光催化氧化技術(shù) (2)講稿

1、關(guān)于光催化氧化技術(shù) (2)第一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 TiO2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理 TiO2光催化劑制備方法 提高TiO2光催化效率的途徑目 錄 TiO2光催化氧化法存在的問(wèn)題 TiO2光催化氧化的影響因素 TiO2光催化氧化技術(shù)應(yīng)用第二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.1概述 4.1.1光催化氧化技術(shù)概述以TiO2為代表的光催化材料具有對(duì)人體無(wú)毒，能耗低，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，化學(xué)穩(wěn)定性良好和光催化效率較高等特性，成為近年來(lái)日益受重視的環(huán)境污染治理技術(shù)之一。 除了在凈化水和空氣方面的應(yīng)用外，TiO2光催化在殺菌消毒、光解水、固氮、還原CO2等方面也具有廣闊的應(yīng)用前

2、景。第三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.1.1.1均相光催化氧化光降解反應(yīng)包括無(wú)催化劑和有催化劑的光化學(xué)降解，后者稱光催化降解。一般分為均相、非均相兩種類型。均相光催化降解主要指UV/Fenton試劑法，即以Fe 2+或Fe 3+及H2O2為介質(zhì)，通過(guò)光助-芬頓反應(yīng)使污染物得到降解，此類反應(yīng)能直接利用可見(jiàn)光。4.1.1.2非均相光催化降解在污染體系中投加一定量的光敏半導(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定能量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產(chǎn)生OH等氧化性極強(qiáng)的自由基，再通過(guò)與污染物之間的羥基加合、取代等使污染物全部或接近全

3、部礦化，最終產(chǎn)物為H2O和CO2及其他離子。第四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1972年，日本的Fujishima 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發(fā)現(xiàn)光照條件下，TiO2對(duì)丙烯環(huán)氧化具有光催化活性，拓寬了光催化應(yīng)用范圍，為有機(jī)物氧化反應(yīng)提供了一條新思路。此后，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。光催化技術(shù)的發(fā)展歷史 第五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.1.2光催化氧化技術(shù)應(yīng)用前景有毒廢水通常采用氧化塘，地下儲(chǔ)水池和垃圾場(chǎng)等手段

4、處理。其結(jié)果是使土壤，地下水和地表水被污染。有毒有害有機(jī)物包括：揮發(fā)性有機(jī)物，氯代有機(jī)物，二噁英，三氯乙烯(TCE)，高氯酸乙烯(PCE)，CCl4，HCCl3，CH2Cl2，p-氯苯，六氯環(huán)五烷二烯為此，發(fā)展先進(jìn)的分析化學(xué)，生物化學(xué)，物理化學(xué)技術(shù)消除大氣，土壤，水中的有毒化學(xué)物質(zhì)勢(shì)在必行。第六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月常規(guī)污染物方法包括：高溫焚燒，活化污泥處理，厭氧消化和一些常規(guī)物理化學(xué)處理。污染物的處理方法簡(jiǎn)介化學(xué)處理方法：1. 化學(xué)氧化法：如，F(xiàn)enton試劑和臭氧氧化法。2. 樹(shù)脂吸附法：大孔吸附樹(shù)脂具有大比表面、容易再生、能夠回收有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)。3. 乳狀液膜分離：綜合了

5、固體膜分離法和溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于分離水溶液中呈溶解態(tài)的有機(jī)污染物。4. 半導(dǎo)體光催化氧化法：第七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月利用光催化原理處理有機(jī)物，不僅可以直接利用太陽(yáng)能，而且對(duì)有機(jī)物的處理比較徹底，不帶來(lái)新的污染源 第八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.2 TiO2光催化氧化技術(shù)半導(dǎo)體材料在紫外及可見(jiàn)光照射下，將污染物短時(shí)間內(nèi)完全降解或礦化成對(duì)環(huán)境無(wú)害的產(chǎn)物，或?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能，這一過(guò)程稱為光催化。4.2.1 TiO2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理第九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 半導(dǎo)體是指電導(dǎo)率在金屬電導(dǎo)率（約104106/cm)和電介質(zhì)電導(dǎo)率（ 1-1

6、0 /cm)之間的物質(zhì)，一般的它的禁帶寬度Eg小于3eV。 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)帶價(jià)帶 禁帶Eg 3eV摻雜半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 （正電荷中心起提供電子的作用，依靠自由電子進(jìn)行導(dǎo)電） P型半導(dǎo)體（負(fù)電荷中心起提供電子的作用，依靠空穴進(jìn)行導(dǎo)電）半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純的半導(dǎo)體，不含有任何雜質(zhì)，禁帶中不存在半導(dǎo)體電子的狀態(tài),即缺陷能級(jí))第十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 實(shí)際半導(dǎo)體中，由于半導(dǎo)體材料中不可避免地存在雜質(zhì)和各類缺陷，使電子和空穴束縛在其周圍，成為捕獲電子和空穴的陷阱，產(chǎn)生局域化的電子態(tài)，在禁帶中引入相應(yīng)電子態(tài)的能級(jí)。N型半導(dǎo)體的缺陷能級(jí)Ed靠近導(dǎo)帶，P型半導(dǎo)體的Ea靠近價(jià)帶。 E

7、cEdEv價(jià)帶EcEaEv導(dǎo)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶 P型半導(dǎo)體的能級(jí)N型半導(dǎo)體的能級(jí)第十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月g (nm)1240/Eg (eV) Eg=3.2 eV, g=387 nm 第十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)半導(dǎo)體近表面區(qū)在受到能量大于其禁帶寬度能量的光（hv）輻射時(shí)，價(jià)帶中的電子會(huì)受到激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶上形成空穴（h+），而導(dǎo)帶則帶有電子（e-），在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。TiO2光催化氧化反應(yīng)機(jī)理O2-H2OH2O2H2OOH-OHOHe-CBe-CBe-CBe-CBe-CB光子hv電子激發(fā)電子空穴對(duì)復(fù)合O3O2導(dǎo)帶禁帶h+VB價(jià)帶h+VBh+V

8、Bh+VBh+VB第十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)光能等于或超過(guò)半導(dǎo)體材料的帶隙能量時(shí)，電子從價(jià)帶(VB)激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)形成光生電子-空穴。價(jià)帶空穴是強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子是強(qiáng)還原劑?？昭ㄅcH2O或OH-結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)（ HO . ）電子與O2結(jié)合也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)極為活潑的自由基基團(tuán)(.O2-, HO . 等)空穴，自由基都有很強(qiáng)的氧化性，能將有機(jī)物直接氧化為CO2, H2OA: 半導(dǎo)體吸收光，產(chǎn)生電子和空穴的過(guò)程B: 電子和空穴表面復(fù)合過(guò)程C:電子和空穴體內(nèi)復(fù)合過(guò)程D: 還原過(guò)程E: 氧化過(guò)程第十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月空穴具有很強(qiáng)的

9、得電子能力(氧化性)，可被H2O、OH-捕獲生成OH?？芍苯訆Z取半導(dǎo)體表面有機(jī)物或其他物質(zhì)的電子進(jìn)行氧化作用。電子居于較高能量狀態(tài)，可被吸附氧（O2）捕獲，生成O2-自由基。研究結(jié)果證明，OH和O2-是光催化氧化過(guò)程中主要氧化劑 ，理論上幾乎可將水中所有有機(jī)物氧化，甚至最終產(chǎn)物為H2O和CO2。第十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2半導(dǎo)體有三種晶體結(jié)構(gòu)，分別為：銳鈦礦金紅石板鈦礦從穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，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)。4.2.2 TiO2催化劑4.2.2.1 TiO2催化劑的性質(zhì)第十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

10、年6月金紅石型銳鈦礦型TiO2晶型結(jié)構(gòu)示意圖第十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化活性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387.5nm的光，金紅石型TiO2吸收小于415nm的光，它們的主要區(qū)別在于八面體結(jié)構(gòu)內(nèi)部扭曲和結(jié)合方式不同。銳鈦礦型的TiO2較負(fù)的導(dǎo)帶對(duì)O2的吸附能力較強(qiáng)，比表面較大，光生電子和空穴容易分離，這些因素使得銳鈦礦型TiO2光催化活性高于金紅石型TiO2光催化活性。 第十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2光催化劑的優(yōu)點(diǎn)第十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 4.2.2.2

11、 TiO2催化劑的基本制備方法納米TiO2的制備方法有氣相法和液相法兩類。采用氣相法制備納米TiO2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。但此法是在高溫下瞬間完成，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。第二十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 TiO2催化劑的制備方法液相法具有合成溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的制備方法。液相法易造成局部濃度過(guò)高，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。合成納米TiO2液相方法有：水解法；化學(xué)沉淀法；溶膠凝膠法；微乳液法；電泳沉積法；離子交換法等

12、。第二十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水解法鈦醇鹽：利用鈦醇鹽能溶于有機(jī)溶劑并發(fā)生水解生成氫氧化物或氧化物的特性來(lái)制備納米TiO2。以鈦酸丁脂為前驅(qū)物，經(jīng)改善沉淀物的過(guò)濾洗滌工藝，制備15nm左右的TiO2粉體。無(wú)機(jī)鈦鹽水解法：就是將無(wú)機(jī)鈦鹽直接升溫水解制備納米TiO2的方法，這是制備納米TiO2最為簡(jiǎn)單的方法。 第二十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月沉淀法普通沉淀法一般以TiCl4、Ti(SO4)2等無(wú)機(jī)鈦鹽為原料，用氨水、(NH4)2CO3、NaCO3或NaOH等堿性物質(zhì)作為沉淀劑來(lái)制備納米TiO2粉體。均勻沉淀法則是在溶液中加入某種物質(zhì)，使之通過(guò)溶液中的化學(xué)反應(yīng)緩慢

13、生成沉淀物來(lái)制備粒度均勻納米TiO2粉體。第二十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水熱法在高溫高壓下一次完成，無(wú)需后期的晶化處理，所制得的粉體粒度分布窄，團(tuán)聚程度低，成份純凈，而且制備過(guò)程污染小，成本較低。在加有聚四氟乙烯內(nèi)襯的筒式高壓釜中進(jìn)行，前驅(qū)體可為氯化鈦、偏鈦酸及鈦酸丁脂等。第二十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月微乳液法微乳液常含四種組分：表面活性劑、表面活性助劑、有機(jī)溶劑和水。微乳液法制備納米TiO2包括兩個(gè)過(guò)程：第一步是微乳液的制備，將表面活性劑、助表面活性劑、溶劑混合或?qū)⒈砻婊钚詣?、溶劑混合，形成穩(wěn)定的微乳液體系；第二步是粒子的制備，將含不同水溶液的熱乳液混合制

14、取TiO2粉體。第二十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月微乳液法前驅(qū)體:TiCl4,NaOH，HCl調(diào)整pH混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心洗滌干燥 白色TiO2粉末16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己醇混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己

15、醇洗滌干燥 白色TiO2粉末混合超聲透明溶液A混合超聲透明溶液B 混合 ,調(diào)整pH反應(yīng)釜180 ,8h冷卻離心16.8ml 正庚烷 2.7ml 正己醇1.5g CTAB 1.8 ml TiCl4溶液 16.8ml 正庚烷 1.5gCTAB 2.7ml 正己醇第二十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是目前應(yīng)用最多的一種制備+負(fù)載方法。以鈦酸酯類如Ti(OC4H9)4等和無(wú)水乙醇為原料，加入少量水及不同種類的酸或有機(jī)聚合添加劑，經(jīng)攪拌、轉(zhuǎn)化制成穩(wěn)定的TiO2溶膠。經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、鍛燒得納米TiO2粒子。具有操作相對(duì)簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件易

16、于控制、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品純度高而且均勻等優(yōu)點(diǎn)。第二十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溶膠-凝膠法(Sol-Gel) (前驅(qū)體(TNB)混合液均勻混合液均勻混合液黃色晶體鈦酸丁酯抑制劑加入總醇量2/3的醇 緩慢滴加 1/3醇+水?dāng)嚢璧渭欲}酸 測(cè)pH值真空干燥(ACAC，HAc)白色納米TiO2粉末 Sol-Gel 法制備TiO2的工藝流程第二十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.2.3 光催化反應(yīng)器第二十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光催化反應(yīng)器的分類光源不同流態(tài)不同聚光與否旋轉(zhuǎn)式光學(xué)纖維束第三十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、光源的不同紫外光：用于實(shí)

17、驗(yàn)室研究，壽命短，易被廢水中粒子吸收紫外線，如汞燈、氙燈太陽(yáng)光：節(jié)能，但太陽(yáng)能的利用率低第三十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、流態(tài)不同懸浮型固定型（非填充式和填充式）流化床第三十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月懸浮型TiO2粉末直接與廢水混合組成懸浮體系。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能充分利用催化劑活性；缺點(diǎn)：存在固液分離問(wèn)題，無(wú)法連續(xù)使用易流失懸浮粒子阻擋光輻射深度， TiO2 =0.5mg/m3左右，反應(yīng)速度達(dá)到極限。第三十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固定型TiO2粉末噴涂在多孔玻璃、玻璃纖維或玻璃板上。優(yōu)點(diǎn)： TiO2不易流失，可連續(xù)使用.缺點(diǎn)：催化劑固定后降低

18、了活性.非填充式固定床型：以燒結(jié)或沉積法直接將光催化劑沉積在反應(yīng)器內(nèi)壁，部分光催化表面積與液相接觸。填充式固定床型：燒結(jié)在載體上，然后填充到反應(yīng)器里，與非填充式固定床型相比，增大了光催化劑與液相接觸面積，克服了懸浮型固液分離問(wèn)題。第三十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月流化床負(fù)載了TiO2顆粒的載體，在反應(yīng)器中以流化狀態(tài)存在，優(yōu)點(diǎn)：一方面可使催化劑顆粒多方位受到光照，并且在懸浮擾動(dòng)下可防止催化劑鈍化，提高催化劑利用效率；另一方面也解決了懸漿體系固液分離難的問(wèn)題。第三十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、聚光不同聚焦型非聚光型雙薄層反應(yīng)器平板式反應(yīng)器淺池型光反應(yīng)器第三十六張，P

19、PT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月聚焦型利用拋物槽鏡，將能透過(guò)紫外光線的玻璃管置于槽鏡的焦線上，使催化劑TiO2與廢水混合通過(guò)玻璃管時(shí)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。（懸浮型和固定型）優(yōu)點(diǎn)：使日光光強(qiáng)度數(shù)十倍增加，從而使能量高的紫外輻射顯著提高。缺點(diǎn)：不能利用散射光能；量子效率較低；價(jià)格昂貴，不易推廣。第三十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器污水以湍流形式在通道中循環(huán)流動(dòng)，粉末懸浮流速可達(dá)0.57m/s，水力條件好，催化劑分布均勻，不易沉淀。還能同時(shí)利用太陽(yáng)光的直射和散射部分，具有較高光效率。缺點(diǎn)：催化劑的固液分離問(wèn)題雙薄層反應(yīng)器箱式第三十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、旋轉(zhuǎn)

20、式光催化反應(yīng)器轉(zhuǎn)盤式圓筒式第三十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)盤式光催化反應(yīng)器負(fù)載在陶瓷球上的TiO2催化劑粘在圓盤的兩面，圓盤一半浸在水中，另一半暴露于空氣中。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)帶起一部分溶液并在圓盤上半部分形成液膜，這樣在催化劑和紫外光的共同作用下，便發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第四十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圓筒式旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器催化劑負(fù)載在圓筒內(nèi)壁，光源置于圓筒中間，溶液經(jīng)由導(dǎo)管進(jìn)入反應(yīng)器，并在旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)壁形成液膜，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。第四十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月共同特點(diǎn)：反應(yīng)器主體可以旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)器上形成液膜。優(yōu)點(diǎn)：解決了固液分離問(wèn)題。缺點(diǎn)：固定在

21、器壁上的催化劑利用率低且容易鈍化。四、旋轉(zhuǎn)式光催化反應(yīng)器第四十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月五、光學(xué)纖維束光催化反應(yīng)器反應(yīng)器內(nèi)有1.2m長(zhǎng)的光學(xué)纖維束，包含72根1mm粗的石英光學(xué)材料，每根光學(xué)纖維表面負(fù)載了一層TiO2膜，反應(yīng)在水表面進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)光、水、催化劑三相接觸面積大，反應(yīng)效率高?？赏ㄟ^(guò)增加光學(xué)纖維數(shù)量提高反應(yīng)器的三相接觸面積，避免了其它反應(yīng)器所具有的諸如占地面積大、有效反應(yīng)體積小等缺點(diǎn)。缺點(diǎn)：光學(xué)纖維及其輔助設(shè)備造價(jià)太高，限制該反應(yīng)器的推廣應(yīng)用。第四十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑外加氧化劑有機(jī)物濃度pH鹽光強(qiáng)與光源4.2.4 TiO2光催化氧化

22、反應(yīng)的影響因素TiO2光催化氧化反應(yīng)溫度第四十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 催化劑TiO2晶體結(jié)構(gòu)的影響 在 TiO2的三種晶型銳鈦礦、金紅石和板鈦礦中，銳鈦礦表現(xiàn)出較高的活性，原因如下：第四十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2表面結(jié)構(gòu)的影響 光催化過(guò)程主要在催化劑表面發(fā)生，對(duì)于單純的TiO2光催化劑，影響其光催化劑，影響其光催化活性的表面性質(zhì)如下： 第四十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑顆粒直徑的影響 催化劑粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多，比表面積越大，催化活性越高；但比表面積的增大，意味著復(fù)合中心的增多，如果當(dāng)復(fù)合反應(yīng)起主導(dǎo)作用的時(shí)候

23、，粒徑的減小會(huì)導(dǎo)致活性的降低 當(dāng)粒徑在110nm級(jí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)半導(dǎo)體禁帶明顯變寬，電子空穴對(duì)的氧化能力增強(qiáng)半導(dǎo)體電荷遷移速率增加，電子與空穴的復(fù)合幾率降低活性增大第四十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.溶液pH值的影響TiO2在水中的零電點(diǎn)（電荷為零的點(diǎn)）為pH=6.25當(dāng)溶液pH值較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正電荷，有利于光生電子向表面遷移當(dāng)溶液pH值較高時(shí)，由于OH-的存在，TiO2表面帶負(fù)電荷，有利于光生空穴向表面遷移對(duì)于不同的物質(zhì)光催化降解有不同的最佳pH值，而且對(duì)于降解的影響非常顯著實(shí)踐證明，在pH=39時(shí)，TiO2通常具有較好的催化活性第四十八張，PPT共九十頁(yè)，

24、創(chuàng)作于2022年6月 1.當(dāng)氧的分壓較高（如PO2=101325Pa），底物S的濃度較低時(shí)，溫度對(duì)催化劑表面氧的吸附數(shù)量影響不大，溫度效應(yīng)取決于溫度對(duì)有機(jī)物氧化速率的影響 2.當(dāng)氧的分壓較低（如PO2 5066.25Pa），底物S的濃度較高（大于10-3mol/dm-3)時(shí)。溫度效應(yīng)取決于溫度對(duì)有機(jī)底物和氧吸附性能的影響3.溫度的影響第四十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 紫外光提供了催化劑中電子激發(fā)躍遷所需要的光子能量，光子能量與波長(zhǎng)以及整個(gè)催化過(guò)程中光的強(qiáng)度有關(guān)，所以，光強(qiáng)和波長(zhǎng)對(duì)光催化氧化的影響很重要。 5.外加氧化劑 外加氧化劑能提高光催化氧化的速率和效率。 4.光強(qiáng)與波長(zhǎng)第

25、五十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水中的溶解性鹽類對(duì)光催化降解有機(jī)物的影響是復(fù)雜的，它與鹽的種類有關(guān)，可能既存在競(jìng)爭(zhēng)性吸附又存在競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)，并與反應(yīng)的具體條件（如濃度、催化劑性狀等）有關(guān)。 6.鹽7. 有機(jī)物濃度的影響 在低濃度下反應(yīng)速率與有機(jī)物濃度成正比。隨著濃度的升高，反應(yīng)速率與濃度不再呈線性關(guān)系，而在某一高濃度范圍反應(yīng)速率與濃度無(wú)關(guān)。 第五十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月改進(jìn)催化劑的制備方法途徑TiO2改性的研究納米級(jí)TiO2材料的研制4.2.5 提高TiO2光催化性能的途徑第五十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的電子-空穴量子效率偏低 氧化劑選擇吸

26、附性能差 光譜響應(yīng)范圍窄, 太陽(yáng)能有效利用率低固定化條件苛刻催化劑存在的問(wèn)題第五十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 TiO2改性的研究貴金屬沉積復(fù)合半導(dǎo)體離子摻雜修飾表面光敏化 表面還原處理表面鰲合及衍生作用超強(qiáng)酸化第五十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月貴金屬沉積沉積Ag后的TiO2光催化性能 光生電子在Ag島上富集，光生空穴向TiO2晶粒表面遷移，這樣行成的微電池促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，提高了光催化效率。 第五十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月將TiO2與其它半導(dǎo)體化合物復(fù)合，形成復(fù)合型半導(dǎo)體，改變其光譜響應(yīng)，可有效提高降解廢水中有機(jī)物的效率。其修飾方法包括

27、：簡(jiǎn)單的組合、摻雜、多層結(jié)構(gòu)異相組合；等。 復(fù)合半導(dǎo)體第五十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)合半導(dǎo)體 偶合型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖 SnO2TiO2電子轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖 第五十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月包覆型復(fù)合半導(dǎo)體電荷分離示意圖hvSnO2hvCBVBVBTiO2AA+SnO2TiO2電子轉(zhuǎn)移示意圖第五十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在TiO2中摻入一定量的非金屬、金屬離子，在光照作用下，摻雜引起的電子躍遷的能量要小于禁帶寬度3.2 eV，光譜響應(yīng)向可見(jiàn)光方向移動(dòng)，光催化活性提高。 摻雜離子法第五十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月離子摻雜

28、修飾 摻雜離子提高TiO2光催化效率的機(jī)制可以概括為以下幾個(gè)方面：第六十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 氮摻雜的二氧化鈦帶隙結(jié)構(gòu) 第六十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表面光敏化 S*ShvCBVB一AVBCBCBVBASAS一 光敏化的作用機(jī)理敏化劑激發(fā)后電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移給受體催化劑再生第六十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表面還原處理一方面，隨著TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的費(fèi)米能級(jí)升高，界面勢(shì)壘增大，減少了電子在表面的積累及與空穴的進(jìn)一步復(fù)合另一方面，在TiO2表面，Ti3+通過(guò)吸附分子氧，也形成了捕獲光生電子的部位 對(duì)于TiO2光催化反應(yīng)，電子向

29、分子氧的轉(zhuǎn)移是光催化氧化反應(yīng)的速度限制步驟，故表面Ti3+數(shù)量越多，越有利于電子向分子氧的轉(zhuǎn)移。第六十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表面螯合及衍生作用 表面衍生作用及金屬氧化 物在TiO2表面的螯合可進(jìn)一步改善界面電子傳遞效果，進(jìn)而影響TiO2光催化活性。1.可有效延長(zhǎng)光生電子-空穴的復(fù)合時(shí)間。2.能造成光催化劑TiO2的導(dǎo)帶向更負(fù)方向移動(dòng)。第六十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月超強(qiáng)酸化 增強(qiáng)催化劑表面酸性是提高光催化效率的一條新途徑。 一方面，通過(guò)二氧化鈦的SO42-表面修飾（超強(qiáng)酸化），是催化劑結(jié)構(gòu)明顯改善，有效地抑制了晶相轉(zhuǎn)變，使得具有高光催化本證活性的銳鈦礦含量增

30、加、晶粒度變小、比表面積增大、表面氧缺陷位增加。 另一方面，SO42-/TiO2超強(qiáng)酸催化劑表面由于受到SO42-誘導(dǎo)的相鄰L酸中心和B酸中心組成了基團(tuán)協(xié)同作用的超強(qiáng)酸中心增大了表面酸量及氧的吸附量。第六十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.3 TiO2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用第六十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的光催化劑，具有高活性、高化學(xué)穩(wěn)定性和無(wú)二次污染等，當(dāng)前，納米TiO2光催化的應(yīng)用主要用于：分解有機(jī)物貴金屬回收對(duì)廢水中有機(jī)污染物、空氣中NOx、有機(jī)烴等有害物質(zhì)進(jìn)行催化、氧化、分解來(lái)凈化水和空氣。氧化分解微生物、細(xì)菌等成水和二氧化碳，起

31、到滅菌，除臭、防污、自潔，即被稱為“光潔凈革命” 。第六十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2能有效地將廢水中的有機(jī)物降解為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無(wú)機(jī)小分子，達(dá)到完全無(wú)機(jī)化目的。 許多無(wú)機(jī)物在TiO2表面也具有光化學(xué)活性，利用TiO2催化劑的強(qiáng)氧化還原能力，可以將污水中汞、鉻、鉛及其氧化物等降解。 第六十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月TiO2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用第六十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月飲用水處理目前，我國(guó)樓房自來(lái)水供水系統(tǒng)一般采用水泵加水箱或儲(chǔ)水池組成，若維護(hù)不當(dāng)常會(huì)導(dǎo)致水中細(xì)菌含量過(guò)高。此外，在自來(lái)水中已

32、鑒定出2000多種有機(jī)物，其中有的是致癌的或可疑致癌的物質(zhì)。TiO2光催化能夠有效地殺滅大腸桿菌、綠膿桿菌等，殺菌效果達(dá)99%以上。另外，這個(gè)方法同時(shí)能夠去除水中的異味和有機(jī)污染物的臭氣，提高飲用水的質(zhì)量和口感。第七十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月印染廢水回用采用臭氧光催化耦合技術(shù)開(kāi)發(fā)出成套處理設(shè)備。該反應(yīng)器已在100m3/d規(guī)模印染廢水回用的生產(chǎn)性試驗(yàn)中取得了良好處理效果。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，兼具優(yōu)化光輻照范圍和傳質(zhì)效果，保證了處理效果。操作靈活，可根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)和出水要求，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，有效降低了運(yùn)行費(fèi)用。流程簡(jiǎn)潔，占地面積小。特別適用于難生物降解有機(jī)廢水的深度處理，如，印染廢

33、水，有機(jī)農(nóng)藥廢水，有機(jī)鹵化物廢水等。第七十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)器形式第七十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月流程第七十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月現(xiàn)場(chǎng)第七十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月空氣凈化技術(shù)室內(nèi)有害氣體主要來(lái)自裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等。利用TiO2的光催化作用，將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解、氧化，從而使這些物質(zhì)降解或除去。 納米TiO2光催化及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于新型光催化空氣凈化機(jī)，對(duì)甲醛(HCHO)、苯和總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)等有害物質(zhì)降解率均達(dá)到90%以上， 可應(yīng)用在煙氣污染凈化

34、、裝修污染治理等領(lǐng)域。第七十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月抗菌材料 利用抗菌性TiO2的抗菌、防污、除臭功能制備的抗菌建材、抗菌涂料不僅能將房間內(nèi)新建材、粘結(jié)劑等產(chǎn)生的甲醛、吸煙產(chǎn)生的乙醛、家庭灰塵產(chǎn)生的乙硫醇等有機(jī)異臭在紫外線下照射分解而消除掉，還能分解油分和有機(jī)表面污染。 韓國(guó)的賽拉米克公司與慶南大學(xué)合作，共同研制成功了抗菌瓷磚。它是將能起光催化作用的TiO2與銀、銅等離子混合，加入到瓷磚原料和釉料中，即使在弱光照射下也能產(chǎn)生強(qiáng)大的氧化力，使細(xì)菌、霉菌和有機(jī)物等分解，凈化環(huán)境。第七十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用TiO2光催化劑殺菌的特點(diǎn)第七十七張

35、，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月使某些癌細(xì)胞失活 TiO2表面修飾血卟啉（Hp，hematioporphyrin），通過(guò)有選擇地局部或局域注射微粒到瘤內(nèi)，隨后用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)紫外光集中照射瘤組織體，光激發(fā)TiO2顆粒表面生成強(qiáng)活性的反應(yīng)氧類（OH和H2O2）直接滲透進(jìn)入瘤組織體，而殺死瘤組織體內(nèi)的惡性細(xì)胞TiO2粉體癌細(xì)胞 光纖人眼紫外光Fujishaima 等設(shè)計(jì)的癌細(xì)胞光催化殺滅治療裝置第七十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光照前 光照后在小鼠的癌變部位注入納米TiO2第七十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月防結(jié)霧和自清潔涂層方面的應(yīng)用 在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜

36、上完全浸潤(rùn)。因此，在浴室鏡面、汽車玻璃及后視鏡等表面涂覆一層氧化鈦可以起到防結(jié)霧的作用 防霧作用第八十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生的的強(qiáng)氧化能力和超親水性，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔。TiO2薄膜有機(jī)污垢無(wú)機(jī)污垢CO2 H2O第八十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月防曬油、化妝品的應(yīng)用 太陽(yáng)光包含光的各種波長(zhǎng)，有可見(jiàn)光、紅外光、和紫外光。對(duì)人體傷害的是紫外光, 300400nm之間。所以在防曬油、化妝品中加入納米TiO2，一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高，達(dá)到保護(hù)皮膚的目的。顆粒不能太大或太小，一般40 nm, 太大起不到吸收作用，太小會(huì)堵塞毛孔,影響健康。第八十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月納米TiO2作為隱形材料的