同时结合一定能量的光辐射,使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对,吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用,产生·OH等氧化性极强的自由基,再通过与污染物之间的羟基加合、取代等使污染物全部或接近全部矿化,最终产物为H2O和CO2及其他离子。
1972年,日本的Fujishima 在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用,从而开辟了半导体光催化这一新的领域。
1977年,Yokota发现光照条件下,TiO2对丙烯环氧化具有光催化活性,拓宽了光催化应用范围,为有机物氧化反应提供了一条新思路。
此后,光催化技术在环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究发展迅速,半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。
光催化技术的发展历史

有毒废水通常采用氧化塘,地下储水池和垃圾场等手段处理。其结果是使土壤,地下水和地表水被污染。
有毒有害有机物包括:挥发性有机物,氯代有机物,二噁英,三氯乙烯(TCE),高氯酸乙烯(PCE),CCl4,HCCl3,CH2Cl2,p-氯苯,六氯环五烷二烯
为此,发展先进的分析化学,生物化学,物理化学技术消除大气,土壤,水中的有毒化学物质势在必行。
常规污染物方法包括:高温焚烧,活化污泥处理,厌氧消化和一些常规物理化学处理。
污染物的处理方法简介
化学处理方法:
1. 化学氧化法:如,Fenton试剂和臭氧氧化法。
2. 树脂吸附法:大孔吸附树脂具有大比表面、容易再生、能够回收有机物等优点。
3. 乳状液膜分离:综合了固体膜分离法和溶剂萃取法的优点,特别适合于分离水溶液中呈溶解态的有机污染物。
4. 半导体光催化氧化法:
利用光催化原理处理有机物,不仅可以直接利用太阳能,而且对有机物的处理比较彻底,不带来新的污染源
TiO2光催化氧化技术
半导体材料在紫外及可见光照射下,将污染物短时间内完全降解或矿化成对环境无害的产物,或将光能转化为化学能,这一过程称为光催化。
TiO2光催化氧化反应机理
半导体是指电导率在金属电导率(约104~106Ω/cm)和电介质电导率( <1-10 Ω/cm)之间的物质,一般的它的禁带宽度Eg小于3eV。
半导体的能带结构
导带
价带
禁带
Eg< 3eV
掺杂半导体
N型半导体(正电荷中心起提供电子的作用,依靠自由电子进行导电)
P型半导体(负电荷中心起提供电子的作用,依靠空穴进行导电)
半导体
本征半导体(纯的半导体,不含有任何杂质,禁带中不存在半导体电子的状态,即缺陷能级)