Fujishima-Nature-1972-Electrochemical Photolysis of water at a semiconductor electrode(printed)
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题摘要：本文主要介绍光催化氧化反应机理、及其在处理染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水、含表面活性剂废水等方面的应用, 并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。
关键词：光催化氧化氧化技术1前言随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。
目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染,水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。
当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟,易于大规模工业化应用的优点。
然而,这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。
这不可避免地带来废料和二次污染, 而且适用范围有限, 成本也比较高。
近年来, 有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法, 即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。
因此, 开发能将各种化学污染物降解至无害化的实用技术( 尤其是污水处理和空气净化) 成为各国科研工作者的重要研究内容。
光催化氧化技术( Photocatalytic Oxidation )是一种高级氧化技术( advanced oxidation process,AOP) 。
光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基, 该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2 等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和, 反应设备简单, 二次污染小，操作易于控制, 催化材料易得, 运行成本低, 可望用太阳光为反应光源等优点, 因而近年来受到广泛关注。
1972 年, Fujishima 等在《Nature 》上发表了“Electrochemical potolysis of water at asemiconductor electrode”一文, 揭开了光催化氧化技术的序幕。
1976 年, Cr aey [ 4] 等发现, 在TiO2 光催化剂存在的条件下, 多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解. 这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能, 同时也为治理环境污染提供了一种新方法, 立即成为半导体光催化研究中最为活跃的领域。
光催化
4
影响因素
光催化剂
纳米TiO2
pH的影响 当pH小于7时，随pH降低TiO2表面的OH-减少。羟基自 由基数量的减少，使反应速率下降。并且指出，pH=7 左右降解速率有极大值。在光降解过程中，溶液的pH 是氯化芳香烃在TiO2表面吸附的重要参数。
4
影响因素
光催化剂
纳米TiO2
光强度的影响 光照强度和催化效果有直接关系。因为单位体积内有 效光子数是影响反应速率的直接因素。光照强度越高 时，单位体积内所接受的入射光子数越多，在催化剂 表面产生的活性物种越多，反应自然就快。但光强度 也不是无限制的越高越好。当光子的利用率达到最大 时，过多的光子无法得到利用。从经济角度出发，能 源的过渡浪费也是不可取的。另外，TiO2的加入量、 光波长、氧浓度的变化等都对光催化降解反应有影响。
有Pt, Ir, Pd, Ag,Au及Ru等,其中又以Pt的改性效果最好
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改性
光催化剂
纳米TiO2
金属离子的掺杂 纳米TiO2的表面贵金属沉积 在TiO2晶格中引入金属离子,可以减小禁带宽度,使价带中电子在接受 在TiO2光催化剂的表面沉积适量的贵金属可以改变半导体体系中电子 了波长较长的光激发后,先跃迁到杂质能级,再由杂质能级跃迁至导带, 的分布和传输,从而达到改变光催化活性的目的.贵金属与半导体接触 从而降低了受激发所需要的能量,进而达到TiO2光催化剂的光谱响应 时,由于贵金属和半导体的费米能级的差异,载流电子将会被重新分布; 范围的红移，即可使其对可见光发生响应 同时可以形成贵金属簇,使得光生电子不断从TiO2价带上转移到贵金 非金属元素的掺杂 属表面,产生肖特基势垒去阻止电子-空穴对的复合.较为常用的贵金属 目前对非金属掺杂的研究较少,且主要集中在氧附近的元素,如N,C,B等 有Pt, Ir, Pd, Ag,Au及Ru等,其中又以Pt的改性效果最好 .一般认为,非金属元素的掺杂是在TiO2中引入晶格氧空位,或者非金属
铁氮掺杂二氧化钛材料的制备与光催化性能研究
铁氮掺杂二氧化钛材料的制备与光催化性能研究畅晓钰;李帅;苏耀东;姚鸿飞;陈玉静【摘要】通过溶胶凝胶法,以硝酸铁为铁源、尿素为氮源,分别制备了铁掺杂、氮掺杂、铁氮共掺杂二氧化钛粉末.采用X射线衍射仪,紫外-可见光谱仪等对样品进行表征和分析;并以亚甲基蓝作为目标降解物,评价样品的光催化性能.结果表明,500℃下制备的催化剂均为锐钛矿相,结晶性较好,掺杂使材料的吸收光谱发生红移;掺铁5％,掺氮12％时对可见光的吸收效果最好.光催化6h对亚甲基蓝的降解效果效果Fe-N-TiO2＞ Fe-TiO2＞ N-TiO2＞纯TiO2.Fe、N共掺杂产生协同作用,使TiO2的光催化性能明显优于单掺杂样品和纯TiO2.%Iron doped,nitrogen doped,iron and nitrogen co-doped titanium dioxide powders were prepared by sol gel method using ferric nitrate as iron source and urea as nitrogen source.The samples were characterized and analyzed by X-ray diffraction,UV-Vis spectroscopy and so on.And methylene blue was used as the target to evaluate the photo-catalytic activity of the samples.The results show that the catalysts prepared at 500 ℃ are anatase,and the crystalline is better.The absorption spectra of the doped materials are red shifted,and when the iron content is 5％ and the nitrogen content is 12％,the absorption effect is best.After photo-catalytic 6 h,the effect of the degradation of methylene blue is Fe-N-TiO2 ＞ Fe-TiO2 ＞ N-TiO2 ＞ pure TiO2.Fe and N co-doped with a synergistic effect,so that the photo-catalytic performance of TiO2 is significantly better than the single doped samples and pure TiO2.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)023【总页数】6页(P142-147)【关键词】溶胶凝胶法;二氧化钛;掺杂;光催化【作者】畅晓钰;李帅;苏耀东;姚鸿飞;陈玉静【作者单位】长安大学材料科学与工程学院,西安710064;长安大学材料科学与工程学院,西安710064;长安大学公路学院,西安710064;长安大学公路学院,西安710064;长安大学公路学院,西安710064【正文语种】中文【中图分类】O644.12随着经济的发展，交通量的日益增加，汽车尾气排放造成的环境污染问题愈加严重。
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展摘要：介绍了光催化氧化的机理,就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在降解废水中有机污染物、无机污染物以及饮用水处理中的研究进展进行了阐述,提出了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛,光催化氧化,水处理,研究进展光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术。
1972年,Fu- jishima和Honda[1]报道了在光电池中光辐射TiO2可持续发生水的氧化还原反应,标志着光催化氧化水处理时代的开始。
1976年, Carey等[2]在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
此后,光催化氧化技术得到迅速发展。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点,在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势,是一种极具发展前途的水处理技术,对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
1TiO2光催化剂的特性及光催化氧化机理TiO2有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。
同样条件下,锐钛矿型的催化活性较好。
在众多光催化剂中,TiO2是目前公认的最有效的半导体催化剂,其特点有:化学性质稳定,能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分,氧化还原性极强,耐酸碱和光化学腐蚀,价廉无毒。
目前对光催化的机理研究尚不成熟,一般认为光催化氧化法是以N型半导体的能带理论为基础。
TiO2属于N型半导体,其能带是不连续的,在充满电子的低能价带(VB) 和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带,带隙能为3.2 eV,光催化所需入射光最大波长为387.5 nm。
当λ≤387.5 nm 的光波辐射照射TiO2时,处于价带的电子被激发跃迁到导带,生成高活性电子(e-),同时在价带上产生相应的空穴(h+),从而形成具有高度活性的电子/空穴对,并在电场作用下分离,向粒子表面迁移,既可直接将吸附的有机物分子氧化,也可与吸附在TiO2表面的羟基或水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·OH。
光催化在有机合成中的应用 文献综述
光催化在有机合成中的应用沈晓峰150110113 化学师范10摘要21世纪, 化学研究的一个主要目标是发展一种高效能技术, 用于取代那些对环境有害的耗能过程。
在光催化的有机合成中，通过优化反应环境可以实现对某种目标产物的高选择性, 从而为有机合成提供了一种绿色、节能的途径, 成为21世纪最具潜力的绿色有机化学技术。
1.引言1972 年, Fujishima和Honda[1]发现TiO2单晶电极能够在光照条件下将水分解为氢气和氧气, 光催化技术的序幕由此揭开. 光催化领域的开拓瞬时点燃了科研工作者们对这一崭新领域的研究热情. 随着研究工作的深入开展, 人们的目光不再局限于光解水制氢这一体系, 而是投向了更广阔的天地. 在过去的近四十年里, 有关光催化的研究报道如雨后春笋般涌现出来。
目前, 大多数的研究工作主要集中于降解水和空气中污染物等环境治理和改善方面, 太阳能的转化以及界面电子转移等电化学过程上。
尽管如此, 将光催化用于特定的有机化合物的合成等方面已经得到了越来越多的关注。
众所周知, 传统的有机合成不仅步骤繁琐, 而且所使用的氧化剂通常是一些具有毒性或者腐蚀性的强氧化剂。
光催化反应将太阳光引入有机合成体系,无论从节能的角度还是环保的角度, 都无疑是一个重大的突破, 主要原因有以下三点: (1)太阳能是一种完全可再生的资源; (2)光化学激发所需要的条件比热催化所要求的条件要温和得多; (3)光化学激发为人们设计出更短的反应历程提供条件, 从而将副反应的发生减小到最小程度。
2.光催化原理光催化是光化学和催化科学的交叉点，一般是指在催化剂参与下的光化学反应。
半导体材料之所以具有光催化特性，是由它的能带结构所决定。
半导体的晶粒内含有能带结构，其能带结构通常由一个充满电子的低能价带（HD<8351KD3=，RS）和一个空的高能导带（E93=7E5693KD3=，>S）构成，价带和导带之间由禁带分开，该区域的大小称为禁带宽度，其能差为带隙能，半导体的带隙能一般为"+!!(+"8R。
光催化降解教材有机污染物-实验三、光催化降解有机污染物(一)
实验三、光催化降解有机污染物（一） TiO2纳米光催化剂的制备（溶胶一凝胶法）学时：10一、背景材料治理污染、保护环境，是我国的一项基本国策，随着我国经济的快速发展，环境保护特别是污水处理的任务已经越来越严峻。
纳米结构光催化材料-TiO2胶体及浆料，用以光催化氧化降解有机污染物，能达到净化水质的目的。
目前纳米TiO2颗粒的制备方法有很多种，根据对所要求制备的性状、结构、尺寸、晶型、用途，采用不同的制备方法。
按照原料的不同大致分为两类:气相法和液相法。
气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚成纳米粒子的方法。
气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制。
主要有以下方法:低压气体蒸发法、溅射法和钛醇盐气相水解法。
气相法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成本高，因此目前制备纳米TiO2光催化剂多采用液相法。
液相法是生产各种氧化物颗粒的主要方法。
它的基本原理是:选择一种或多种合适的可溶性金属盐，按所制备的材料组成计量配制溶液，再选择一种沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等方法)使金属离子均匀沉淀(或结晶出来)。
液相制备纳米Ti02又可分为沉淀法、溶胶一凝胶法(Sol-Gel)、醇盐水解法等。
溶胶一凝胶法(Sol-Gel method，以下简称S-G法)是以金属醇盐M(OR)-(M=Ti, Na, Mg, Ba, Pb, V, Si等;R=-CH3、一C2H;、一C3H7, 一C4H9等)为原料，无水醇为有机溶剂，加入一定量的酸起抑制快速水解作用，诱导所得粒子间产生静电排斥力，阻止粒子间的碰撞，防止进一步产生大粒子，生成透明均匀的溶胶，经过一定的时间陈化，溶胶凝胶化，湿凝胶进行干燥，得到松散干凝胶粉末，此时十凝胶粉体为无定型结构。
干凝胶粉体再在马弗炉中进行热处理，即可得到Ti02粒子。
纳米氧化铝材料及应用进展
材料导论班级学号姓名纳米Al2O3材料及应用进展xxx（xxxxxx学院 xxx班）摘要: 纳米Al2O3是新型的绿色环保材料，具有独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，为了提高纳米Al2O3的性能，以纳米Al2O3为载体，对其进行掺杂改性已成为科学工作中探导的热点。
综述了近年来纳米Al2O3的制备方法，掺杂改性种类以及其在化工环保传感器、新能源以及光学机械加工等诸多领域中的应用: 随其制备和应用研究的不断深入，纳米Al2O3材料将在更多领域发挥更大的作用。
目前，解决均匀分散性能稳定等问题，仍然是纳米Al2O3研究的重点，探索纳米Al2O3复合材料是解决上述问题的重要手段。
关键词:纳米Al2O3;应用Abstract：Nano-Al2O3is a new type of green material, with unique surface effect, volume effect and quantum size effect. In order to improve the performance of nano- Al2O3, doping modification on the carrier of nano- Al2O3 has become a hot topic in related studies. The article summarizes the preparation methods and doping modification types of nano-Al2O3 as well as its application in such fields as chemical, environmental protection, sensor, new energy, optics and mechanical processing in recent years. As researches into its preparation and application go deeper, the nano- Al2O3 material will play a greater role in more fields. At present, how to achieve uniform dispersion and stable performance is still the focus of related studies. To this end, exploring into the nano- Al2O3 composites remains an important approach.Keyword：nano- Al2O3; adhibition1前言纳米Al2O3具有独特的表面效应，如量子尺寸效应和体积效应。
光催化降解有机污染物
光催化降解有机污染物19113219 高思睿1、有机污染物处理的重要性在21世纪，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研究部门的高度重视。
水和空气作为人类最宝贵的资源，随着工业进程的加快，大量的废水、废气被排入其中，其中的有毒有机化合物会在人体内富集，给健康带来巨大威胁。
而且在这些化合物中，有部分化合物用平常的处理方法很难将其降解。
我国学者金奇庭等人通过研究观察发现：很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明显的毒害作用。
这些有机化合物必须通过一些其他的非生物的降解技术来除去。
光催化处理有机污染物的技术由于其价廉，无毒，节能，高效的优势逐渐成为各界人士研究的重点，光催化的研发也一跃成为当前国际热门研究领域之一。
自1972年日本学者藤島(Fujishima)和本田(Honda)发现TiO2单晶能光电催化分解水以来，光催化氧化还原技术，在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、太阳能开发等方面具有广阔的应用前景，受到世界各国的广泛关注，并得到了迅速发展。
大量研究证实：染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等许多难降解或用其它方法难以去除的有机污染物都能够通过光催化氧化反应有效的降解、脱色、去毒，并最终完全矿化为CO2、H2O及其他无机小分子物质，达到完全无机化的目的，从而消除对环境的污染。
2、光催化剂主要的光催化剂类型：1、金属氧化物或硫化物光催化剂2、分子筛光催化剂3、有机物光催化剂在光催化中采用半导体物质作为光催化剂，有ZnO、CdS、WO3、TiO2等。
由于TiO2具有价廉易得、使用稳定及光活性高等优点，所以在光催化降解中，一般采用它作为光催化剂。
1. TiO2的结构二氧化钛是钛的氧化物。
根据晶型可以划分为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种。
金红石矿在自然界中分布最广，锐钛矿型TiO2属于四方晶系，板钛矿型TiO2由于属于正交晶系很不稳定，金红石型TiO2相对于锐钛矿型和板钛矿型来说应用较广。