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紡織行業(yè)大氣污染校級重點實驗室申請書-資料下載頁

2025-01-06 21:08本頁面
  

【正文】 污染物的化學(xué)組成成分,然后利用光催化反應(yīng)進(jìn)行實驗。半導(dǎo)體多相光催化技術(shù)起源于上世紀(jì)七十年代,自 1972 年日本學(xué) 者 Fujishima 和 Honda 發(fā)現(xiàn) TiO 2 單晶能光電催化分解水以來,光催化氧化還原技術(shù),在污水處理、空氣凈化、抗菌殺毒、太陽 能開發(fā)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,受到世界各國的廣泛關(guān)注,并得到了迅速發(fā) 展。大量研究證實 :染料、表面活性劑、有機鹵化物、農(nóng)藥、油類、氰化物等許多難降解或用其它方法難以去除的有機污染物都能夠通過光催化氧化反應(yīng)有效的降解、脫色、去毒,并最終完全礦化為 CO 2 、 H 2 O 及其他無機小分子物質(zhì),達(dá)到完全無機化的目的,從而消除對環(huán)境的污染 。 近年來,光催化技術(shù)處理環(huán)境污染的已經(jīng)廣 泛應(yīng)用,特別是在氣相催化研究 方面也取得了一定的成效。針對目前比較受關(guān)注的室內(nèi)墻體涂料揮發(fā)出的一些有機污染物,如苯,甲苯,甲醛等芳香族有機物,它們對人體有較大危害,極大的影響了空氣的質(zhì)量和人體的健康。而利用光催化技術(shù)處理這類有機污染物具有反應(yīng)速度快,光的利用效率高,不會產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。不僅如此,對農(nóng)藥、工 業(yè)制造、消毒防腐、建筑材料等產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物也具有較好的光催化活性。 光催化氧化技術(shù)應(yīng)用于降解空氣中的揮發(fā)性有機污染物的過程已經(jīng)成為最 理想的治理環(huán)境手段之一。 Salthammer 等 研究了氣相光 催化技術(shù)在處理目前室 內(nèi)墻體材料污染方面的應(yīng)用 , 其高效的催化性能使越來越多的關(guān)于墻體材料的 有機污染的催化應(yīng)用受到關(guān)注。利用光催化氧化技術(shù)能降解大部分的污染物 , 包括臭氧等強氧化劑無法氧化的難降解物質(zhì)和其他方法難以去除的痕量污染物 3. 人們發(fā)現(xiàn)了各種有機廢氣,從其所包含的元素劃分,目前主要有 以下幾種 :芳香族有機物,含硫有機物,含氯有機物,含氮有機物,各類醇,醛 等有機物。芳香族有機物主要是分子結(jié)構(gòu)中包含有苯環(huán)的一類物質(zhì)。在目前的光 催化實驗研究中,芳香族有機物已經(jīng)成為重要的目標(biāo)污染物之一。很多學(xué)者多苯, 甲 苯,丙酮等氣相有機物的光催化降解進(jìn)行了研究。 在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的現(xiàn)代社會, TiO 2 光催化降解有機廢氣技術(shù)具有廣泛 應(yīng)用前景,其能耗低,易操作,而且安全清潔等優(yōu)勢使得光催化技術(shù)在未來的環(huán) 境治理中扮演著重要的角色。 4. 光催化反應(yīng)機理 : TiO 2 +hυ→ TiO 2 +h + +e h + +e →熱量 H 2 O → H + +OH h + + OH → OH h + + H 2 O + O 2 → OH+ H + +O 2 h + + H 2 O→ OH + H + e + O 2 → O 2 O 2 + H + → HO 2 2 HO 2 → O 2 +H 2 O 2 HO 2 + H 2 O + e → H 2 O 2 + OH H 2 O 2 + e → OH + OH 一般的光催化反應(yīng)就是利 用催化劑產(chǎn)生的極其活潑的羥基自由基 ( OH),超 氧離子自由基 ( O 2 )等活性物質(zhì)將各種有機物污染物直接氧化為 CO 2 、 H 2 O 等無機小分子 。 。 TiO 2 光催化劑活性的途徑 因為具有光催化活性高,價廉,無毒,穩(wěn)定等優(yōu)點, TiO 2 光催化劑在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。但是因為它吸收太陽光的波長范圍太窄,量子效率又低,從而阻礙了其在環(huán)保方面的應(yīng)用。因此,我們通過對 TiO 2 光催化劑 進(jìn)行改性,提高其光催化活性。 將貴金屬或貴金屬氧化物負(fù)載在光催化劑半導(dǎo)體顆粒表面可以提高其光催化活性。這是由于光催化半導(dǎo)體的費米 (Fermi)能級與貴金屬的存在很大不同,在他們的表面相互接觸時,經(jīng)常會有電子由光催化半導(dǎo)體表面運動到貴金屬表面,直到兩者 的費米能級相等時為止。在它們表面積接觸后,它們之間形成一個短路的微電池,其中半導(dǎo)體表面上會存在多余的正電荷,貴金屬表面將存在多余的負(fù) 電荷。研究證明, Pt、 Ag 等貴金屬能夠有效捕獲光生電子,從而有效的抑制電 子和空穴的復(fù)合,大大增大光催化反應(yīng)的降解速率。其中應(yīng)用最廣泛的是在半導(dǎo) 體催化劑表面負(fù)載 Pt。 通過對 TiO 2 光催化劑進(jìn)行離子 (一般為稀土金屬離子、過渡金屬離子和無 機官能團(tuán)離子等 )摻雜,可以使 TiO 2 對光輻射的響應(yīng)波長擴展到可見光區(qū)域, 從而提高了其對太陽光的利用率。其原 因是過渡金屬元素存在多種化合價,當(dāng)少 量過渡金屬離子進(jìn)入到 TiO 2 晶格中后會在其晶體中形成缺陷并改變其結(jié)晶度, 變成光生電子一空穴對的淺勢捕獲阱,這些淺勢捕獲阱會捕獲光生電子從而使光 生電子與光生空穴的復(fù)合時間延長,而且還會讓 TiO 2 納米晶電極呈現(xiàn)出 pn 型 光響應(yīng)共存現(xiàn)象,減小光生電子空穴對復(fù)合幾率。 光催化半導(dǎo)體的表面光敏化作用是讓光活性化合物通過物理化學(xué)吸附使其 附著在氧化鋅半導(dǎo)體光催化劑的表面,在紫外可見光的輻射下,這些化合物具有 很大的激發(fā)因子,它們 在吸收光子后會受到激發(fā)生成自由電子,自由電子會運動 到 ZnO 導(dǎo)帶,從而被溶解的 O 2 捕獲形成 O 2 ,從而擴大半導(dǎo)體光催化劑對光的 響應(yīng)范圍,提高光催化降解反應(yīng)對太陽光的利用效率。一般我們所用的光活性化 合物大多是光敏有機染料,這些光敏染料分子的吸附功能基團(tuán)會與光催化半導(dǎo)體 催化劑相互作用,從而在染料分子和半導(dǎo)體表面之間出現(xiàn)電性耦合,從而最終達(dá) 到地電荷轉(zhuǎn)移的目的 ,然后進(jìn)行實驗;記錄實驗數(shù)據(jù),對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析;最后應(yīng)用專業(yè)知識找到最佳的光催化的催化劑來 協(xié)同脫除多種污染物。 例如:不同催化劑在光催化協(xié)同脫除多種污染物實驗對脫除污染物效率的影響 A B C 1 2 3 催 化 劑 名 稱 實 驗 次 數(shù) 4 提高 TiO 2 光催化劑活性的途徑 某種貴金屬 離子摻雜 表面光敏化及表面絡(luò)合物作用 1 2 3 4 試 劑 名 稱 試 驗 次 數(shù)
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