水面石油污染物的光催化降解
二氧化钛光催化性能
原理，致力提高光催化效率。
Fujishima和Honda的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染 控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。从七十年代
初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。1976年,J. H. Cary报道了TiO?水 浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非
日常生活废水中含有大量的表面活性剂，这种废水不但容易产生异味和泡沫，而且 还会影响废水的生化。表面活性剂不但很难降解，有时还会产生有毒或不溶解的中间
体。研究证明，采用纳米TiO2催化剂分解表面活性剂可以取得较好的效果。虽然表面 活性剂中的烷基链较难完全被纳米TiO2催化剂氧化成CO2,但表面活性剂中芳环的破
纳米二氧化钛光催化性能的研究
摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相 态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸， 最后在紫外光照射下研 究其对有机物的降解。
关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。
1
早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪 色。后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引 起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。20世纪70年代和80
光催化技术在水污染处理中的应用展望
光催化技术在水污染处理中的应用展望水是我们赖以生存的重要资源之一，然而，由于工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，给环境和人类健康带来了巨大的威胁。
为了解决水污染问题，科学家们一直在努力寻找有效的治理技术。
光催化技术作为一种具有广阔应用前景的新能源技术，在水污染处理中展现出巨大的潜力。
光催化技术是指利用光能来激发催化剂，并通过光照下的光电化学反应来降解污染物的技术。
它可以有效降解各种有机污染物、重金属离子和农药等有害物质，并转化为无毒或低毒的物质。
相比传统的水处理技术，光催化技术具有高效、无二次污染、操作简单等优点，因此，在水污染处理中得到了广泛应用。
首先，光催化技术在有机物降解中的应用前景广阔。
有机物是水污染的主要来源之一，包括工业废水、生活污水和农业废水等。
这些有机物可通过光催化技术中的光子能量，激发催化剂与污染物发生化学反应，将有机物降解为无毒或低毒的物质。
研究表明，光催化技术可以高效降解各类有机物，如苯酚、苯乙烯等，且具有很好的稳定性和再利用性，因此，在工业废水处理和饮用水净化方面有着巨大的应用潜力。
其次，光催化技术在重金属离子去除中具有独特优势。
重金属污染是当前水污染问题中的一大难题，具有毒性和持久性。
光催化技术通过光照下的光电化学反应，可实现对重金属离子的高效去除和转化。
研究表明，光催化技术可用于去除汞、铅、铬等重金属离子，并将其转化为较为稳定的形态，从而降低对环境和生物的危害。
相比传统的重金属去除方法，光催化技术不需要添加额外的药剂，减少了二次污染的风险，具有较好的经济性和环境友好性。
另外，光催化技术在处理难降解有机污染物方面具有独特的优势。
一些难降解有机污染物，如农药、药物残留等，传统的水处理方法很难完全去除。
而光催化技术通过光子能量的激发，可引发有机污染物的分解和去除。
研究表明，光催化技术对于降解难降解有机污染物具有很高的效率和选择性，可以有效地将其转化为无毒或低毒的物质。
光催化降解水体有机污染物的研究进展
光催化降解水体有机污染物的研究进展一、本文概述随着工业化的快速发展和人口的不断增长，水体污染问题日益严重，其中有机污染物是主要的污染源之一。
有机污染物不仅会对生态环境造成破坏，还会对人类健康产生严重威胁。
因此，寻找一种高效、环保的治理方法显得尤为重要。
光催化技术作为一种新兴的水体净化技术，以其独特的优势在有机污染物降解领域受到了广泛关注。
本文旨在综述光催化降解水体有机污染物的最新研究进展，分析各种光催化剂的性能和应用，探讨光催化技术的机理和影响因素，以期为未来光催化技术在环境治理领域的应用提供理论支持和实践指导。
本文将对光催化技术的基本原理进行简要介绍，包括光催化剂的种类、光催化反应过程以及影响光催化效率的因素等。
然后，重点综述近年来光催化降解水体有机污染物的研究进展，包括新型光催化剂的开发、光催化反应条件的优化、光催化与其他技术的联合应用等方面。
还将对光催化技术在实际应用中所面临的挑战和问题进行探讨，如光催化剂的稳定性、光催化反应的动力学问题等。
本文将对光催化技术的未来发展方向进行展望，以期为该领域的研究人员提供有益的参考和启示。
二、光催化降解技术基础光催化降解技术是一种利用光催化剂在光照条件下，产生具有强氧化性的活性物种（如羟基自由基等），从而实现对有机污染物的降解和矿化的高级氧化技术。
这一技术自上世纪70年代被发现以来，因其高效、环保的特性，已成为水体有机污染物治理的热门研究领域。
光催化降解技术的核心在于光催化剂的选择和设计。
常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等半导体材料。
这些材料在光照下能够吸收光能，产生电子-空穴对，进而生成活性物种。
其中，TiO2因其化学稳定性好、光催化活性高、无毒无害等优点，成为最常用的光催化剂之一。
光催化降解技术的另一个重要方面是光照条件的选择。
紫外线（UV）光具有较高的能量，能够激发光催化剂产生更多的活性物种，因此常被用于光催化降解实验。
漂浮型TiO2／EP体系光催化降解水面烃类污染物研究
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｘ ｎ ｅ ｒｉｅ； Ｏ２； ｏ ｔｎ ｉ ； ｈ ｔ ｃ ｔ ｙｉ ｅ ｒ ｄ ｔｏ ｅ ｐａ ｄ ｄ ｐｅ ｌ Ｔｉ ｆ ａｉ ｇ ｏｌ ｐ ｏｏ ａ ａ ｔ ｄ ｇ ａ ａｉｎ ｔ ｌ ｌ ｃ
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ｗｅ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ｒ ｙ ａ ｄ ＢＥＴ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ． ｒｏｍａ ｅ ｏ ｈ ａａ ｙ ｔ ｓ ｉ ｖ ｓｉ ａｅ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｅ ｙ Ｘ—ａ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓ Ｐｅ ｒ ｎｃ ｆ ｔ ｅ ｃ ｔｌｓｓ ｗａ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ ｗｉｈ ｆ ｏ ｔ ｎ ｓａ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｏｌｆｌ ｆｏ ｔｎ ｎ ｗａ ｅ ． ｅ ｂ ｓ ａａｙ ｔ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ｈｅｃ ｌ ｉａｉ ｎ ｃａ ｅ ａ ｄ ｌｏ ｈ ｉ ｍ ａｉ ｇｏ ｔｒ Ｔｈ ｅ ｔｃ ｔｌ ｓｓｗｅ ｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｙｔ ａｃｎ ｔｏ ｓ ｉ ｌ
光催化 降解 水 面烃类 活性进行 了深 入研究 ， 以期 为
高级氧化技术在油田水处理中的应用_刘书孟
治理技术 油气田环境保护 第１４卷・第３期 ・２５・˙高级氧化技术在油田水处理中的应用刘书孟（上海交通大学环境科学与工程学院） 摘要概述了高级氧化技术的基本原理和发展历程，介绍了臭氧氧化、二氧化氯氧化及光催化氧化等典型的高级氧化技术及其在水处理中的应用进展情况。
结合目前油田水处理中出现的新问题，如硫酸盐还原菌含量高、有机物浓度高、微生物易于繁殖以及结垢严重等现象，对高级氧化技术在油田水处理中的应用前景进行了论述。
同时提出应进一步加强对油田采出污水杀菌、油田水的灭藻和除泥、油田地面水体油污染控制等方面的研究。
关键词高级氧化技术 臭氧氧化 二氧化氯氧化 光催化氧化 油田水处理技术０ 引 言 高级氧化技术（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ＡＯＴｓ）是通过产生羟基自由基ＨＯ・而将污染物氧化降解的技术。
高级氧化技术的出现最早可追溯到十九世纪，１８９４年Ｆｅｎｔｏｎ发现Ｆｅ２＋和Ｈ２Ｏ２混合后可以产生ＨＯ・自由基［１］，ＨＯ・自由基通过电子转移等途径可使水中的有机污染物氧化为二氧化碳和水，从而使有害物质降解。
可以说Ｆｅｎｔｏｎ揭开了高级氧化技术发展的序幕。
１９３５年Ｗｅｉｓｓ提出Ｏ３在水溶液中可与ＯＨ－反应生成ＨＯ・自由基［２］，１９４８年Ｔａｕｂｅ和Ｂｒａｙ在实验中发现Ｈ２Ｏ２在水溶液中可以离解成ＨＯ２－，可诱发产生ＨＯ・自由基，随后Ｏ３和Ｈ２Ｏ２复合的高级氧化技术被发现。
２０世纪７０年代，Ｐｒｅｎｇｌｅ、Ｃａｒｙ等率先发现光催化可产生ＨＯ・自由基［３，４］，吹响了光催化高级氧化研究的号角。
近二十多年，高级氧化技术，以其巨大的潜力及独特的优势逐渐成为环境学科领域竞相研究的热点，并迅速在水处理中得到广泛应用。
本文介绍几种典型的高级氧化技术，并就其在油田污水处理中的应用进行探讨。
１ 臭氧氧化 臭氧是一种优良的强氧化剂，氧化电位高，能够氧化许多有机物，如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素和腐殖质等。
光催化材料的降解有机污染物实验
光催化材料的降解有机污染物实验近年来，随着工业化进程的加快和人们对环境保护意识的提高，有机污染物成为一个严重的环境问题。
有机污染物的排放对水体、大气和土壤造成了严重的污染，对人类健康和生态环境造成了巨大的危害。
因此，寻找一种高效、环保的方法来降解有机污染物成为了科研工作者的重要任务。
光催化技术作为一种新兴的环境治理技术，吸引了众多研究者的关注。
光催化材料的降解有机污染物实验成为了当前研究的热点之一。
光催化材料是一种能够利用光能进行化学反应的材料，通过光催化反应可以将有机污染物分解为无害物质，从而实现有机污染物的降解。
在光催化材料的降解有机污染物实验中，首先需要选择适合的光催化材料。
常用的光催化材料包括二氧化钛、氧化锌、氧化铟等。
这些材料具有良好的光催化性能，能够有效地吸收光能并产生电子-空穴对。
其中，二氧化钛是应用最广泛的光催化材料之一，因其价格低廉、稳定性好、光催化活性高而备受关注。
在实验中，我们可以通过不同的方法制备光催化材料。
一种常用的方法是溶胶-凝胶法。
该方法通过将适量的前驱体溶解在溶剂中，然后加入适量的络合剂和催化剂，在适当的条件下进行反应，最终得到光催化材料。
另一种方法是水热法，该方法通过将适量的前驱体和溶剂放入高压容器中，在高温高压下进行反应，最终得到光催化材料。
在实验中，我们可以选择不同的有机污染物进行降解实验。
常见的有机污染物包括苯系物、酚类物质、农药等。
以苯系物为例，我们可以将其溶解在适量的溶剂中，然后将光催化材料加入到溶液中，并暴露在光源下进行反应。
在实验过程中，我们可以通过监测溶液中有机污染物的浓度变化来评估光催化材料的降解效果。
除了选择合适的光催化材料和有机污染物外，实验条件的控制也是实验成功的关键。
光催化反应受到光源强度、反应温度、溶液pH值等多个因素的影响。
因此，在实验中需要仔细控制这些因素，以保证实验的准确性和可重复性。
在实验结果方面，我们可以通过不同的分析方法来评估光催化材料的降解效果。
光催化降解废水技术研究进展
光催化降解废水技术研究进展水是人类生存不可或缺的资源，然而近年来，环境污染日益严重，水污染问题也变得越来越突出。
废水的排放成为恶化水环境的主要因素，引起了各国政府和科学家们的高度关注。
光催化降解废水技术由于其环保、高效的特性，成为了研究的热点之一。
一、光催化降解废水技术原理光催化技术是利用半导体材料在光照条件下，通过电子-空穴对的形成、迁移与变化，将废水中的污染物在催化剂作用下氧化分解成为无害物质的过程。
在这个过程中，光线的能量被转化为化学能以达到催化降解废水的目的。
二、技术的应用领域相较于传统的水处理技术，光催化降解废水技术具有高效、环保的特点，已经被广泛应用于新材料、电子、化工、食品、制药等多个领域。
此外，光催化还可以应用于城市污水、医院污水、工业废水、农业废水等各个领域的水处理。
三、技术的研究进展随着科学技术的不断发展，光催化降解废水技术的研究逐渐深入。
科学家们不断探寻更优异的催化材料和光源，以提高光催化降解废水技术的效率和使用寿命。
1. 催化材料方面催化材料是光催化降解废水技术中至关重要的一环。
目前，二氧化钛（TiO2）是最常用的催化材料之一。
科学家们不断尝试改良二氧化钛的物理性质，如形貌、结晶、晶体缺陷等，以改善催化剂的络合情况、光催化性能和稳定性。
此外，除了TiO2之外，过渡金属氧化物、碳基材料、半导体材料、金属有机框架材料等也都在光催化领域中应用，并展现出了较优越的光催化性能。
2. 光源方面对于光催化降解废水技术而言，光源的选择也非常关键。
自然光源和人工光源是目前光催化技术最常用的两种光源。
其中自然光源，包括太阳光、室内光和紫外线。
太阳光更能保证催化剂的活性，但在云天气和晚上会受到限制。
因此，人工光源在实际应用中更加广泛。
针对不同污染物和光源选择，研究者们已经开发了多种光源调节技术，包括可见光响应、紫外可调控LED和全光谱模拟光源等。
四、技术的未来展望随着全球环保意识的不断增强，光催化降解废水技术也将不断迈向更高的阶段。
光催化降解污染物的机理与应用
光催化降解污染物的机理与应用光催化技术是一种环保新技术，通过光照激发光催化材料，可以降解水体中存在的有机污染物和无机污染物，将其转化为更可控的有机物和无机物，从而达到净化环境的目的。
光催化降解污染物的机理光催化技术的基本机理是利用带能带电极势相近的半导体将外界光照的光子电离，产生电子-空穴对。
其中，电子具有还原性，可以与氧分子反应生成羟基自由基，同时，空穴具有氧化性，可与水分子反应生成氢氧自由基。
这些自由基可进一步与污染物反应生成氧化活性物种，从而降解污染物。
目前，主流的光催化材料是二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO），其中，二氧化钛是最为常用的光催化材料。
二氧化钛具有很好的吸收紫外线的性质，同时其能带位置与水分子的氧化还原电位相近，保证了羟基自由基和氢氧自由基的不断生成，从而促进了污染物的降解。
光催化降解污染物的应用光催化技术可以应用于很多领域，如水污染、空气污染、土壤污染等。
其中，水污染是光催化技术的主要应用领域之一。
在水污染方面，常见的污染物包括有机化合物、重金属、农药残留等。
光催化技术可通过将污染物暴露在光催化材料下进行降解。
水体本身是一种良好的反应介质，有机物和无机物与光催化材料表面的氧化活性物种吸附后，反应速率明显增加。
光催化技术可以有效降解部分难以被传统水处理方法去除的复杂有机物。
例如，光催化技术可应用于处理含有化学需氧量（COD）和氨氮等有机物的生活污水和工业废水。
除了水污染，光催化技术还可应用于大气污染治理。
近年来，随着汽车排放引起的大气污染日渐严重，采用光催化技术来净化大气受到了广泛关注。
例如，城市道路两旁经常固定安装光催化反应器，利用太阳光直接照射，加速PM2.5的降解，从而净化空气。
结语光催化技术是一种环保新技术，其机理和应用十分广泛。
尽管在工程实践中，光催化技术面临着过高的能耗、材料不稳定、反应速率慢和难以回收利用的问题，但其对环境净化贡献显著，具有巨大的发展前景。
希望未来能够进一步深化研究，将光催化技术更广泛地应用于污染治理领域。
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第20卷第3期催 化 学 报1999年5月Vol.20No.3Chinese Journal of Catalysis May1999水面石油污染物的光催化降解3赵文宽覃榆森方佑龄董庆华(武汉大学化学学院,武汉430072)提 要 制备了漂浮负载型TiO2光催化剂,并用XRD,BET,TEM和SEM等方法进行了表征.研究了这类催化剂对水面石油污染物的光催化降解,实验结果表明,掺杂Fe3+的TiO2光催化剂具有高的光催化活性,经高压汞灯照射8h,水面原油降解75%.关键词 光催化降解,原油污染物,煤灰漂珠,二氧化钛分类号 O643/X7据报道,全世界每年因河流和海上事故进入河流和海洋的石油污染物总量在1000万吨以上,对水体及海洋环境造成了严重的污染.因此治理水体的石油污染已成为世界各国共同关心的问题.现在人们已注意到半导体TiO2的光催化反应能有效地降解水中的有机污染物,它已成为一种有重要应用前景的污水处理方法[1,2].在已报道的TiO2光催化降解水中有害污染物的研究中,大多数采用的是TiO2微粒分散悬浮体系,但是,由于石油类有机污染物不溶于水而漂浮在水面,TiO2的密度(锐钛矿型为3184g/cm3)远大于水,会沉于水底,因此若采用这种悬浮体系将导致TiO2不能发挥光催化剂的作用.为了使TiO2能漂浮在水面与石油类污染物充分接触进行光催化反应,需要将它负载在一种密度远小于水、能使TiO2良好附着且不被TiO2光催化氧化的载体上,制备成能漂浮在水面的负载型TiO2光催化剂.Berry等[3]报道了用环氧树脂将TiO2粉末粘附在木屑上,Heller等[4]用硅偶联剂将TiO2粉末偶联在空心玻璃球上.本文以火力发电厂粉煤灰的漂珠为载体,用钛醇盐水解(及掺杂)制备TiO2纳米粉体,经烧结将TiO2纳米粉体负载于载体上,从而得到了一种新的漂浮负载型TiO2光催化剂.实验表明,该催化剂能漂浮于水面,与水体表面的石油污染物充分接触,达到有效地光催化降解水面石油污染物质的目的.1 实验部分1.1 试剂和仪器 漂珠(北京市石景山电力公司提供,经本实验室分离处理):粒径40～250μm,体积密度0136g/cm3,真实密度0178g/cm3.空心玻璃球SL G(美国PQ公司):粒径10～300μm,体积密度014g/cm3,真实密度0.75g/cm3.原油(马来西亚TAPIS产,武汉石油化工厂提供)经100℃蒸馏,除去低沸点组分.P225TiO2(德国Degussa公司):平均粒径21 nm,锐钛矿型80/金红石型20,比表面积50m2/g.甲基三甲氧基硅烷(武汉大学化工厂).光源为GGZ2125W高压汞灯(上海亚明灯泡厂).用日本Rigaku D/max2rB型X射线衍射仪(Cu Kα)测定粉体的物相,并通过Sherrer公式计算TiO2纳米粉体的晶粒尺寸;用日本J EOL J EM2100Ⅻ型透射电子显微镜观察粉体的形貌;用美国Micromeritics GEM EN I2360型比表面积分析仪,B ET法测定粉体的比表面积;收稿日期:1998210212.第一作者:赵文宽,女,1943年生,副教授.联系人:赵文宽.Tel:(027)87684703.3国家自然科学基金(批准号29577282)资助项目.用日本Hitachi X 2650型扫描电子显微镜观察催化剂的形貌;用日本Shimazu UV 2160A 型分光光度计测定TiO 2的负载量和原油残留量;用北京师范大学光电仪器厂UV 2A 型紫外辐射计测定紫外光的辐射强度(波长λp =365nm ).1.2 漂浮负载型TiO 2光催化剂的制备1.2.1 TiO 2纳米粉体和掺Fe 3+的TiO 2纳米粉体的制备 取一定量四丁氧基钛(Ti 2(OC 4H 9)4)溶于异丙醇(i 2C 3H 7OH ),加入过量的水并加热、水解得Ti (OH )4白色沉淀,加HNO 3成半透明溶胶,经热处理得TiO 2纳米粉体.为了制备掺Fe 3+的TiO 2纳米粉体,在制备过程中加入Fe (NO 3)3・9H 2O ,加入量(以Fe 3+计)为TiO 2质量的0103%,其余操作同上.1.2.2 烧结法制备负载型TiO 2光催化剂 取10g 漂珠和215g TiO 2纳米粉体(或掺Fe 3+的TiO 2纳米粉体)用水调成糊状,加热除去大部分水后于550℃下煅烧2h ,冷却后洗去少量下沉物,烘干得产物.1.2.3 偶联法制备负载型TiO 2光催化剂[4,5] 以无水乙醇为溶剂,加410ml 甲基三甲氧基硅烷和014ml 水,加热回流,然后分别加12g 空心玻璃球SL G 和5g P 225TiO 2,继续回流,反应完成后,蒸发除去无水乙醇,加热至(135±15)℃挥发除去残留有机物.经稀HCl 浸泡洗涤,再用水洗涤干净后烘干得产物.1.3 光催化反应 在200ml 的敞口玻璃容器中放入120ml 水,准确加入1100ml TAPIS 原油和一定量的漂浮负载型TiO 2光催化剂.通入氧气(流量为30ml/min ),用125W 高压汞灯(辐射强度46W/m 2,λmax =365nm )光照一定时间后,测定水中原油的残留量.1.4 TiO 2负载量的分析和原油残留量的测定1.4.1 TiO 2负载量的分析 将表面负载有纳米TiO 2的漂珠或SL G 空心玻璃微球,经粉碎研磨后,准确称量放入浓H 2SO 4和(N H 4)2SO 4的混合溶液中,加热至沸腾使TiO 2溶解,分离出碎玻璃球,定容,用H 2O 2显色,在波长410nm 处,用光度法测定TiO 2的负载量.1.4.2 原油残留量的测定 原油的成分十分复杂,不可能用常规的纯组分的分析方法确定其含量.因此,本工作采用了环境监测中测定石油类物质的紫外分光光度法来测定总的原油残图1 TiO 2粉体和掺杂Fe 3+的TiO 2粉体的XR D 谱Fig 1 XRD patterns of TiO 2powder (1)and Fe 3+2doped TiO 2powder (2)留量,操作详见文献[6].2 结果与讨论2.1 漂浮负载型TiO 2光催化剂的表征2.1.1 TiO 2纳米粉体和掺Fe 3+的TiO 2纳米粉体的表征 图1是由Ti (OC 4H 9)4水解制得的TiO 2粉体的X 射线衍射图.从图1(1)上的衍射峰可知它具有锐钛矿相结构.掺Fe 3+的TiO 2粉体的XRD 谱图1(2)与图1(1)相同,由于掺Fe 3+的量少,还没有出现新的衍射峰;其晶粒尺寸大小,由TiO 2的最强衍射(101)面的半高宽,通过Scherrer 公式计算[7],得出平均粒径(d 101)分别为7nm 和811nm.图2(1)和2(2)分别是TiO 2纳米粉体和掺Fe 3+的TiO 2纳米粉体的透射电子显微镜照片,通过图象观察表明,TiO 2纳米微晶的颗粒较均匀,平均粒9633期赵文宽等:水面石油污染物的光催化降解径与通过Scherrer 公式计算得出的晶体尺寸相吻合,并无明显的团聚.经B ET 测定其比表面积分别为17913m 2/g 和15814m 2/g.图2 TiO 2粉体(a)和掺杂Fe 3+的TiO 2粉体(b)的TEM 照片Fig 2 TEM photographs of TiO 2powder (a )and Fe 3+2doped TiO 2powder (b )(×140000)2.1.2 催化剂上TiO 2的负载量 据文献[4]报道,当TiO 2的负载量在5%～20%时,光助氧化量子效率最高.本工作制备的负载型TiO 2光催化剂,其TiO 2的负载量以TiO 2质量/(载体+TiO 2)质量×100%表示,具体数据见表1.表1 催化剂的TiO 2负载量Table 1 TiO 2loading of TiO 2photocatalystsAttachment method for TiO 2Carrier TiO 2type TiO 2loading (%)Silane couplingSL G P 22515.2Thermal attachmentflotable bead nanoparticle TiO 216.0Thermal attachment flotable bead Fe 3+2doped nanoparticle TiO 217.02.1.3 催化剂的表面形貌 图3是载体及漂浮负载型TiO 2光催化剂的扫描电子显微镜照片.从图象观察可知,空心玻璃微球SL G (图3(a ))的表面比漂珠的表面(图3(b ))平整光滑;通过偶联法制得的光催化剂,TiO 2在载体SL G 表面形成较均匀的负载层(图3(c ));通过烧结法制得的光催化剂(图3(d )和3(e )),TiO 2在载体漂珠表面形成的是不平的负载层.但由于控制了载体表面TiO 2的负载量,故可以观察到TiO 2层并没有完全覆盖载体的整个表面.2.2 对原油的光催化降解 以偶联法制得的负载型光催化剂3100g 所负载的TiO 2量为标准,分别称取负载有相同质量的TiO 2的各种催化剂和1100ml 原油加入到120ml 水中,在相同条件下测定光照时间和原油残留量的关系,所得结果如图4所示.为了比较不同方法制备的负载型TiO 2光催化剂的光化学活性,表2列出了在相同实验条件下光照8h 的原油残留量.表2 不同催化剂对原油的光催化降解Table 2 Photocatalytic decomposition of crude oil with various photocatalysts after 8h irradiationTiO 2powderPhase d 101/nm S BET /(m 2/g )Carrier Attachment method Crude oil remained (%)P 225TiO 2A/R (80/20)20(TEM )50SL G silane coupling 35.1%TiO 2A 7.0179.3flotable bead thermal attachment 29.6%Fe 3+/TiO 2A 8.1158.4flotable bead thermal attachment 24.8%实验结果表明,本文制备的TiO 2粉体具有较小的粒径和较大的比表面积,制成的漂浮型光催化剂比P 225TiO 2用偶联法制成的光催化剂有更高的光催化活性,而掺杂Fe 3+的TiO 2光催化剂的活性又明显高于未掺杂的TiO 2光催化剂.073催 化 学 报20卷图3 载体和光催化剂的SEM 照片Fig 3 SEM photographs of the carrier and TiO 2photocatalysts(a )SL G ,(b )Flotable bead ,(c )P 225TiO 2by silane coupling attachment ,(d )Nanoparticle TiO 2by thermal attachment ,(e )Fe 3+2doped nanoparticle TiO 2by thermal attachment图4 原油残留量随光照时间的变化Fig 4 Change of remained crude oil with irradiation time (1)P 225TiO 2by silane coupling attachment ,(2)Nanoparticle TiO 2by thermal attachment ,(3)Fe 3+2doped nanoparticle TiO 2by thermal attachment2.3 影响原油降解速率的因素 当半导体TiO 2微粒吸收了能量大于其禁带宽度(锐钛矿型TiO 2带隙E g =310eV )的光子时会产生电子和空穴.空穴将水氧化为・OH 自由基和质子,・OH 将烃类和其它不溶于水的有机物氧化成水溶性产物,并最终将它们转变成HCO -3.电子可以与空穴发生复合反应,这是一个降低量子效率的过程;也可以还原吸附在半导体表面的氧,生成H 2O 2,因此,为了保持高的量子效率,需向半导体TiO 2微粒表面通入氧.光催化剂的活性取决于TiO 2的结构、表面积和表面化学性质,因此光催化剂的制备方法、杂质含量、粒径大小等都会影响量子效率.过渡金属离子掺杂可在半导体表面引入缺陷或改变结晶1733期赵文宽等:水面石油污染物的光催化降解273催 化 学 报20卷度,它可能成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命,现在普遍认为Fe3+是很有效的掺杂离子[8].另外,由于原油是一种强烈吸收紫外光的物质,为提高光催化反应速率,必需将TiO2光催化剂置于油2气界面上,而不能让它浸没在厚的油层中.除TiO2催化剂本身的光催化活性外,水面原油降解的速率还与下列因素有关:负载型TiO2光催化剂的质量和原油的体积比,辐照光的波长和辐射强度,油层上空气中氧气的分压等.由于原油的组成十分复杂,上述各种因素对原油降解速率的影响,以及原油分解的机理等还有一些问题尚待进一步详细研究.参考文献1 Hoffmann M R,Martin S T,Choi W et al.Chem Rev,1995,95:692 沈伟韧,赵文宽,贺飞等.化学进展,1998,10:3493 Berry R J,Mueller M R.Microchem J,1994,50:284 Heller A,Nair M,Davidson L et al.In:Ollis D F,Al2Ekabi H eds.Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air.Amsterdam:Elsevier,1993.1395 方佑龄,赵文宽,尹少华等.应用化学,1997,14(2):816 魏复盛,徐晓白,阎吉昌等.水和废水监测分析方法指南(下册).北京:中国环境科学出版社,1997.4227 尹元根主编.多相催化剂的研究方法.北京:化学工业出版社,1988.1608 Litter M I,Navio J A.J Photochem Photobiol A:Chem,1996,98:171PH OT OCATALYTIC DECOMPOSITION OF CRU DE OI L ON WATERZhao Wenkuan,Tan Yusen,Fang Y ouling,Dong Qinghua(College of Chemist ry,W uhan U niversity,W uhan430072)Abstract Buoyant cenosphere2loaded TiO2photocatalysts were prepared and the nanosized TiO2particles were characterized by XRD,B ET,TEM and SEM.The photocatalytic decomposition of crude oil contamination on water has been studied. Experimental results show that Fe3+2doped TiO2catalyst has higher photoactivity than undoped TiO2.After irradiation for8h under a high pressure mercury lamp,thedecomposition rate of crude oil on water reaches about75%.K ey w ords photocatalytic decomposition,crude oil contamination,buoyant ceno2 sphere,titanium dioxide(Ed L YX)。