1、光催化氧化技术光催化氧化技术（Technology of Photocatalysis Oxidation)什么是光催化什么是光催化? ?概括说来，就是光催化剂在光的作用下发生催化作用。概括说来，就是光催化剂在光的作用下发生催化作用。光催化剂：光催化剂：一种在光的照射下，自身不起变化，却可一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质。利用光能转换成为化学反应所以促进化学反应的物质。利用光能转换成为化学反应所需的能量，产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发需的能量，产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由基或负离子。成极具氧化力的自由基或负离子。光催化剂在光照条件（可

　　2、以是不同波长的光照）下所光催化剂在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为起到催化作用的化学反应，统称为光催化反应。光催化反应。光催化一般是光催化一般是多种相态之间多种相态之间的催化反应。的催化反应。光催化氧化 均相光催化氧化均相光催化氧化 非均相光催化氧化非均相光催化氧化均相光催化氧化UV/Fenton试剂法一、一、Fenton试剂试剂 Fenton 试剂：试剂：Fe2+和和H2O2的组合。的组合。已有已有100多年的应用历史，在精细化工、药学化工、多年的应用历史，在精细化工、药学化工、医药卫生、环境污染治理等方面都有应用。医药卫生、环境污染治理等方面都有应用。 1

　　3、964年，年，Eisenhouser首次使用首次使用Fenton试剂处理苯试剂处理苯酚及烷基苯废水。酚及烷基苯废水。 Fenton试剂在废水处理中主要用于去除试剂在废水处理中主要用于去除COD、色、色度和泡沫等。度和泡沫等。均相光催化氧化均相光催化氧化UV/Fenton试剂法试剂法二、二、Fenton氧化机理氧化机理操作条件：操作条件：pH = 35三、三、Fenton试剂在废水处理中的应用试剂在废水处理中的应用单独作为一种处理方法氧化有机废水单独作为一种处理方法氧化有机废水与其他技术联用，如混凝沉降法、活性炭法、生与其他技术联用，如混凝沉降法、活性炭法、生物法、物法、UVUV/Fenton反

　　4、应体系反应体系均相光催化氧化均相光催化氧化UV/FentonUV/Fenton试剂法试剂法UV/Fenton法及反应机理UV/Fenton的优点 降低降低Fe2+的用量，保持的用量，保持H2O2较高的利用率较高的利用率。 UV和和Fe2+对对H2O2的催化分解存在协同效应，的催化分解存在协同效应，即：即：OH的生成速率远大于传统的生成速率远大于传统Fenton法和紫外法和紫外催化催化H2O2分解速率的简单加和。分解速率的简单加和。均相光催化氧化均相光催化氧化UV/FentonUV/Fenton试剂法试剂法影响UV/Fenton反应的因素 有机物浓度：污染物的去除率均随其起始浓度的有机物浓度：污

　　5、染物的去除率均随其起始浓度的增加而降低。增加而降低。 Fe2+浓度：浓度：Fe2+浓度过多，不利于浓度过多，不利于 OH的生成而的生成而使得反应速率降低；使得反应速率降低； Fe2+过低不利于过低不利于H2O2分解分解为为 OH。维持适当的。维持适当的Fe2+浓度。浓度。 H2O2浓度：在维持其他反应条件不变的前提下，浓度：在维持其他反应条件不变的前提下，增大增大H2O2投加浓度或投加量可以提高反应速率。投加浓度或投加量可以提高反应速率。均相光催化氧化均相光催化氧化UV/FentonUV/Fenton试剂法试剂法4. 载气：氮气、空气和氧气三种载气的比较，氧气作载气：氮气、空气和氧气三种载气的

　　6、比较，氧气作为载气效果最好。为载气效果最好。5. pH值和温度：温度影响不大；值和温度：温度影响不大；pH值控制在值控制在6以下。以下。6. 反应时间：取决于诸多因素，最显著的是催化剂剂反应时间：取决于诸多因素，最显著的是催化剂剂量和废水负荷。量和废水负荷。7. 光源：照射剂量越大，对有机物的矿化效果越好。光源：照射剂量越大，对有机物的矿化效果越好。均相光催化氧化均相光催化氧化UV/FentonUV/Fenton试剂法试剂法非均相光催化氧化技术非均相光催化氧化技术TiO2光催化氧化技术光催化氧化技术非均相光催化技术的发展概况非均相光催化技术的发展概况1972年，年，Fujishima 和和Ho

　　7、nda在在 半导体半导体TiO2电极上发电极上发现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这现了水的光催化分解作用，从而开辟了半导体光催化这一新的领域。一新的领域。1977年，年，Yokota 等发现在光照条件下等发现在光照条件下, TiO2对丙烯环氧对丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为化具有光催化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为有机物氧化反应提供了一条新的思路。有机物氧化反应提供了一条新的思路。近三十多年来，光催化技术在环保、卫生保健、有机合近三十多年来，光催化技术在环保、卫生保健、有机合成等方面的应用研究发展迅速，半导体光催化成为国际成等方面的应用研究发展迅速

　　8、，半导体光催化成为国际上最活跃的研究领域之一。上最活跃的研究领域之一。有机物有机物催化剂催化剂光光源源光降解产物光降解产物烃：脂肪烃、芳香烃烃：脂肪烃、芳香烃TiO2紫紫外外CO2、H2卤代物：卤代烷烃、烯烃、脂卤代物：卤代烷烃、烯烃、脂肪酸卤代芳香族化合物肪酸卤代芳香族化合物TiO2紫紫外外HCl、CO2羧酸：乙酸、丙酸、丁酸、戊羧酸：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、乙酰丙酸酸、乳酸、乙酰丙酸TiO2紫紫外外CO、H2烷、烃、醇烷、烃、醇表面活性剂：表面活性剂：DBS、SDS、BS、4-氯酚氯酚Fe2O3、ZnO、TiO2等等日日光光灯灯CO2、HCl、SO32-染料：酸性红、直接耐酸大红、染

　　9、料：酸性红、直接耐酸大红、活性艳红、酸性艳蓝、阳离子活性艳红、酸性艳蓝、阳离子艳红艳红TiO2紫紫外外CO2、H2O、无、无机离子等机离子等含氮有机物：磷酸四丁基铵、含氮有机物：磷酸四丁基铵、阿特拉津、苯丙氨酸阿特拉津、苯丙氨酸TiO2紫紫外外CO32-、NO3-、NH4+ 等等不同类型有机物的光催化降解不同类型有机物的光催化降解 TiO2光催化氧化的原理光催化氧化的原理 光催化剂光催化剂 光催化反应器光催化反应器 TiO2光催化技术的应用光催化技术的应用 展望展望TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理2TiOhhehe 热量2H OHOHhOHHO222hH

　　10、 OOHOHO2hH OOHH22eOO22OHHO22222OHOHO2222OOHOHOOHOHhOH222其他产物OHCOOHOOrgan222nM()neM金属离子图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下：图中所反映的机理涉及的基本的反应式表达如下：在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，）。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，电子和空穴的复合得到抑制，就会

　　11、在催化剂表面发生氧化电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化-还还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O，O2反反应生成应生成OH和超氧离子和超氧离子O2-，能够把各种有机物直接氧化成，能够把各种有机物直接氧化成CO2、H2O等无机小分子，电子也具有强还原性，可以还原等无机小分子，电子也具有强还原性，可以还原吸附在其表面的物质。吸附在其表面的物质。激发态的导带电子和价带空穴能重新合并，并产生热能或其激发态的导带电子和价带空穴能重新

　　12、合并，并产生热能或其他形式散发掉。他形式散发掉。 TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理光催化的技术特征光催化的技术特征 1. 低温深度反应低温深度反应 光催化氧化可以在室温下将水、空气和土壤中光催化氧化可以在室温下将水、空气和土壤中的有机污染物氧化。的有机污染物氧化。2. 绿色能源绿色能源 光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化剂，驱动氧化还原反应，而且光催化剂在反还原反应，而且光催化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。征使光催化技术更具魅力。光催化的技术特征光催化的技术

　　13、特征 3. 氧化性强氧化性强大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义。所以对难以降解的有机物具有特别意义。4. 寿命长寿命长理论上，光催化剂的寿命是无限长的。理论上，光催化剂的寿命是无限长的。 5. 广谱性广谱性光催化对从烃到羧酸的众多种类有机物都光催化对从烃到羧酸的众多种类有机物都有氧化效果，美国环保署公布的九大类有氧化效果，美国环保署公布的九大类114种污

　　14、染物均被证实可通过光催化氧化种污染物均被证实可通过光催化氧化法降解，即使对有机物如卤代烃、染料、法降解，即使对有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。化。光催化的技术特征光催化的技术特征 光催化剂（Photocatalyst）光催化剂光催化剂 = 光光 Photo=Light + 催化剂催化剂 catalyst光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质以促进化学反应的物质。光催化剂是将光能转换成为

　　15、。光催化剂是将光能转换成为化学反应的能量，产生催化作用，使周围水分子及氧化学反应的能量，产生催化作用，使周围水分子及氧气激发成极具氧化力的气激发成极具氧化力的 OH及及O2-。用其分解对和。用其分解对和环境有害的有机物质及部分无机物质，加速反应，不环境有害的有机物质及部分无机物质，加速反应，不造成资源浪费，且不形成附加污染。造成资源浪费，且不形成附加污染。常见的光催化材料PhotocatalystEbg eV)PhotocatalystEbg (eV)Si1.1ZnO3.2TiO2（Rutile）3.0TiO2(Anatase)3.2WO32.7CdS2.4ZnS3.7SrTiO33.

　　16、4SnO33.5WSe31.2Fe2O32.2a-Fe2O33.1金属硫化物在水溶液中不稳定，金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生阳极光腐蚀，且有毒！会发生阳极光腐蚀，且有毒！铁的氧化物会发生阴极光腐蚀铁的氧化物会发生阴极光腐蚀ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2TiO2光催化剂光催化剂 TiO2有三种不同的晶体结构：锐钛矿（有三种不同的晶体结构：锐钛矿（anatase）结构、）结构、金红石（金红石（rutile）结构和板钛矿（）结构和板钛矿（brookite）结构。）结构。金红石最稳定，从低温到熔点都不会发生晶相转变；锐金红石最稳。