光催化氧化技术（模板参考）

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1、光催化氧化技术光催化氧化技术（Technology of Photocatalysis Oxidation)1医疗模板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。光光催催化化剂剂：一一种种在在光光的的照照射射下下，自自身身不不起起变变化化，却却可可以以促促进进化化学学反反应应的的物物质质。利利用用光光能能转转换换成成为为化化学学反反应应所所需需的的能能量量，产产生生催催化化作作用用，使使周周围围的的氧氧气气及及水水分分子子激激发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。光光催催化化剂剂在在光光

2、照照条条件件（可可以以是是不不同同波波长长的的光光照照）下下所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。2医疗模板光催化氧化 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3医疗模板均相光催化氧化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。已已有有100多多年年的的应应用用历历史史，在在精精细细化化工工、药药学学化化工工、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

3、用。 1964年年，Eisenhouser首首次次使使用用Fenton试试剂剂处处理理苯苯酚及烷基苯废水。酚及烷基苯废水。 Fenton试试剂剂在在废废水水处处理理中中主主要要用用于于去去除除COD、色色度和泡沫等。度和泡沫等。4医疗模板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 FeFe2+2+ + H + H2 2OO2 2 OH + OH OH + OH + Fe+ Fe3+3+ Fe Fe3+3+ + H + H2 2OO2 2 Fe Fe2+2+ + HO + HO2 2 + H + H+ +操作条件：操作条件：pH = 35三、三

4、、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与其其他他技技术术联联用用，如如混混凝凝沉沉降降法法、活活性性炭炭法法、生生物法、物法、UV5医疗模板UV/Fenton反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6医疗模板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的的催催化化分分解解存存在在协协同同效效应应，即即：OH的的生生成成速速率率远远大大于于传传统

5、统Fenton法法和和紫紫外外催催化化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7医疗模板影响UV/Fenton反应的因素1.有有机机物物浓浓度度：污污染染物物的的去去除除率率均均随随其其起起始始浓浓度度的的增加而降低。增加而降低。2. Fe2+浓浓度度：Fe2+浓浓度度过过多多，不不利利于于 OH的的生生成成而而使使得得反反应应速速率率降降低低； Fe2+过过低低不不利利于于H2O2分分解解为为 OH。维持适当的。维持适当的Fe2+浓度。浓度。3. H2O2浓浓度度：在在维维持持其其他他反反应应条条件件不不变变

6、的的前前提提下下，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8医疗模板4. 载载气气：氮氮气气、空空气气和和氧氧气气三三种种载载气气的的比比较较，氧氧气气作作为载气效果最好。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. 反反应应时时间间：取取决决于于诸诸多多因因素素，最最显显著著的的是是催催化化剂剂剂剂量和废水负荷。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

7、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9医疗模板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10医疗模板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Honda在在 半半导导体体TiO2电电极极上上发发现现了了水水的的光光催催化化分分解解作作用用，从从而而开开辟辟了了半半导导体体光光催催化化这这一新的领域。一新的领域。1977年年，Yokota 等等发发现现在在光光照照条条件件下下, TiO2对对丙丙烯烯环环氧氧化化具具有有光光催催化化活活性性，从从而而拓拓宽宽了了光光

8、催催化化的的应应用用范范围围，为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。近近三三十十多多年年来来，光光催催化化技技术术在在环环保保、卫卫生生保保健健、有有机机合合成成等等方方面面的的应应用用研研究究发发展展迅迅速速，半半导导体体光光催催化化成成为为国国际际上最活跃的研究领域之一。上最活跃的研究领域之一。11医疗模板有机物有机物催化剂催化剂光源光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紫外紫外CO2、H2卤卤代代物物：卤卤代代烷烷烃烃、烯烯烃烃、脂脂肪肪酸酸卤代芳香族化合物卤代芳香族化合物TiO2紫外紫外HCl、CO2羧羧酸酸：乙乙酸酸、丙

9、丙酸酸、丁丁酸酸、戊戊酸酸、乳酸、乙酰丙酸乳酸、乙酰丙酸TiO2紫外紫外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等等日光日光灯灯CO2、HCl、SO32-染染料料：酸酸性性红红、直直接接耐耐酸酸大大红红、活活性艳红、酸性艳蓝、阳离子艳红性艳红、酸性艳蓝、阳离子艳红TiO2紫外紫外 CO2、H2O、无机、无机离子等离子等含含氮氮有有机机物物：磷磷酸酸四四丁丁基基铵铵、阿阿特特拉津、苯丙氨酸拉津、苯丙氨酸TiO2紫外紫外CO32-、NO3-、NH4+ 等等有机磷杀虫剂：有机磷杀虫剂：DDVP、DEPTiO2紫外紫外Cl-、

10、PO43-、CO2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12医疗模板 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13医疗模板TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理14医疗模板TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理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：15医疗模板在在光光照照下下，如如果果光光子子的的能能量量大大于于半半导导体体禁禁带带宽宽度度，其其价价带带上上的的电电子子（e-）就就会会被被激激发发到到导导带带上上，同同时时在在价价带带上上产

11、产生生空空穴穴（h+）。当当存存在在合合适适的的俘俘获获剂剂、表表面面缺缺陷陷或或者者其其他他因因素素时时，电电子子和和空空穴穴的的复复合合得得到到抑抑制制，就就会会在在催催化化剂剂表表面面发发生生氧氧化化-还还原原反反应应。价价带带空空穴穴是是良良好好的的氧氧化化剂剂，导导带带电电子子是是良良好好的的还还原原剂剂，在在半半导导体体光光催催化化反反应应中中，一一般般与与表表面面吸吸附附的的H2O，O2反反应应生生成成OH和和超超氧氧离离子子O2-，能能够够把把各各种种有有机机物物直直接接氧氧化化成成CO2、H2O等等无无机机小小分分子子，电电子子也也具具有有强强还还原原性性，可可以以还还原原吸

12、附在其表面的物质。吸附在其表面的物质。激激发发态态的的导导带带电电子子和和价价带带空空穴穴能能重重新新合合并并，并并产产生生热热能能或或其其他形式散发掉。他形式散发掉。 TiO2光催化氧化原理光催化氧化原理16医疗模板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 光光催催化化氧氧化化可可以以在在室室温温下下将将水水、空空气气和和土土壤壤中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 光光催催化化可可利利用用太太阳阳光光作作为为能能源源来来活活化化光光催催化化剂剂，驱驱动动氧氧化化还还原原反反应应，而而且且光光催催化化剂剂在在反反应应过过程程中中并并不不消消耗

13、耗。从从能能源源角角度度而而言言，这这一一特特征使光催化技术更具魅力。征使光催化技术更具魅力。17医疗模板光催化的技术特征光催化的技术特征 3. 氧化性强氧化性强大大量量研研究究表表明明，半半导导体体光光催催化化具具有有氧氧化化性性强强的的特特点点，对对臭臭氧氧难难以以氧氧化化的的某某些些有有机机物物如如三三氯氯甲甲烷烷、四四氯氯化化炭炭、六六氯氯苯苯、都都能能有有效效地地加加以以分分解解，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。 18医疗模板5. 广谱性广谱性光光催催化化对对

14、从从烃烃到到羧羧酸酸的的众众多多种种类类有有机机物物都都有有氧氧化化效效果果，美美国国环环保保署署公公布布的的九九大大类类114种种污污染染物物均均被被证证实实可可通通过过光光催催化化氧氧化化法法降降解解，即即使使对对有有机机物物如如卤卤代代烃烃、染染料料、含含氮氮有有机机物物、有有机机磷磷杀杀虫虫剂剂也也有有很很好好的的去去除除效效果果，一一般般经经过过持持续续反反应应可可达达到到完完全全净净化。化。光催化的技术特征光催化的技术特征 19医疗模板光催化剂（Photocatalyst）光催化剂光催化剂 = 光光 Photo=Light + 催化剂催化剂 catalyst光光催催化化剂剂是是一一

15、种种在在光光的的照照射射下下，自自身身不不起起变变化化，却却可可以以促促进进化化学学反反应应的的物物质质。光光催催化化剂剂是是将将光光能能转转换换成成为为化化学学反反应应的的能能量量，产产生生催催化化作作用用，使使周周围围水水分分子子及及氧氧气气激激发发成成极极具具氧氧化化力力的的 OH及及O2-。用用其其分分解解对对人人体体和和环环境境有有害害的的有有机机物物质质及及部部分分无无机机物物质质，加加速速反反应应，不不造成资源浪费，且不形成附加污染。造成资源浪费，且不形成附加污染。20医疗模板常见的光催化材料PhotocatalystEbg eV)PhotocatalystEbg (eV)Si1

16、.1ZnO3.2TiO2（Rutile）3.0TiO2(Anatase)3.2WO32.7CdS2.4ZnS3.7SrTiO33.4SnO33.5WSe31.2Fe2O32.2a-Fe2O33.1金属硫化物在水溶液中不金属硫化物在水溶液中不稳定，定，会会发生阳极光腐生阳极光腐蚀，且有毒！，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)221医疗模板TiO2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

17、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；锐金红石最稳定，从低温到熔点都不会发生晶相转变；锐钛矿次之，在室温下稳定；板钛矿很少见。钛矿次之，在室温下稳定；板钛矿很少见。具有光催化作用的主要是锐钛矿结构和金红石结构，其具有光催化作用的主要是锐钛矿结构和金红石结构，其中以锐钛矿结构的催化活性最高。中以锐钛矿结构的催化活性最高。锐钛矿型锐钛矿型TiO2吸收小于吸收小于387nm的光，金红石型的光，金红石型TiO2吸收吸收小于小于413nm的光。的光。22医疗模板TiO2光催化材料的特性光催化材料的特性合适的半导体禁带宽度。合适的半导体禁带

18、宽度。具有良好的抗光腐蚀性和化学稳定性。具有良好的抗光腐蚀性和化学稳定性。廉价，原料来源丰富，成本低。廉价，原料来源丰富，成本低。光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光生电子的还原性和导带之间的能隙大，光生电子的还原性和空穴的氧化性强）。和空穴的氧化性强）。 对很多有机污染物有较强的吸附作用。对很多有机污染物有较强的吸附作用。23医疗模板影响影响TiO2光催化性能的因素光催化性能的因素晶晶粒粒尺尺寸寸：纳纳米米量量级级的的TiO2作作为为光光催催化化剂剂将将有有利利于于提高光降解效率提高光降解效率粒粒径径的的减减小小，纳纳米米级级光光催催

19、化化剂剂的的表表面面原原子子数数迅迅速速增增加加，光光吸吸收收效效率率提提高高，从从而而增增加加表表面面光光生生载载流流子的浓度；子的浓度；晶晶粒粒越越小小，表表面面原原子子比比例例增增大大，表表面面OHOH基基团团的的数目也随之增加，从而提高了反应效率；数目也随之增加，从而提高了反应效率；晶晶粒粒尺尺寸寸的的减减小小，比比表表面面积积增增大大，有有利利于于反反应应物的吸附，增大反应几率。物的吸附，增大反应几率。24医疗模板晶型：板钛型，锐钛矿，金红石型晶型：板钛型，锐钛矿，金红石型板钛型为不稳定的结构；板钛型为不稳定的结构；锐锐钛钛型型吸吸收收紫紫外外线线的的能能力力强强，其其表表面面对对O

20、2的的吸吸附附能能力力较较强强，对对电电子子-空空穴穴对对的的捕捕收收能能力力强强，所所以以具具有有较较高高的的光催化活性；光催化活性；金金红红石石型型则则因因为为结结构构稳稳定定且且致致密密，具具有有较较高高的的硬硬度度、密密度度、介介电电常常数数及及折折射射率率，遮遮盖盖力力和和着着色色力力也也较较高高，但但表面电子表面电子-空穴对重新复合的速度较快，光催化活性差。空穴对重新复合的速度较快，光催化活性差。影响影响TiO2光催化性能的因素光催化性能的因素25医疗模板形态：颗粒状与膜状形态：颗粒状与膜状颗颗粒粒状状的的光光催催化化剂剂在在溶溶液液中中呈呈悬悬浮浮状状态态，在在溶溶液液中中与与有

21、机物的接触面积小，且容易发生团聚现象有机物的接触面积小，且容易发生团聚现象膜膜状状：防防止止粒粒子子的的流流失失；增增加加光光催催化化剂剂整整体体的的比比表表面面积积；光光催催化化剂剂表表面面受受到到光光照照射射的的催催化化剂剂粒粒子子数数目目增增加加，提提高高了了光光的的利利用用率率；一一些些载载体体可可同同光光催催化化剂剂本本身身发发生生相相互互作作用用，有有利利于于电电子子-空空穴穴对对的的分分离离；利利用用吸吸附附剂剂类类载载体体可可增增加加对对反反应应物物的的吸吸附附，提提高高催催化化剂剂的的光光催催化化活活性性，同同时时实实现现吸吸附附剂剂类类载载体体的的再再生生；用用载载体体将将

22、光光催催化化剂剂固固定定，便于制成各种形状的光催化反应器。便于制成各种形状的光催化反应器。影响影响TiO2光催化性能的因素光催化性能的因素26医疗模板TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 （一）纳米（一）纳米TiO2粉体光催化剂的制备方法粉体光催化剂的制备方法 气相法：高温氧化原理气相法：高温氧化原理优点：优点：反应速度快，能实现连续生产，制得的产品纯度反应速度快，能实现连续生产，制得的产品纯度高、粒度小、分散性好、表面活性大。高、粒度小、分散性好、表面活性大。缺点：缺点：对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式等均有很高的要求。等均有很高的

23、要求。 液相法液相法优点：优点：合成温度低、设备简单、成本低。合成温度低、设备简单、成本低。缺点：缺点：颗粒大小、形状不均，分散性差，影响产品的使颗粒大小、形状不均，分散性差，影响产品的使用效果和应用范围用效果和应用范围27医疗模板粉体粉体TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 1.水解法水解法 利利用用钛钛醇醇盐盐（钛钛酸酸丁丁脂脂）能能溶溶于于有有机机溶溶剂剂并并发发生生水水解解生生成成氢氢氧氧化化物物或或氧氧化化物物的的特特性性制制备备纳纳米米TiO2最最简简单单的方法。的方法。2. 沉淀法沉淀法 普普通通沉沉淀淀法法以以TiCl4、Ti(SO4)2等等无无机机盐盐为为原原料料，用

24、用氨氨水、水、NaOH和和Na2CO3等碱性物质沉淀。等碱性物质沉淀。 均均匀匀沉沉淀淀法法是是在在溶溶液液中中加加入入某某种种物物质质如如二二乙乙醇醇胺胺，HN(CH2CH2OH)2，使使之之通通过过溶溶液液中中的的化化学学反反应应缓缓慢慢生成沉淀剂制备粒度均匀的生成沉淀剂制备粒度均匀的TiO2粉体。粉体。28医疗模板粉体粉体TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 3. 水热法水热法 在在加加有有聚聚四四氟氟乙乙烯烯内内衬衬的的筒筒式式高高压压釜釜中中以以TiCl4 、偏偏钛钛酸酸或或钛钛酸酸丁丁脂脂为为前前驱驱体体制制备备。所所得得粉粉体体粒粒度度分分布布窄窄，团聚程度低，纯度高，且

25、制备过程污染小，成本较低。团聚程度低，纯度高，且制备过程污染小，成本较低。4. 溶胶溶胶-凝胶法法凝胶法法 以以钛钛醇醇盐盐或或钛钛的的无无机机盐盐为为原原料料，经经水水解解和和缩缩聚聚得得溶溶胶胶，再再进进一一步步缩缩聚聚得得凝凝胶胶，经经干干燥燥、煅煅烧烧制制得得。制制得得的的粉粉体体纯纯度度高高，粒粒度度细细，分分散散好好；但但烧烧结结性性不不好好，干干燥燥时时收缩大，易发生团聚现象。收缩大，易发生团聚现象。29医疗模板利用溶胶利用溶胶-凝胶法制备凝胶法制备TiO2，其反应过程为：，其反应过程为：水解：水解： 失水缩聚：失水缩聚： 失醇缩聚：失醇缩聚： 工艺流程为：工艺流程为：溶胶凝胶法

26、制备溶胶凝胶法制备TiO2原理原理30医疗模板钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含钛离子溶胶钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含钛离子溶胶 含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团，最后形成稳定凝胶成复杂的网状基团，最后形成稳定凝胶 溶胶凝胶法制备溶胶凝胶法制备TiO2原理原理31医疗模板搅拌搅拌40水浴加热水浴加热无色凝胶无色凝胶80烘干烘干 热处理热处理 二氧化钛粉体二氧化钛粉体 溶胶溶胶-凝胶法制备粉体凝胶法制备粉体TiO2光催化剂工艺光催化剂工艺32医疗模板（二）负载型（二）负载型TiO2光催化剂的制备光催化剂的制备将将T

27、iO2固定到某种载体上固定到某种载体上使用前驱体，通过化学反应生成使用前驱体，通过化学反应生成TiO2，将其负载将其负载到光滑平整的载体上，形成一层连续的薄膜到光滑平整的载体上，形成一层连续的薄膜1. 粉体烧结法粉体烧结法 将将TiO2球磨到一定程度溶于水或醇中，制成悬浮球磨到一定程度溶于水或醇中，制成悬浮液，然后进入载体，一定时间后取出，风干，在液，然后进入载体，一定时间后取出，风干，在600以下烧结制得。以下烧结制得。负载型负载型TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 33医疗模板2. 偶联法偶联法 在在TiO2中加入胶粘剂（如氟树脂、聚苯乙烯等）后中加入胶粘剂（如氟树脂、聚苯乙烯等

28、）后涂覆在载体表面，而后烘干制得。涂覆在载体表面，而后烘干制得。3. 离子交换法离子交换法 用于具有强离子交换功能的载体。通过载体中的易用于具有强离子交换功能的载体。通过载体中的易溶阳离子（溶阳离子（K+、Na+等）与易溶钛盐中的钛离子发等）与易溶钛盐中的钛离子发生离子交换，再经过煅烧或在潮湿的空气中暴露水生离子交换，再经过煅烧或在潮湿的空气中暴露水解即成。解即成。负载型负载型TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 34医疗模板4. 电泳沉积法电泳沉积法 以以TiO2悬悬浮浮液液为为电电泳泳液液，以以载载体体作作阴阴极极，用用等等面面积积的的导导体体做做阳阳极极，在在恒恒电电场场作作用用

29、下下使使TiO2粒粒子子电电泳并沉积到阴极上，得到泳并沉积到阴极上，得到TiO2薄膜薄膜5. 液相沉积法液相沉积法 将将载载体体浸浸渍渍在在包包括括钛钛的的无无机机盐盐和和有有机机盐盐等等TiO2前前驱驱体体溶溶液液中中，利利用用沉沉淀淀、水水解解、醇醇解解、微微乳乳液液化化等等化化学学反反应应直直接接将将TiO2沉沉积积在在载载体体上上，再再经经洗洗涤涤、焙烧制得。焙烧制得。负载型负载型TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 35医疗模板6.物理气相沉积法（物理气相沉积法（PVD） 用电弧、高频或等离子体等高温热源将原料加热，用电弧、高频或等离子体等高温热源将原料加热，使之汽化或形成等

30、离子体，然后骤冷使之凝聚成纳使之汽化或形成等离子体，然后骤冷使之凝聚成纳米粒子。该法制得到米粒子。该法制得到TiO2纯度较高、分布均匀、粒纯度较高、分布均匀、粒径大小可控。径大小可控。7. 化学气相沉积法（化学气相沉积法（CVD） 以钛的无机或有机盐类为前驱体，用一定方式使前以钛的无机或有机盐类为前驱体，用一定方式使前驱体激发，并在载气的协助下沉积在载体表面，制驱体激发，并在载气的协助下沉积在载体表面，制得致密的得致密的TiO2膜。膜。8. 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法负载型负载型TiO2光催化剂的制备方法光催化剂的制备方法 36医疗模板钛酸正四丁酯钛酸正四丁酯无水乙醇无水乙醇二乙醇胺二乙醇胺强烈搅

31、拌强烈搅拌无水乙醇，硝酸，无水乙醇，硝酸，去离子水去离子水滴滴加加TiO2溶胶液溶胶液Ti(OC4H9)4:C2H5OH:H2O:NH(C2H4OH)2=1:26.5:1:1浸渍浸渍提拉提拉干燥干燥煅烧煅烧负载型负载型TiO2薄膜薄膜铝片、不锈钢、铝片、不锈钢、钛片、陶瓷、钛片、陶瓷、玻璃、铜片、玻璃、铜片、活性炭、锆石等等活性炭、锆石等等溶胶溶胶-凝胶法制备负载型凝胶法制备负载型TiO2光催化剂工艺光催化剂工艺37医疗模板由图看出，由图看出，TiO2膜是膜是由许多由许多TiO2微小颗粒微小颗粒构成的呈交叉网状结构成的呈交叉网状结构的多孔构的多孔-微晶立体微晶立体膜。膜的真实比表面膜。膜的真实

32、比表面积很大，对光的吸收积很大，对光的吸收十分有利十分有利。TiO2膜的表面形貌膜的表面形貌38医疗模板溶胶溶胶-凝胶法与传统方法相比，有以下的优点：凝胶法与传统方法相比，有以下的优点： 样样品品的的均均匀匀度度比比较较高高：尤尤其其是是多多组组分分的的制制品品，其其均均匀度可达分子或原子尺度；匀度可达分子或原子尺度； 样样品品的的纯纯度度高高：因因为为所所用用原原料料的的纯纯度度高高，而而且且溶溶剂剂在处理过程中易被除去；在处理过程中易被除去； 反反应应温温度度比比传传统统方方法法约约低低400500，因因为为所所需需生生成成物在烧成之前已部分形成，且凝胶的比表面积很大；物在烧成之前已部分形

33、成，且凝胶的比表面积很大； 反应过程易于控制，可大幅度减少副反应。反应过程易于控制，可大幅度减少副反应。39医疗模板TiO2光催化剂载体的特点光催化剂载体的特点 光光催催化化剂剂载载体体要要求求能能改改善善所所担担载载的的物物质质的的组组织织结结构构（如增加孔隙、表面积等）；有利于光催化剂再生。（如增加孔隙、表面积等）；有利于光催化剂再生。 良好的光催化剂载体应具有的特点：良好的光催化剂载体应具有的特点： 1. 具具有有良良好好的的透透光光性性；2. 在在不不影影响响光光催催化化活活性性的的前前提提下下，与与TiO2颗颗粒粒间间具具有有较较强强的的结结合合力力；3. 比比表表面面积积大大；4.

34、 对对被被降降解解的的污污染染物物有有较较强强吸吸附附性性；5. 易易于于固固液液分分离离；6. 有有利利于于固固液液传传质质；7. 化化学学惰惰性性和和光光稳稳定定性性；8. 材材料料易易得得，价价格格便便宜。宜。 40医疗模板TiO2光催化剂载体种类光催化剂载体种类 1.天天然然矿矿物物类类：具具有有一一定定的的吸吸附附性性，且且耐耐高高温温，耐耐酸酸碱碱。例：硅藻土、高岭土、天然沸石和膨胀珍珠岩等。例：硅藻土、高岭土、天然沸石和膨胀珍珠岩等。2.吸吸附附剂剂类类：多多孔孔性性物物质质，比比表表面面积积较较大大。例例：活活性性炭炭、硅硅胶胶等等。吸吸附附剂剂类类载载体体可可以以获获得得较较

35、大大的的负负载载量量，可可以以将将有有机机物物吸吸附附到到TiO2粒粒子子周周围围，增增加加界界面面浓浓度度，从从而而加快反应速度。加快反应速度。3.玻玻璃璃类类：价价廉廉易易得得，良良好好的的透透光光性性，便便于于设设计计成成各各种种形形状状。例例：玻玻璃璃片片、玻玻璃璃纤纤维维网网（布布）、空空心心玻玻璃璃珠珠、玻玻璃璃螺螺旋旋管管、玻玻璃璃筒筒、石石英英玻玻璃璃管管（片片）、普普通通（导导电）玻璃片、有机玻璃等。电）玻璃片、有机玻璃等。41医疗模板TiO2光催化剂载体种类光催化剂载体种类 4. 陶陶瓷瓷类类：多多孔孔性性物物质质，对对TiO2颗颗粒粒具具有有良良好好的的附附着着性性，耐耐

36、酸酸碱碱性性和和耐耐高高温温性性较较好好。在在日日常常使使用用的的陶陶瓷瓷上上负负载载TiO2，可可以以制制成成具具有有良良好好自自洁洁功能的陶瓷，起到净化环境的作用。功能的陶瓷，起到净化环境的作用。5. 有有机机类类：某某些些高高分分子子聚聚合合物物，如如饱饱和和的的碳碳链链聚聚合合物物，有有较较强强的的抗抗氧氧化化能能力力，短短期期内内使使用用。例例：聚乙烯、聚丙烯等。聚乙烯、聚丙烯等。6. 金属类：金属类：价格贵，负载困难而是用较少。价格贵，负载困难而是用较少。42医疗模板光催化反应器光催化反应器 悬浮式光催化反应器悬浮式光催化反应器将粉体光催化剂直接加入待处理的废水中，通过搅将粉体光催

37、化剂直接加入待处理的废水中，通过搅拌，使之分散均匀，其催化剂表面积与反应器有效拌，使之分散均匀，其催化剂表面积与反应器有效体积比很高，同时反应液和催化剂之间几乎不存在体积比很高，同时反应液和催化剂之间几乎不存在传质的限制，光催化降解效率高传质的限制，光催化降解效率高 负载式光催化反应器（镀膜式和填充床式）负载式光催化反应器（镀膜式和填充床式）将光催化剂负载于反应器上，即通过物理和化学方将光催化剂负载于反应器上，即通过物理和化学方法将催化剂粉末固定在较大连续表面积的载体上，法将催化剂粉末固定在较大连续表面积的载体上，反应液在表面连续流过。反应液在表面连续流过。43医疗模板挡板式光催化反应器挡板式

38、光催化反应器悬浮式悬浮式44医疗模板鼓泡床式光催化反应器鼓泡床式光催化反应器悬浮式悬浮式45医疗模板平板式光催化反应器平板式光催化反应器负载式负载式46医疗模板管式光催化反应器管式光催化反应器负载式负载式47医疗模板多叶转盘式光催化反应器多叶转盘式光催化反应器负载式负载式48医疗模板旋转式光催化反应器旋转式光催化反应器负载式负载式49医疗模板光催化技术应用领域50医疗模板TiO2光催化作用在水处理中的应用光催化作用在水处理中的应用 1. 染料废水处理染料废水处理染染料料废废水水碱碱度度高高、色色泽泽深深、臭臭味味大大，并并且且还还有有苯苯环环、胺胺基基、偶偶氮氮基基团团等等致致癌癌物物质质，一

39、一般般的的生生物物化化学学法法对对于于水水溶溶性性染染料料的的降降解解效效率率很很低低，且且易易造造成成二二次次污污染染。光光催催化化降降解染料效果好。解染料效果好。 2. 农药废水处理农药废水处理农农药药废废水水主主要要是是除除草草剂剂、有有机机磷磷农农药药、三三氯氯苯苯氧氧乙乙酸酸、DDVP、DEP等等。其其特特性性表表现现为为：停停留留时时间间长长、污污染染性性大大、难难于于降降解解。采采用用光光催催化化方方法法虽虽然然不不能能使使所所有有的的污污染染物完全矿化，但不会产生毒性更高的中间产物。物完全矿化，但不会产生毒性更高的中间产物。51医疗模板3. 含油废水处理含油废水处理含含油油废废

40、水水是是一一种种不不溶溶于于水水且且漂漂浮浮于于水水面面上上的的油油类类，含含有有大大量量的的有有机机物物，TiO2光光催催化化技技术术处处理理含含油油废废水水的的降降解解率率可可达达95%，且且不不会会像像使使用用化化学学方方法法一一样样产产生生二二次次污染。污染。 4. 卤代芳烃处理卤代芳烃处理主主要要的的卤卤代代芳芳烃烃污污染染物物均均可可在在光光催催化化过过程程中中被被完完全全降降解解。水水中中主主要要卤卤代代芳芳烃烃污污染染物物在在使使用用TiO2光光催催化化剂剂和和近近紫紫外外光光照照射射下下的的半半衰衰期期大大部部分分在在15min到到1.5h，完完全转化时间为全转化时间为16h

41、。TiO2光催化作用在水处理中的应用光催化作用在水处理中的应用 52医疗模板5. 无机废水的处理无机废水的处理 TiO2可可以以将将贵贵金金属属如如金金、铑铑、钯钯、锗锗等等在在其表面沉积下来，便于回收。其表面沉积下来，便于回收。 纳纳米米TiO2具具有有强强还还原原性性，可可将将Cr2O72-还还原原成成无无毒毒的的Cr2O22-，将将NOX还还原原成成单单质质和和无无毒低氧化态氧化物。毒低氧化态氧化物。TiO2光催化作用在水处理中的应用光催化作用在水处理中的应用 53医疗模板6. 饮用水处理饮用水处理 一一般般常常规规水水处处理理工工艺艺只只能能去去除除水水体体中中的的悬悬浮浮物物及及大大

42、部部分分有有机机物物，而而水水中中含含有有的的溶溶解解性性有有机机物物及及大大量量细细菌菌无无法法通通过过常常规规工工艺艺去去除除，致致使使供供水水水水质质无无法法保保证证，影影响响生生活活饮饮用用水水的的供供水水安安全全。TiO2既既能能降降解解有有机机物物，又又能能降降解解无无机机物物，同同时时具具有有杀杀菌菌功功能能，TiO2光光催催化化对对自自来来水水中中的的三三氯氯甲甲烷烷、四四氯氯化化碳碳、芳芳香香族族化化合合物物、五五氯氯苯苯酚酚等等污污染染物物和和细细菌菌都都有有好好的的去去除除效效果果，且且不不产生中间产物，造成二次污染。产生中间产物，造成二次污染。TiO2光催化作用在水处理

43、中的应用光催化作用在水处理中的应用 54医疗模板7. 含菌废水的处理含菌废水的处理废废水水中中含含有有大大量量的的有有害害细细菌菌，且且种种类类繁繁多多，严严重重危危害害人人体体健健康康。TiO2光光催催化化过过程程杀杀菌菌不不仅仅能能杀杀死死细细菌菌，还还能能降降解解由由细细菌菌释释放放出出的的有有毒毒复复合合物物，光光催催化化过过程程可可以以攻攻击击细细菌菌的的外外层层细细胞胞，穿穿透透细细胞胞膜膜，破破坏坏细细菌菌的细胞结构，达到彻底杀灭细菌的目的。的细胞结构，达到彻底杀灭细菌的目的。TiO2光催化作用在水处理中的应用光催化作用在水处理中的应用 55医疗模板影响影响TiO2光催化效率的因

44、素光催化效率的因素 （一）催化剂（一）催化剂 1. 粒径大小粒径大小从光催化机理来看，从光催化机理来看，TiO2光催化氧化有机污染物实际光催化氧化有机污染物实际上是一种自由基反应。从反应过程看，物质的降解速上是一种自由基反应。从反应过程看，物质的降解速度与光生载流子度与光生载流子e-和和h+的浓度有关。的浓度有关。TiO2粒径越小，粒径越小，表面原子增加，光吸收效率提高，而增加了表面光生表面原子增加，光吸收效率提高，而增加了表面光生载流子的浓度。因此，纳米级的载流子的浓度。因此，纳米级的TiO2是一种高效的光是一种高效的光催化剂。催化剂。56医疗模板2. 表面积表面积表面积是决定反应物吸附量的

45、重要因素。光催化反应表面积是决定反应物吸附量的重要因素。光催化反应是由光生是由光生e-和和h+引起的氧化还原反应，在催化剂表面引起的氧化还原反应，在催化剂表面不存在固定的活性中心。因此表面积是决定反应基质不存在固定的活性中心。因此表面积是决定反应基质吸附量的重要因素，在晶格缺陷等其它因素相同时，吸附量的重要因素，在晶格缺陷等其它因素相同时，表面积越大，吸附量越大，活性越高。表面积越大，吸附量越大，活性越高。注：具有大表面积的注：具有大表面积的TiO2往往存在更多的复合中心，当复往往存在更多的复合中心，当复合过程起主要作用时，就会降低的光催化活性。合过程起主要作用时，就会降低的光催化活性。影响影

46、响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 57医疗模板3. 混晶效应混晶效应目目前前的的研研究究发发现现高高光光催催化化活活性性的的TiO2多多数数为为锐锐钛钛矿矿型型与与金金红红石石型型的的混混合合物物。混混晶晶可可以以有有效效地地促促进进锐锐钛钛矿矿型型晶晶体体中中光光生生电电子子、空穴的电荷分离。空穴的电荷分离。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 58医疗模板（二）光源与光强（二）光源与光强 TiO2表表面面杂杂质质和和晶晶格格缺缺陷陷使使得得TiO2在在一一个个较较大大的的波波长长范范围围里里有有光光催催化化活活性性。因因此此，光光源源选选择择比比较较灵灵活活，如如高高

47、压压汞汞灯灯、中中压压汞汞灯灯、低低压压汞汞灯灯、紫紫外外灯灯、杀杀菌菌灯灯等等，波波长长一一般般在在250400nm内内。光光强强过过强强，光光催催化化效效果果不不一一定定好好，因因为为此此时时存存在在中中间间氧氧化化物物在在催催化化剂剂表表面面的竞争性复合。的竞争性复合。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 59医疗模板（三）溶液（三）溶液pH值值在在低低pH值值和和高高pH值值时时，都都有有可可能能出出现现较较高高速速率率的的光光催催化化反反应应。pH值值的的变变化化对对不不同同反反应应物物降降解解的的影影响响也也不不同同。有有关关不不同同pH值值条条件件下下光光强强对对光光

48、量量子子产产率率的的影影响响研研究究表表明明：光光强强大大于于110-6EinsteinL-1s-1，量量子子产产率率随随pH值值的的增增加加而而减减小小；光光强强小小于于110-8EinsteinL-1s-1时时，随随pH值值的的增增加加，量量子子产产率率急急剧剧增增大大。因因此此，在在选选择择光光催催化化反反应应的最佳的最佳pH值时，要考虑光强大小的影响。值时，要考虑光强大小的影响。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 60医疗模板（四）有机物浓度（四）有机物浓度光光 催催 化化 氧氧 化化 的的 反反 应应 速速 率率 可可 以以 用用 Langmuir-Hinshelwoo

49、d动力学方程式来描述：动力学方程式来描述： r = KC/(1+KC)式式中中：r-反反应速速率率；C-反反应物物浓度度；K-表表观吸吸附附平平衡衡常常数数；-发生生于于光光催催化化剂表表面面活活性性位位置置的的表表面面反反应速速率常数。率常数。低低浓度度时，上上式式可可以以简化化为： r = KC = KC，即即反反应速率与速率与浓度成正比，初始度成正比，初始浓度越高，反度越高，反应速率越大。速率越大。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 61医疗模板（五）外加氧化剂（五）外加氧化剂光催化反应要有效地进行，需要减少光生电子和空穴的光催化反应要有效地进行，需要减少光生电子和空穴的简

50、单复合，这可以通过使光生电子、光生空穴或两者被简单复合，这可以通过使光生电子、光生空穴或两者被不同的基元捕获来实现。氧化剂是有效的导带电子捕获不同的基元捕获来实现。氧化剂是有效的导带电子捕获剂，可以有效地捕获光生电子而使电子和空穴分离，达剂，可以有效地捕获光生电子而使电子和空穴分离，达到提高光量子产率的目的。研究证明，光催化氧化的速到提高光量子产率的目的。研究证明，光催化氧化的速率和效率在有率和效率在有O2、H2O2、过硫酸盐、高碘酸盐存在时明、过硫酸盐、高碘酸盐存在时明显提高。显提高。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 62医疗模板（六）盐（六）盐高氯酸、硝酸盐对光催化的速率基

51、本没有影响；硫高氯酸、硝酸盐对光催化的速率基本没有影响；硫酸盐、氯化物、磷酸盐则因为它们很快被催化剂吸酸盐、氯化物、磷酸盐则因为它们很快被催化剂吸附而使得氧化速率下降了附而使得氧化速率下降了20%70%；HCO3-是主要是主要的的OH清除剂，存在时能降低光催化的反应活性。清除剂，存在时能降低光催化的反应活性。 HCO3- + OH CO32- + H2O影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 63医疗模板（七）反应温度（七）反应温度有有研研究究表表明明：TiO2光光催催化化降降解解苯苯酚酚时时的的起起始始反反应应速速率率随随着着温温度度的的升升高高略略有有增增加加，在在光光强强较较高

52、高时时，这这种种现象尤为突出。现象尤为突出。（八）表面螯合和共价作用的吸附物（八）表面螯合和共价作用的吸附物通通过过金金属属氧氧化化物物在在半半导导体体表表面面的的螯螯合合作作用用，可可以以促促进进界界面面电电子子的的转转移移，提提高高光光催催化化氧氧化化的的效效率率。与与TiO2表表面面光光生生电电子子共共价价连连接接的的吸吸附附物物，也也能能提提高高光光催催化剂的活性。化剂的活性。影响影响TiO2光催化效率的因素光催化效率的因素 64医疗模板TiO2光催化技术在水处理中存在的问题光催化技术在水处理中存在的问题 尽管光催化技术在氧化降解有机污染物方面具有许尽管光催化技术在氧化降解有机污染物方

53、面具有许多十分明显的优点，但在实际应用过程中还存在下多十分明显的优点，但在实际应用过程中还存在下列问题：列问题：（1）光催化量子效率低（约）光催化量子效率低（约4%）；）；（2）太阳能利用率低；）太阳能利用率低；（3）光催化剂的负载和分离回收问题、大型光催化）光催化剂的负载和分离回收问题、大型光催化反应器的设计问题等。反应器的设计问题等。65医疗模板TiO2光催化技术展望光催化技术展望今后的研究主要集中在以下几方面今后的研究主要集中在以下几方面:1. 设计高效的光催化反应器。设计高效的光催化反应器。2. 提高提高光催化剂的催化活性，光催化剂的催化活性，即提高光催即提高光催化剂的量子效率。化剂的

54、量子效率。3. 提高光催化剂对太阳光的利用率提高光催化剂对太阳光的利用率66医疗模板TiO2光催化剂的改性研究光催化剂的改性研究TiO2在实际应用中的缺陷：在实际应用中的缺陷：1. 光生载流子容易重新复合，导致光量子效率光生载流子容易重新复合，导致光量子效率很低。很低。2. 带隙能较宽，只能被波长较短的紫外线激发，带隙能较宽，只能被波长较短的紫外线激发，这些紫外线占太阳能射线的这些紫外线占太阳能射线的4%5%，太阳能利，太阳能利用率较低。用率较低。67医疗模板1.TiO2表面贵金属沉积表面贵金属沉积 催催化化剂剂表表面面负负载载金金属属提提高高光光催催化化效效率率，如如在在TiO2中中加入加入

55、Pt和和Ag等贵金属。等贵金属。2. 金属离子掺杂金属离子掺杂 金金属属离离子子掺掺杂杂把把金金属属离离子子引引入入到到TiO2的的晶晶格格缺缺陷陷位位置置，金金属属离离子子是是电电子子的的良良好好接接受受体体，可可以以捕捕获获电电子子。由由于于金金属属离离子子对对电电子子的的争争夺夺，减减少少了了TiO2中中光光生生电电子子和和空空穴穴的的复复合合几几率率，而而产产生生更更多多的的OH，提提高高光光催化效率。催化效率。TiO2光催化剂的改性研究光催化剂的改性研究68医疗模板3. 加入氧化剂加入氧化剂 促促成成OH的的生生成成与与提提高高电电子子-空空穴穴对对分分离离效效率率是是提提高高光光催

56、催化化氧氧化化反反应应速速率率和和效效率率的的重重要要途途径径，因因此此向向体体系系中中加加入入氧氧化化剂剂，使使得得催催化化剂剂表表面面的的电电子子被被氧氧化化剂剂捕捕获获，可可以以有有效效地地抑抑制制电电子子和和空空穴穴复复合合，提提高高光光催催化的效率。化的效率。 常用的氧化剂有常用的氧化剂有O3，O2，H2O2，Fe3+等。等。TiO2光催化剂的改性研究光催化剂的改性研究69医疗模板4. 复合光催化剂复合光催化剂 采采用用浸浸渍渍法法或或混混合合溶溶胶胶法法等等将将TiO2与与其其他他半半导导体体复复合合，形形成成复复合合型型半半导导体体，包包括括半半导导体体-半半导导体体复复合合物物

57、和和半半导导体体-绝绝缘缘体体复复合合物物。TiO2与与In2O3、CdS或或CdSe等等形形成成的的复复合合半导体研究较多。半导体研究较多。TiO2光催化剂的改性研究光催化剂的改性研究70医疗模板5. 添加光敏化剂添加光敏化剂 光光敏敏化化剂剂作作用用是是将将光光活活性性化化合合物物化化学学吸吸附附或或物物理理吸吸附附于于光光催催化化剂剂表表面面，从从而而扩扩大大激激发发波波长长范范围，增加光催化反应的效率。围，增加光催化反应的效率。71医疗模板72医疗模板思思 考考 题题 光催化，光催化剂。光催化，光催化剂。光助光助Fenton体系氧化机理？体系氧化机理？ 影响影响UV/Fenton反应的因素？反应的因素？ TiO2光催化氧化机理？光催化氧化机理？ TiO2光催化材料的特性？光催化材料的特性？73医疗模板思思 考考 题题 影响影响TiO2光催化性能的因素？光催化性能的因素？ 溶胶溶胶-凝胶法制备光催化剂的优点？凝胶法制备光催化剂的优点？ TiO2光催化剂载体的特点和种类？光催化剂载体的特点和种类？ 影响影响TiO2光催化效率的因素？光催化效率的因素？ TiO2光催化剂的改性研究？光催化剂的改性研究？74医疗模板