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TiO2光催化降解有机污染物的研究 西安交通大学能源与动力工程学院 环境工程系 赵景联 国家自然科学基金 主要内容 1 2 3 TiO2光催化技术简介 本研究小组工作进展 结论与展望 1. TiO2光催化技术简介 1.1 TiO2光催化背景介绍 1.2 TiO2光催化的基本原理 1.3 TiO2光催化技术的特点 1.4 提高TiO2光催化效率的主要途径 1.5 TiO2光催化降解有机污染物研究进展 1.1 TiO2光催化背景介绍 什么是光催化? 概括说来，就是光触媒(催化材料）在外界可见光的作用下发生催化作用。 光催化一般是多种相态之间的催化反应。 光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。 光合作用也可以看作光催化 起源 A.1972年Fujishima和Honda在n-型半导体TiO电极上发现了水的光催化分解作用，揭开了光催化技术研究的序幕。 Fujishima A, Honda K. Nature, 1972, 238:37～ 38 B.1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN-为OCN-，光催化技术在环保方面的应用 研究开始启动。 C.近十几年来，半导体光催化技术在环保、制氢、卫生保健等方面的 应用研究发展迅速，纳米光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。 Eg + - Conduction band Aads Areduced A band gap Valence band Dads D Doxidized semiconductor particle 1.2 TiO2光催化机理示意图  光催化氧化降解污染物的过程 a.TiO2吸收紫外光激发 b.活性自由基的产生 c.有机物的降解 TiO2吸收紫外光激发 活性自由基的产生 hvb+ ＋ OH- → ·OH hvb+ ＋ H2O → ·OH ＋ H+ hvb+ ＋ Red → ·Red+ ecb- ＋O2(ads) → ·O2(ads)- ·O2(ads)- ＋ H+ → ·HO2 2·HO2 → H2O2 ＋ O2 H2O2 ＋ ecb- → ·OH ＋ OH- 有机污染物降解 光催化的技术特征 （1）低温深度反应：光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。（2）净化彻底：它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是将污染源转移。（3）绿色能源：光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化—还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。 （4）氧化性强：大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由基（HO），HO的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。（5）广谱性：光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国环保署公布的九大类114种污染物均被证实可通过光催化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。（6）寿命长：理论上，催化剂的寿命是无限长的。  1.2 TiO2光催化技术的特点 优点 能彻底破坏有机污染物，不存在二次污染问题 不需要大量消耗光能以外的其它物质，能耗和材料消耗低 可在常温常压下进行反应，条件温和 问题 催化剂TiO2的分离问题 提高TiO2的光催化效率 扩展TiO2可利用的光谱范围 光触媒(光催化剂）  光触媒[PHOTOCATALYSIS]是光 [Photo=Light] + 触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。 光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的 OH-及 O2-自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。 光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。 在一次试验中对放入