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光催化与应用
能源问题
环境问题
光催化机理
光催化的应用
内容概要
煤、石油、天然气均是亿万年地球运动积累而成,不能循环使用,也不可能大量地人工合成,不可能回收。
化石能源的不可再生性
光合作用是利用CO2 和水合成有机物的反应-地球上最伟大的反应
能源问题
在过去100年里,人类消耗了1420亿吨石油和2650亿吨煤,消费了世界56%的石油和60%以上的天然气,以及50%以上的重要矿产资源。
资源的短缺性
据统计,全球石油储量可供生产30年,天然气和煤炭则分别可以供应55年和150年
30年
55年
150年
亿万年形成的化石燃料不过支持了约300年的现代工业文明!如果几十年里不能发展出替代能源,石油危机也就不可避免了
能源问题
全球每年排放SO2 2.9亿吨,NOx约为5千万吨,可吸入粉尘→酸雨、光化学烟雾、呼吸道疾病
大气污染
英国一发电厂
洛杉矶光化学烟雾
甘肃沙尘暴
酸雨效应
环境问题
我国每年由室内空气污染引 起的非正常死亡人数达11.1万人
室内污染
有68%的疾病是室内污染造成的
建筑材料
装饰材料
人的活动
室外污染物
环境问题
环境问题
危害:呼吸道疾病,鼻咽癌,结肠癌、新生儿染色体异常,白血病,记忆力和智力下降等
水体污染
染料废水:是目前难降解的工业废水之一,其毒性大,色泽深,严重危害了生态环境。
农药:我国每年农药产量大约20万吨,还从国外进口农药75万吨。通过喷施、地表径流排入水体中。
生物多样性:每10年5~10%物种消失。
环境问题
出路与对策
光催化环境净化
太阳能光解水、甲醇、生物质制氢
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。
半导体光催化氧化降解有机物的作用机理:
光催化机理
λg (nm)=1240/Eg (eV)
Eg=3.2 eV, λg=387 nm
当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时,电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生电子-空穴。
价带空穴是强氧化剂,而导带电子是强还原剂。
空穴与H2O或OH-结合产生化学性质极为活泼的自由基基团( HO . )
电子与O2结合也会产生化学性质极为活泼的自由基基团(.O2-, HO . 等)
空穴,自由基都有很强的氧化性,能将有机物直接氧化为CO2, H2O
A: 半导体吸收光,产生电子和空穴的过程
B: 电子和空穴表面复合过程
C:电子和空穴体内复合过程
D: 还原过程
E: 氧化过程
光催化机理
光催化产氢、甲烷机理
光催化分解有机污染物
以氢为能源的汽车
光催化的应用
加气站
未来光催化产生的甲烷和氢气可应用于加气站
光催化的应用
潜艇大气环境质量是保持潜艇战斗力的重要因素之一.目前,我国潜 艇的空气净化设备存在能耗高、噪声大、操作温度高等缺点.TiO2光催化技术是近年来新兴的一种净化技术,可快速清除空气中的有害气体,且具有无毒、操作 简单、噪声小、能耗低等优点
光催化的应用
粗过滤层
深度过滤层
光催化层
LED光源
空气净化器
光催化的应用
墙壁上使用含TiO2的涂料
有光照的地方,室内有害气体就会被持续分解
光催化剂在涂料中应用
光催化的应用
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