光催化氧化技術(shù)ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-06 03:50本頁(yè)面
【正文】 吸附量越大，活性越高。 注：具有大表面積的 TiO2往往存在更多的復(fù)合中心，當(dāng)復(fù)合過(guò)程起主要作用時(shí)，就會(huì)降低的光催化活性。 影響 TiO2光催化效率的因素 58 3. 混晶效應(yīng) 目前的研究發(fā)現(xiàn)高光催化活性的 TiO2多數(shù)為銳鈦礦型與金紅石型的混合物 。 混晶可以有效地促進(jìn)銳鈦礦型晶體中光生電子 、空穴的電荷分離 。 影響 TiO2光催化效率的因素 59 （ 二 ） 光源與光強(qiáng) TiO2表面雜質(zhì)和晶格缺陷使得 TiO2在一個(gè)較大的波長(zhǎng)范圍里有光催化活性 。 因此 ， 光源選擇比較靈活 ，如高壓汞燈 、 中壓汞燈 、 低壓汞燈 、 紫外燈 、 殺菌燈等 ， 波長(zhǎng)一般在 250~400nm內(nèi) 。 光強(qiáng)過(guò)強(qiáng) ， 光催化效果不一定好 ， 因?yàn)榇藭r(shí)存在中間氧化物在催化劑表面的競(jìng)爭(zhēng)性復(fù)合 。 影響 TiO2光催化效率的因素 60 （ 三 ） 溶液 pH值 在低 pH值和高 pH值時(shí) ， 都有可能出現(xiàn)較高速率的光催化反應(yīng) 。 pH值的變化對(duì)不同反應(yīng)物降解的影響也不同 。有關(guān)不同 pH值條件下光強(qiáng)對(duì)光量子產(chǎn)率的影響研究表明： 光強(qiáng)大于 1 106EinsteinL1s 1， 量子產(chǎn)率隨 pH值的增加而減??；光強(qiáng)小于 1 108EinsteinL1s 1時(shí) ，隨 pH值的增加 ， 量子產(chǎn)率急劇增大 。 因此 ， 在選擇光催化反應(yīng)的最佳 pH值時(shí) ， 要考慮光強(qiáng)大小的影響 。 影響 TiO2光催化效率的因素 61 （ 四 ） 有機(jī)物濃度 光 催 化 氧 化 的 反 應(yīng) 速 率 可 以 用 LangmuirHinshelwood動(dòng)力學(xué)方程式來(lái)描述： r = ?KC/(1+KC) 式中： r反應(yīng)速率； C反應(yīng)物濃度； K表觀吸附平衡常數(shù)； ?發(fā)生于光催化劑表面活性位置的表面反應(yīng)速率常數(shù) 。 低濃度時(shí) ， 上式可以簡(jiǎn)化為： r = ?KC = K180。C， 即反應(yīng)速率與濃度成正比 ， 初始濃度越高 ， 反應(yīng)速率越大 。 影響 TiO2光催化效率的因素 62 （五）外加氧化劑 光催化反應(yīng)要有效地進(jìn)行，需要減少光生電子和空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合，這可以通過(guò)使光生電子、光生空穴或兩者被不同的基元捕獲來(lái)實(shí)現(xiàn)。氧化劑是有效的導(dǎo)帶電子捕獲劑，可以有效地捕獲光生電子而使電子和空穴分離，達(dá)到提高光量子產(chǎn)率的目的。研究證明，光催化氧化的速率和效率在有 O H2O過(guò)硫酸鹽、高碘酸鹽存在時(shí)明顯提高。 影響 TiO2光催化效率的因素 63 （六）鹽 高氯酸、硝酸鹽對(duì)光催化的速率基本沒(méi)有影響；硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽則因?yàn)樗鼈兒芸毂淮呋瘎┪蕉沟醚趸俾氏陆盗?20%~70%； HCO3是主要的 OH清除劑，存在時(shí)能降低光催化的反應(yīng)活性。 HCO3 + OH → CO 32 + H2O 影響 TiO2光催化效率的因素 64 （ 七 ） 反應(yīng)溫度 有研究表明： TiO2光催化降解苯酚時(shí)的起始反應(yīng)速率隨著溫度的升高略有增加 ， 在光強(qiáng)較高時(shí) ， 這種現(xiàn)象尤為突出 。 （ 八 ） 表面螯合和共價(jià)作用的吸附物 通過(guò)金屬氧化物在半導(dǎo)體表面的螯合作用 ， 可以促進(jìn)界面電子的轉(zhuǎn)移 ， 提高光催化氧化的效率 。 與TiO2表面光生電子共價(jià)連接的吸附物 ， 也能提高光催化劑的活性 。 影響 TiO2光催化效率的因素 65 TiO2光催化技術(shù)在水處理中存在的問(wèn)題 盡管光催化技術(shù)在氧化降解有機(jī)污染物方面具有許多十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在下列問(wèn)題： （ 1）光催化量子效率低（約 4%）； （ 2）太陽(yáng)能利用率低； （ 3）光催化劑的負(fù)載和分離回收問(wèn)題、大型光催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題等。 66 TiO2光催化技術(shù)展望 今后的研究主要集中在以下幾方面 : 1. 設(shè)計(jì)高效的光催化反應(yīng)器。 2. 提高 光催化劑的催化活性， 即提高光催化劑的量子效率。 3. 提高光催化劑對(duì)太陽(yáng)光的利用率 67 TiO2光催化劑的改性研究 TiO2在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷： 1. 光生載流子容易重新復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率很低。 2. 帶隙能較寬，只能被波長(zhǎng)較短的紫外線激發(fā)，這些紫外線占太陽(yáng)能射線的 4%~5%，太陽(yáng)能利用率較低。 68 1. TiO2表面貴金屬沉積 催化劑表面負(fù)載金屬提高光催化效率 ， 如在 TiO2中加入 Pt和 Ag等貴金屬 。 2. 金屬離子摻雜 金屬離子摻雜把金屬離子引入到 TiO2的晶格缺陷位置 ， 金屬離子是電子的良好接受體 ， 可以捕獲電子 。由于金屬離子對(duì)電子的爭(zhēng)奪 ， 減少了 TiO2中光生電子和空穴的復(fù)合幾率 ， 而產(chǎn)生更多的 OH， 提高光催化效率 。 TiO2光催化劑的改性研究 69 3. 加入氧化劑 促成 OH的生成與提高電子 空穴對(duì)分離效率是提高光催化氧化反應(yīng)速率和效率的重要途徑 ， 因此向體系中加入氧化劑 ， 使得催化劑表面的電子被氧化劑捕獲 ， 可以有效地抑制電子和空穴復(fù)合 ， 提高光催化的效率 。 常用的氧化劑有 O3， O2， H2O2， Fe3+等 。 TiO2光催化劑的改性研究 70 4. 復(fù)合光催化劑 采用浸漬法或混合溶膠法等將 TiO2與其他半導(dǎo)體復(fù)合 ， 形成復(fù)合型半導(dǎo)體 ， 包括半導(dǎo)體 半導(dǎo)體復(fù)合物和半導(dǎo)體 絕緣體復(fù)合物 。TiO2與 In2O CdS或 CdSe等形成的復(fù)合半導(dǎo)體研究較多 。 TiO2光催化劑的改性研究 71 5. 添加光敏化劑 光敏化劑作用是將光活性化合物化學(xué)吸附或物理吸附于光催化劑表面 ， 從而擴(kuò)大激發(fā)波長(zhǎng)范圍 ， 增加光催化反應(yīng)的效率 。
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