《光催化氧化技術(shù)》ppt課件-文庫吧
2025-04-21 03:50 本頁面
【正文】 H H??? ? ? ?22e O O????22O H HO??? ? ?22222 OHOHO ???2222 OOHOHOOH ????? ??OHhOH ??? 222 ?其他產(chǎn)物?????? OHCOOHOO r g a n 222nM ( ) n e M?? ??金 屬 離 子圖中所反映的機理涉及的基本的反應(yīng)式表達(dá)如下： 16 在光照下 ， 如果光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度 ， 其價帶上的電子 （ e） 就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上 ， 同時在價帶上產(chǎn)生空穴（ h+） 。 當(dāng)存在合適的俘獲劑 、 表面缺陷或者其他因素時 ，電子和空穴的復(fù)合得到抑制 ， 就會在催化劑表面發(fā)生氧化 還原反應(yīng) 。 價帶空穴是良好的氧化劑 ， 導(dǎo)帶電子是良好的還原劑 ， 在半導(dǎo)體光催化反應(yīng)中 ， 一般與表面吸附的 H2O， O2反應(yīng)生成 ?OH和超氧離子 O2， 能夠把各種有機物直接氧化成CO H2O等無機小分子 ， 電子也具有強還原性 ， 可以還原吸附在其表面的物質(zhì) 。 激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價帶空穴能重新合并 ， 并產(chǎn)生熱能或其他形式散發(fā)掉 。 TiO2光催化氧化原理 17 光催化的技術(shù)特征 1. 低溫深度反應(yīng) 光催化氧化可以在室溫下將水 、 空氣和土壤中的有機污染物氧化 。 2. 綠色能源 光催化可利用太陽光作為能源來活化光催化劑 ， 驅(qū)動氧化 — 還原反應(yīng) ， 而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗 。 從能源角度而言 ， 這一特征使光催化技術(shù)更具魅力 。 18 光催化的技術(shù)特征 3. 氧化性強 大量研究表明 ， 半導(dǎo)體光催化具有氧化性強的特點 ， 對臭氧難以氧化的某些有機物如三氯甲烷 、 四氯化炭 、 六氯苯 、 都能有效地加以分解 ，所以對難以降解的有機物具有特別意義 。 4. 壽命長 理論上 ， 光催化劑的壽命是無限長的 。 19 5. 廣譜性 光催化對從烴到羧酸的眾多種類有機物都有氧化效果 ， 美國環(huán)保署公布的九大類114種污染物均被證實可通過光催化氧化法降解 ， 即使對有機物如鹵代烴 、 染料 、含氮有機物 、 有機磷殺蟲劑也有很好的去除效果 ， 一般經(jīng)過持續(xù)反應(yīng)可達(dá)到完全凈化 。 光催化的技術(shù)特征 20 光催化劑 （ Photocatalyst） 光催化劑 = 光 [Photo=Light] + 催化劑 [catalyst] 光催化劑是一種在光的照射下 ， 自身不起變化 ， 卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì) 。 光催化劑是將光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)的能量 ， 產(chǎn)生催化作用 ， 使周圍水分子及氧氣激發(fā)成極具氧化力的 OH及 O2。 用其分解對人體和環(huán)境有害的有機物質(zhì)及部分無機物質(zhì) ， 加速反應(yīng) ， 不造成資源浪費 ， 且不形成附加污染 。 21 常見的光催化材料 Photocatalyst Ebg eV) Photocatalyst Ebg (eV) Si ZnO TiO2（ Rutile） TiO2(Anatase) WO3 CdS ZnS SrTiO3 SnO3 WSe3 Fe2O3 aFe2O3 金屬硫化物在水溶液中不穩(wěn)定，會發(fā)生陽極光腐蝕，且有毒！ 鐵的氧化物會發(fā)生陰極光腐蝕 ZnO在水中不穩(wěn)定，會在粒子表面生成 Zn(OH)2 22 TiO2光催化劑 TiO2有三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：銳鈦礦（ anatase）結(jié)構(gòu)、金紅石（ rutile）結(jié)構(gòu)和板鈦礦（ brookite）結(jié)構(gòu)。 金紅石最穩(wěn)定，從低溫到熔點都不會發(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。 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 387nm的光，金紅石型 TiO2吸收小于 413nm的光。 23 TiO2光催化材料的特性 合適的半導(dǎo)體禁帶寬度。 具有良好的抗光腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。 廉價，原料來源豐富，成本低。 光催化活性高（吸收紫外光性能強；禁帶和導(dǎo)帶之間的能隙大，光生電子的還原性和空穴的氧化性強）。 對很多有機污染物有較強的吸附作用。 24 影響 TiO2光催化性能的因素 晶粒尺寸： 納米量級的 TiO2作為光催化劑將有利于提高光降解效率 ——粒徑的減小 ， 納米級光催化劑的表面原子數(shù)迅速增加 ， 光吸收效率提高 ， 從而增加表面光生載流子的濃度； ——晶粒越小 ， 表面原子比例增大 ， 表面 OH基團(tuán)的數(shù)目也隨之增加 ， 從而提高了反應(yīng)效率； ——晶粒尺寸的減小 ， 比表面積增大 ， 有利于反應(yīng)物的吸附 ， 增大反應(yīng)幾率 。 25 晶型：板鈦型 ， 銳鈦礦 ， 金紅石型 —— 板鈦型為不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)； —— 銳鈦型吸收紫外線的能力強 ， 其表面對 O2的吸附能力較強 ， 對電子 空穴對的捕收能力強 ， 所以具有較高的光催化活性； —— 金紅石型則因為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且致密 ， 具有較高的硬度 、密度 、 介電常數(shù)及折射率 ， 遮蓋力和著色力也較高 ， 但表面電子 空穴對重新復(fù)合的速度較快 ， 光催化活性差 。 影響 TiO2光催化性能的因素 26 形態(tài)：顆粒狀與膜狀 ——顆粒狀的光催化劑在溶液中呈懸浮狀態(tài) ， 在溶液中與有機物的接觸面積小 ， 且容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象 ——膜狀： ① 防止粒子的流失； ② 增加光催化劑整體的比表面積； ③ 光 催化劑表面受到光照射的催化劑粒子數(shù)目增加 ， 提高了光的利用率； ④ 一些載體可同光催化劑本身發(fā)生相互作用 ， 有利于電子 空穴對的分離； ⑤ 利用吸附劑類載體可增加對反應(yīng)物的吸附 ， 提高催化劑的光催化活性 ，同時實現(xiàn)吸附劑類載體的再生； ⑥ 用載體將光催化劑固定 ，便于制成各種形狀的光催化反應(yīng)器 。 影響 TiO2光催化性能的因素 27 TiO2光催化劑
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