tio2光催化原理和應(yīng)用(編輯修改稿)
2024-08-21 00:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 O2的過程，二氧化鈦光催化用于電鍍工業(yè)廢水的處理，不僅能還原鍍液中的貴金屬，而且還能消除鍍液中氰化物對(duì)環(huán)境的污染，是一種有實(shí)用價(jià)值的處理方法。在保潔除菌方面的研究，Matsunaga在1958年首先發(fā)現(xiàn)二氧化鈦（TiO2）在金鹵燈照射下，能有效殺滅乳干嗜酸菌、酵母菌和大腸桿菌等細(xì)菌。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，在光催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高氧化性羥基自由基（OH），可有效破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和凝固病毒的蛋白質(zhì)，從而滅活它們。并且，這種殺菌效果幾乎是無選擇性的，包括各種細(xì)菌和病毒。因此，從20世紀(jì)90年代以來，日本在其實(shí)施的環(huán)境空氣惡臭管理法的推動(dòng)下，大力開展大氣除臭、凈化、防污、抗菌、防霉、防霧等工作。與此同時(shí)，日本學(xué)者Fujishima等人研究發(fā)現(xiàn)在玻璃、陶瓷表面涂上一層TiO2透明薄膜，經(jīng)光照后，表面具有滅菌、除臭和防污自潔功能，從而開辟了光催化劑薄膜功能材料研究這一新領(lǐng)域。隨著物質(zhì)生活的提高，居室裝修和家用電器、家具的大量使用，室內(nèi)揮發(fā)性有害有機(jī)化合物（Volatile organic pounds ,VOCs）的釋放源在不斷的增多，人類進(jìn)入到以“室內(nèi)空氣污染”為標(biāo)志的第三污染時(shí)期，室內(nèi)空氣污染已被列為全球四個(gè)關(guān)鍵的環(huán)境問題之一。室內(nèi)VOCs的危害大，許多慢性疾病的高發(fā)與之相關(guān)，而VOCs成分復(fù)雜且難以分離，以往以除塵為主的空氣凈化手段不能給予有效的治理，開展室內(nèi)VOCs的新的治理方法研究必將成為預(yù)防醫(yī)學(xué)新的熱點(diǎn)。噴涂在材質(zhì)表面的納米TiO2，在紫外線的照射下能轉(zhuǎn)化空氣中VOCs。實(shí)際上，經(jīng)普通玻璃后，室內(nèi)陽光的紫外線幾乎為零，所以單純的TiO2轉(zhuǎn)化室內(nèi)空氣中VOCs，需要紫外光源的輔助。隨著摻雜技術(shù)的發(fā)展，TiO2NCP的激發(fā)波長(zhǎng)紅移，使室內(nèi)VOCs 的PCO過程可在可見光下進(jìn)行，TiO2NCP能有效地分解室內(nèi)醛系物、苯系物、硫醇、酮類和氮氧化物等VOCs。近幾年來，在眾多的非金屬摻雜方法中，氮摻雜因?yàn)閷?duì)可見光的量子效應(yīng)高、價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單而被研究的最多，NTiO2對(duì)難降解的苯系物的降解效果顯著地高于無摻雜TiO2。NTiO2在拓寬光催化響應(yīng)波長(zhǎng)的同時(shí)，極大地提高了催化活性。前幾年,包括Ag、Cu、Fe、Sn、Cd、Cr等金屬和某些稀土元素?fù)诫s到納米TiO2中被廣泛研究，并檢驗(yàn)其對(duì)VOCs的降解能力。金屬離子摻雜TiO2降解VOCs的反應(yīng)速率受溫度，濕度，光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，氧氣濃度，污染物的濃度和催化劑用量等多種因素影響。濕度太大和太小都不利于甲醛的分解，35%是最佳降解濕度；空氣中的氧氣含量越高降解效果越好，使用254 nm光照射優(yōu)于365 nm。從成本和工藝角度考慮，F(xiàn)e離子摻雜更具實(shí)用價(jià)值，理論上Fe3+替代TiO2八面體晶格中的Ti4+，能拓寬TiO2的可見光響應(yīng)區(qū)間，并抑制(eh+)的簡(jiǎn)單復(fù)合。摻Fe的納米TiO2，以室內(nèi)甲苯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，甲苯的分解效率明顯增大。 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展所帶來的持續(xù)不斷的污染物排放和急劇增大的富營養(yǎng)化，融入自然水循環(huán)體系中的有害物質(zhì)必將對(duì)人類飲用水的安全造成嚴(yán)重的沖擊。這些有害物質(zhì)包括難降解的永久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants,POPs)、涵蓋藍(lán)藻毒素的自然有機(jī)物（natural organic matters ，NOMs）、與農(nóng)資相關(guān)的含N化合物、涉水器材釋放的塑化劑、以及現(xiàn)行水處理的消毒副產(chǎn)物（disinfection Byproduct, DBPs）等等。而除去水中毒害大的這些微量有害物質(zhì)，是飲水處理的難題。最近幾年，針對(duì)飲用水中的兩類問題相對(duì)較大的有機(jī)有害物—POPs和NOMs，不少人嘗試采用TiO2NCP技術(shù)進(jìn)行深處理研究。在全球性的環(huán)境污染指標(biāo)中，POPs倍受關(guān)注，自然水循環(huán)體系是POPs存在的主要場(chǎng)所之一。水中的POPs危害大、難處理，危險(xiǎn)性在日益增大。目前我國的城市用水、水庫、 江河和湖海都能檢出POPs，水生生態(tài)系統(tǒng)中有多種POP的水平處于在全球數(shù)值范圍的高端；其中河流和沿海水域的多氯聯(lián)苯和滴滴涕已對(duì)當(dāng)?shù)鼐用駱?gòu)成健康風(fēng)險(xiǎn)，所以消除水中POPs的意義很大。吸附/PCO的協(xié)同作用是水中POPs凈化的一個(gè)極為重要的有效且經(jīng)濟(jì)的手段；在PCO處理中，TiO2NCP比多相催化臭氧氧化、電催化氧化等較為溫和且“零”廢物產(chǎn)生, 雖然目前很多研究還停留在實(shí)驗(yàn)室水平，但卻展示出了巨大的應(yīng)用潛力。TiO2NCP的PCO甚至能分解掉難分解的POPs中間產(chǎn)物，如苯酚、氯苯和甲苯等。負(fù)載在玻璃上的納米二氧化鈦薄膜光催化反應(yīng)器，對(duì)微量有機(jī)污染物的處理，在2~3小時(shí)內(nèi)，總有機(jī)污染物的去除率達(dá)到45％~63％；光催化過程 ?
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1