光催化降解有机污染物进展资料
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物
纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物纳米TiO2光催化技术为一种有效的水体净化方法，可用于降解水体中的有机污染物。
本文将详细介绍纳米TiO2光催化降解有机污染物的原理、应用和未来发展趋势。
1. 简介水体污染是当前环境问题的重要方面之一，有机污染物的存在严重威胁水生态系统的健康和人类的生存。
因此，研究和开发高效的水体净化技术变得尤为重要。
纳米TiO2光催化技术凭借其高效、无毒、无副产物、易操作等优势，被广泛应用于水体净化领域。
2. 纳米TiO2光催化的原理纳米TiO2光催化技术是通过TiO2纳米颗粒的吸光吸收能量，形成带隙激发，产生电子和空穴对，进而参与化学反应。
在光照的作用下，纳米TiO2表面形成活性氧种，如羟基自由基和超氧阴离子自由基等，这些活性氧种具有较强的氧化能力，可将有机污染物分解为无害的物质。
3. 纳米TiO2光催化应用案例纳米TiO2光催化技术在水体净化领域有着广泛的应用。
以染料为例，纳米TiO2光催化技术可将有机染料降解为无色的无害物质。
此外，纳米TiO2光催化技术还可用于降解苯酚、有机酸类、农药等有机污染物。
这些应用案例充分展示了纳米TiO2光催化技术在水体净化中的潜力和优势。
4. 纳米TiO2光催化的改进方向虽然纳米TiO2光催化技术具有广泛的应用前景，但仍然存在一些问题需要解决。
首先，纳米TiO2材料的光催化效率仍有提升空间，需要进一步改进催化剂的结构和合成方法。
其次，纳米TiO2光催化技术受光照强度、温度等外部条件的影响较大，需要优化反应条件以提高降解效率。
此外，考虑到纳米TiO2颗粒对环境的潜在风险，还需要研究纳米TiO2的生物降解性以及对水生态系统的影响等问题。
5. 结论纳米TiO2光催化技术作为一种高效、环保的水体净化方法，具有重要的应用前景。
通过对纳米TiO2的研究和改进，可以进一步提高光催化降解有机污染物的效果，为水体净化事业做出更大的贡献。
未来，纳米TiO2光催化技术有望成为一种重要的工程应用，为改善水环境质量和保护生态环境做出积极的贡献。
光催化降解环境污染物的研究进展
光催化降解环境污染物的研究进展环境污染已成为当今社会面临的严重问题之一。
其中，水污染是最为严重的污染类型之一。
水污染给人们的生活和健康带来了巨大的危害。
为了解决水污染问题，科学家们不断探索科技手段，其中光催化技术被广泛应用于水质净化和水污染治理领域。
光催化技术中的光催化降解是基于光催化反应原理，通过吸收特定波长的光能并反应表面某些种类的材料表面产生的电子-空穴对，使得水中的污染物质分解成更小的有机分子，达到水质净化和水污染治理的目的。
其对环境污染的治理效果总体上较好，并并得到了广泛的研究和应用。
本文从光催化的基本原理和应用范围、目前国内外的研究进展以及光催化技术的挑战和未来发展趋势等方面着手，深入分析和探讨光催化降解环境污染物的研究进展。
一、光催化技术的基本原理和应用范围光催化技术是一种绿色环保的技术，它是基于光催化反应原理对有害物质进行降解的。
通过吸收特定波长的光能，光催化剂表面会产生反应所需的电子-空穴对，并将它们注入污染物中，引起氧化、还原等化学反应，使污染物分解成更小的有机分子，从而达到净化水质的目的。
光催化技术广泛应用于水质净化和水污染治理领域。
其应用范围包括：饮用水净化、工业水净化、污泥处理、空气净化、固体小分子材料的制备等。
其中，水质净化是光催化技术应用最广泛的领域之一。
通过降解水中的有害物质，减少水域污染，实现水体资源的可持续利用，对人类健康和经济建设都有着重要的意义。
二、国内外研究进展近年来，光催化技术在环境污染治理领域得到了广泛的研究和应用。
世界上许多研究机构和产业园区都建立了光催化污染治理和材料研发的专门实验室，并组织了大量的研究课题。
目前，各种光催化材料已经逐渐被应用到水质净化、空气净化、固体小分子材料的制备等领域。
其中，TiO_2是研究中应用最广泛的一种光催化材料。
国内外学者针对光催化降解污染物的机理和效果进行了广泛的研究。
国外研究者对光催化材料结构和性能的研究较为深入，不断推出新型复合光催化材料，并验证了其治理效果。
光催化氧化降解水中有机污染物的研究进展
2003年12月韶关学院学报(自然科学版) Dec.2003第24卷 第12期Journal of Shaoguan University(Natural Science) V ol.24 N o.12光催化氧化降解水中有机污染物的研究进展李 宁,李光明,赵建夫(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)摘要:光催化氧化能降解直至矿化多种有机污染物,是一种极具应用前景的水处理技术.对光催化氧化在国内外的研究和应用现状进行了介绍,包括均相和非均相光催化氧化机理、影响因素、实际应用、反应动力学、反应器、催化剂等,并讨论光催化氧化目前存在的问题及今后研究的发展方向.关键词:光催化氧化;降解;有机污染物;均相;非均相中图分类号:X708 文献标识码:A 文章编号:1007-5348(2003)12-0100-08 水资源污染是目前世界各国普遍面临而亟待解决的问题之一.许多有毒有害的有机污染物被水体和土壤自净的速度很慢而净化不彻底,并且在水体中存在时间长、范围广,对人类潜在影响很大,如许多有机物或其降解的中间产物具有“致癌、致畸、致突变”的“三致性”,这些有机污染物采用传统的生物处理工艺已难以去除[1,2].光催化氧化法(Photocatalytic oxidation/degradation)处理、净化受污染水体的方法是一种高级(深度)氧化技术(Advanced oxidation process/technology,简称AOP或AOT).其研究和应用是近30年来迅速发展的一个新领域,对许多有毒有害的有机污染物的处理均显示出其独特的优势,如氧化降解水体中不饱和有机化合物、芳烃、卤化烃、芳香类化合物、杂环化合物、染料、表面活性剂有机氮磷农药等[3-5].光催化能将难降解有机污染物氧化、分解,直至H2O、C O2和无机盐等,使有机物部分或完全矿物质化(矿化),从而达到污染物无害化处理的要求.1均相光催化氧化均相光化学催化氧化主要指UV/Fenton法.1894年H.J.H.Fenton便发现Fe2+通过催化H2O2能强烈地促进苹果酸的氧化,Fenton试剂的早期研究主要在有机合成领域.近年来,人们将紫外光、氧气(空气)引入Fenton试剂,使反应速率大大提高,同时节约了Fe2+和H2O2的用量,也扩大Fenton试剂法处理废水的应用范围[6,7],称类Fenton试剂法或均相氧化法.1.1均相光催化机理虽然Fenton试剂被发现及应用已有一百多年了,但其作用机理一直不甚明确,也存在着许多争议,目前公认的是Fenton试剂通过催化分解产生了羟基自由基H O・进攻有机物分子,并逐渐降解直至矿化成C O2、H2O和无机盐.H O・与有机物的氧化降解反应包括链的引发、增殖或传递、终止,有关机理反应式总结如下[3,6,8-13]:Fe2++H2O2→Fe3++OH-+H O・ (1) H O・+H2O2→H O2・+H2O(2)收稿日期:2003-09-15作者简介:李宁(1969-),男,四川遂宁人,同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室博士研究生,主要从事水污染控制方面的研究. Fe 3++H 2O 2→Fe 2++H O 2・+H +(3) H O 2・+Fe 3+→Fe 2++O 2・+H +(4)Fe 2++H O 2・→Fe 3++H O 2-(5) H O 2・+H 2O 2→H 2O +H O ・+O 2(6)H 2O 2h γ2H O ・(7) Fe (OH )2+h γFe 2++H O ・(8)H O ・+C O 32-→OH -+C O 32-・(9) H O ・+HC O 32-→H 2O +C O 32-・(10)Fe 2++O 2→Fe 3++O 2-・(11) 2O 2-・+2H +→H 2O 2+O 2・(12)RC OOH +Fe 3+→RC OOFe 2++H +(13) RC OOFe 2+h γR ・+C O 2+Fe 2+(14)ROH +Fe 3+h γRO ・+Fe 2++H +(15) RO 2・+H 2O →ROH +H O 2・(16)H O ・+R -H →R ・+H 2O (17) H O ・+R -H →[R -H]+・+OH -(18)H O ・+R 1-CH =CH -R 2+H +→R 1-C (OH )H -CH 2-R 2(19)RH ・+O 2→RO 2H ・(20) 2RH ・→HRRH (21)H O ・+Fe 2+→Fe 3++OH -(22) 2H O ・→H 2O 2(23)2H O 2・→H 2O 2+O 2(24) Fe 3++O 2-・→Fe 2++O 2(25)Fe 3++H O 2・→Fe 2++O 2+H +(26) Fe 2++H O 2・+H +→Fe 3++H 2O 2(27)H O 2・+O 2-・+H +→H 2O 2+O 2(28) O 2-・+Fe 2++2H +→Fe 3++H 2O 2(29)2H 2O 2→2H 2O +O 2(30)1.2 均相光催化反应的影响因素1.2.1 pH 值:Fenton 试剂是在酸性条件下产生作用的,在中性或碱性条件下Fe 2+不能催化H 2O 2产生H O ・[14].其原理可由1.1中反应式(9)、(10)来说明.陈传好等人[10]利用Fenton 试剂对洗胶废水氧化处理,pH =3时C OD 去除率最大,而pH =6时C OD 基本上没有变化.1.2.2 H 2O 2加入浓度:据研究[10,14,15],废水C OD 去除率开始时随H 2O 2浓度增大而增大,到达峰值后随着H 2O 2浓度增大而略有下降.原理如反应式(2)、(30)所示.1.2.3 Fe 2+浓度:水中Fe 2+浓度情况与H 2O 2相类似[9,10,14],原因如反应式(22)所示.过高的Fe 2+加入量不仅使反应后出水的色度增加,而且出水后续处理的难度也增大[16].1.2.4 反应采用的不同载气:在光助Fenton 氧化PV A 退浆废水的研究中[9],载气采用O 2废水C OD 去除率最高,空气其次,而N 2效果最差.反应式(11)、(17)、(20)说明了O 2存在的条件对有机污染物氧化降解的重要性.1.2.5 草酸根离子和表面活性剂:可见光均相氧化法降解吖啶橙染料(含氮杂蒽结构)的研究表明[11],草酸根离子与三价铁离子生成的Fe (OX )n (2n -3)-等络合离子降低了吖啶橙的降解速度,原因是Fe (C 2O 4)33-远低于Fe (H 2O )63+的氧化还原电势,因此Fe (Ⅲ)草酸络合离子不利于染料的电子转移.该结论与国内外许多研究者认为草酸根离子能促进均相光催化氧化反应的进行的观点相反,同时也说明废水中有机污染物降解的复杂性.此外,该研究表明阴离子表面活性剂D BS 可使吖啶橙的降解速度明显加快.1.2.6 反应时间:均相光催化氧化废水随时间的增加C OD 逐渐下降,但一定时间以后C OD 基本保持稳定[14].1.2.7 反应温度:温度一般对均相光催化氧化影响较小.1.3均相光催化反应的应用与Fenton 反应相比,光助Fenton 反应具有减少Fe 2+用量、提高H 2O 2利用率的优点,并且 第12期李宁,等:光催化氧化降解水中有机污染物的研究进展 ・101 ・UV 激发H 2O 和Fe 3+能够提高体系的H O ・浓度,促进并提高Fenton 反应的速度和氧化降解能力.近年来,许多研究者利用光助Fenton 反应降解典型有机污染物,作了许多有益的研究及探索.例如,谢银德等[11]利用可见光均相氧化法降解吖啶橙染料,韦朝海等[16]采用光助Fenton 试剂氧化降解含硝基苯废水,雷乐成[9]处理PV A 退浆废水,K im 等[13]处理填埋场渗滤水,Sun 等[12]采用三价铁离子水合物或聚合体作催化剂降解、矿化2,4-D 等.尽管光助Fenton 试剂氧化降解甚至矿化有机污染物在实验室研究取得了较好的处理效果,但实际废水处理与工业应用少见报道,原因是实际工业废水的污染物复杂性可能导致废水处理效果较差,且光助Fenton 处理费用高、工艺复杂、光源和反应器均受限制.将均相光催化氧化与其它废水处理技术联用,例如均相光催化氧化使一些难降解的有机污染物生化降解性得以提高,同时减弱其毒性而有利于后续传统生物处理率的提高等;亦或用于处理其它处理的后续出水,氧化降解出水中的微量或低浓度难降解有机污染物,从而提高出水质量.2非均相光催化氧化1972年Fujishima 和H ondo [2,17,18]发现在电池反应中,光辐照T iO 2可持续发生水的氧化还原反应,并产生氢气.1976年Carey 最早提出多氯联苯(PC Bs )可在UV/T iO 2的作用下被催化分解[19,20].从20世纪70年代末开始,利用半导体光催化剂处理水中污染物已有大量报道,其降解对象涉及酚类、烃类、染料、表面活性剂、多环芳烃、卤代芳香化合物、杀虫剂、除草剂等多种重要有机化合物和少量无机化合物.目前几乎所有水中可能存在的有机污染物都可被非均相光催化氧化降解.2.1非均相光催化反应机理非均相光催化反应是指利用半导体材料(如T iO2)通过光催化作用氧化还原降解有机污染物.半导体材料由充满电子的低能价带(也称满带Valence band ,简称VB )和空的高能导带(C onduction band ,C B )构成,价带和导带之间存在禁带.当用能量不小于禁带宽度(也称带隙,E g )的光照射半导体时,价带上的电子(e -)被激发跃迁至导带,在价带上产生相应的空穴(h +),并在电场作用下分离并迁移到半导体的粒子表面.光生空穴有很强的得电子能力,具有强氧化性,可夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中的电子,使原本不吸收光的物质被活化而氧化;而导带上的电子也有强的还原性,电子受体可通过接受表面电子而被还原[17].常用带隙较宽的半导体,其吸收波长大都在近紫外线区域.光激发产生的空穴电子对既可能参与并加速光催化反应,又可能复合失活放出热能.因此,对光催化反应来说,光致空穴和电子的俘获分离使其与给体和受体(污染物和溶剂)发生作用才能有效地参与和促进光催化反应.选择适当的俘获剂或表面空位来俘获光致空穴与电子,使复合过程受到抑制,以提高半导体催化剂的活性[17,18].非均相光催化氧化也属于自由基反应,其机理如下[2,17]:T iO 2h γh +e - (1) h ++e -→Q (热量)(2)H 2O →H ++OH -(3) h ++OH -→H O ・(4)h ++H 2O →H O ・+H +(5) h ++R →R +・(6)e -+O 2→O 2-・(7) O 2-・+H +→H O 2・(8)2H O 2・→O 2+H 2O 2(9) H 2O 2+O 2-・→H O ・+OH -+O 2(10)・102 ・韶关学院学报(自然科学版)2003年H 2O 2h γ2H O ・(11)非均相光催化反应器机理主要是产生H O ・已得到广泛认同[18,19].氘同位素实验和电子顺磁共振(ESR )的研究表明,水溶液中光催化非均相反应主要是通过H O ・反应进行的[2];有关非均相光催化降解动力学的研究表明,苯甲酸类的非均相光催化降解过程主要是H O ・的反应机理[21].此外,其他形式的非均相光催化反应还包括异构化、取代、缩合、聚合等,目前的研究和应用还主要集中在氧化还原上.2.2 非均相光催化反应动力学非均相界面反应过程中,光催化降解有机污染物,其反应物降解速率一般遵循Langmuir -Hinshew ood 方程式[2,22-24]:R =-d c /d t =kK c/(1+K c ).孟耀武等人[15]研究表明,提高光强I ,L -H 公式中k 增大,但K 却减小,即提高光强可增加光催化速率的同时却降低光能的利用效率,因此,采用低强度照射提高光催化反应器能量利用效率,是其工业应用的关键.李芳柏等[25]研究了浅地型太阳能反应器中亚甲基蓝一级降解动力学常数与光辐射强度和反应器A/V 之间的关系,得出Φ=5.32CI -0.1287(A/V )0.3572,说明光催化反应效率与有机物的物初始浓度成正比,与光强I 负相关而与A/V 正相关.此外,张彭义等[21]利用平板式黑光灯反应器研究苯甲酸类有机物的光催化降解规律,得出光催化降解速率与有机化合物结构之间的定量关系(QS AR )和H ammett 常数(σ)及摩尔对数溶解度lg S 之间定量关系的规律.2.3 非均相光催化反应的催化剂非均相光催化反应以n 型半导体为催化剂,如T iO 2、ZnO 、CdS 、W O 3、SnO 2和Fe 2O 3等,其中T iO 2具有化学性质和光化学性质稳定,且价廉无毒的优点而得到广泛应用[22].用于光催化的T iO 2主要有锐钛型和金红石型.金红石型晶体为不规则八面体,微显斜方晶,而锐钛型八面体呈明显的斜方晶畸变,其对称性更低.与金红石型相比,锐钛型T iO 2间距大、密度小、带隙E g 大,且对O 2吸附能力强、比表面积大、催化活性更高.因此,锐钛型T iO 2作为光催化反应的催化剂的到了广泛的应用[19].通常高活性的T iO 2制备方法有溶胶-凝胶法(s ol -gel )、液相化学沉淀法(LCP )和化学气相合成法(C VD )等[17].例如席北斗等[26]通过钛酸四丁酯水解制备T iO 2粉末,探索出最佳水酯比R =100:1,烧结温度T =650℃,时间t =1h 时,所得T iO 2催化活性和使用寿命均比较理想;锐钛型与金红石型T iO 2比例为2:1时,其催化活性最高.2.4 光催化反应器系统2.4.1 按所采用的光源可分为紫外灯光和太阳能光(日光)催化反应器两种:紫外光灯常用的有高压、中压、低压汞灯,其发射光谱逐渐不连续且波长逐渐降低.利用太阳光最大的优点是在于节能,太阳光中含有3%～4%近紫外线(300～400nm )[2],但易受地区天气和波长的限制,光催化反应利用太阳光的表观量子产率较低.2.4.2 根据光催化剂物理状态可分为悬浮型光催化反应器和固定床光催化反应器:早期光催化研究多以悬浮相光催化为主.其优点是反应器结构简单,催化剂颗粒悬浮在液相中,反应速率大,催化效果好;缺点是催化剂不能连续使用且回收困难,需经后续絮凝、沉淀、过滤、离心等方法分离回收,而且悬浮粒子阻碍光的辐照深度,使悬浮型光催化反应器很难应用于实际的水处理中去.固定床又称为负载型光催化反应器,将催化剂固着于载体上置于 第12期李宁,等:光催化氧化降解水中有机污染物的研究进展 ・103 ・反应器内.按固定方式的不同又可分为非填充式固定床和填充式固定床.非填充式固定床是以烧结或沉积方式是催化剂覆于反应器内壁,因而催化面积小,反应速率低.填充式固定床是将半导体催化剂覆于砂、硅胶、空心玻璃珠和纤维上,大大增加催化反应的面积和反应速率.固定化技术以溶胶-凝胶法较为理想[27].2.4.3 根据聚光形式的不同可分为聚光式和非聚光式光催化反应器:在上世纪90年代初,处理实际废水的反应器为具有抛物面的槽,将光线聚焦于槽的焦线上,能使太阳光辐射强度提高1～2个数量级,其缺点是不能利用太阳光中散射部分的光线,而散射光中所含的近紫外线高达50%以上[23].聚光式反应器光量子效率较低,整套聚光系统装备复杂,材料昂贵,其应用受到极大限制.非聚光式反应器目前有箱式、管式、环式、光学纤维式、平板式、浅地式、组合式以及流化床式等多种形式[20,21,23,28],其反应器均致力于最大限度地利用太阳光和人工光源的光能利用效率.2.5非均相光催化反应的影响因素及应用影响非均相光催化反应的因素多种多样,其关系错综复杂,各项研究的降解对象、方法、手段、设备的各异造成研究所得的结论也不尽一致.有研究认为[22],有机污染物降解的速率在低光强时(<105m ol/m 2.S )与光强呈正相关,在高光强时与光强平方根线性正相关.体系pH 值是影响光催化氧化还原的重要因素,pH 值越大,导带电子还原能力越强,而pH 值越小则利用空穴氧化降解有机物的能力越强.外加氧化物是有效的电子俘获剂,如O 2、H 2O 2、S 2O 8、I O 4、Fe 2O 3等.在光催化还原体系中,有机物电子给体对金属离子的还原起促进作用,因而实验中常利用N 2、Ar 气体去除水中的溶解氧.水中溶解盐对光催化降解有机物既存在竞争性吸附又存在竞争性反应,其影响关系较为复杂.一般要求光催化降解反应体系具有良好的透光性,实际废水处理中通常需沉淀、过滤水中悬浮颗粒才适于进行光催化降解.叶庆国等人[29]的研究表明,芳烃类衍生物单取代基较双取代基容易降解,不同单取代基中,形成共轭体系物降解较难,而形成贯穿共轭体系的则降解更难;对于相同碳原子数的有机物,降解难易程度为苯>环己烷>正己烷;有机物卤代程度越高则降解越困难,全卤代物基本不发生光催化降解.席北斗等人[30]采用负载型T iO 2催化剂光催化降解五氯苯酚钠的研究表明,催化剂投加量与催化反应速度有一峰值对应关系,过多或过少的催化剂加量都对催化反应不利;光催化降解反应速率常数与溶液初始浓度呈负相关(约为负一级动力学反应);而增大供氧量能提高光催化降解的速率.王怡中等人[31]以太阳光作为光源,采用自制的非聚焦开放是平板构型的反应装置配合T iO 2悬浮相体系,进行甲基橙溶液光催化脱色实验,在平均UV 辐照强度为26.93W/m 2的晴天,最佳运行条件为T iO 2投加量1g/L ,系统循环流量1600L/h ,初始浓度20mg/L 的甲基橙溶液15L ,其光照1h 的脱色率达83.6%,2h 为97.9%.此外,在美国和西班牙等国进行的大规模利用太阳能光催化净化工业废水试验表明,利用T iO 2进行光催化降解处理实际废水有着广阔应用前景[17,18,20].美国Michigan 理工大学室外试验采用固定床反应器利用太阳光催化处理受污染地下水,其规模已达2044t/d ,成本US ＄1.38/t ,显示出良好的应用前景[22].非均相光催化反应在废水处理中已有许多应用实例,如处理染料废水、农药废水、表面活性剂、氯化物、氟里昂(CFCs )和含油废水等[17].・104 ・韶关学院学报(自然科学版)2003年2.6提高非均相光催化反应效率的方法T iO 2因其价廉、无毒、稳定性好、使用寿命长、催化活性高和易于回收等一系列优点而得到广泛的研究和应用.但由于锐钛型T iO 2吸收阈值λg <387nm ,对太阳光利用效率低.为充分利用太阳光降解各类污染物,许多研究者对提高T iO 2催化活性和扩大其被激发波长范围等方面做了大量的研究工作[17].2.6.1纳米级T iO 2的研制:随着T iO 2粒径的减小,其表面原子数增加,光吸收效率提高,增加了表面光生载流子的数量;其次比表面积增大,有利于反应物的吸附,在光催化反应中,T iO 2颗粒表面OH -基团数量增加,同时也提高了反应速率;更为重要的是,当T iO 2粒径达到1～10nm 范围时便产生量子效应,其吸收光谱蓝移,催化活性增大,能隙增大,也导致氧化还原能力增强.2.6.2T iO 2材料的改性:T iO 2半导体改性的方法有:贵金属沉积,如Pt 、Ag 、Ir 、Au 、Ru 、Pd 等,可单独也可共沉积以利于光生空穴和电子的有效分离,从而提高其催化活性;过渡金属掺杂,如Fe 3+、M o 5+、Ru 3+、Os 3+、Re 5+、V 41、Rh 3+,用以在T iO 2颗粒表面引入缺陷空位,成为电子陷阱而阻碍空穴电子的复合;加入复合半导体,利用两种或多种半导体与T iO 2材料的组分性质差异和互补性来提高催化剂的活性,如T iO 2复合Fe 2O 3利用Fe 2O 3的禁带宽度E g =2.2eV (吸收波长<564nm )来扩展催化剂吸收光谱范围,更好地有效利用太阳能;表面光敏化,将光活性化合物采用物理或化学方法吸附在半导体表面而扩大其吸光激发波长的范围;表面螯合及衍生作用,利用硫化物、OH -、E DT A 等改变或影响半导体能带位置而达到提高其催化活性的目的.3 结语非均相光催化可有效降解水中绝大多数污染物,直至矿化成H 2O 、C O 2和无机盐,达到无害化处理的要求,但其反应速率不高,且量子产率低,因此离工业化实际应用的要求还用一定的距离.其改进的方向是提高催化剂光活性,选择合适的载体及固定方法,研制和开发出高效的、多功能集成式且实用的光催化反应器,并定量地深入研究各种因素对光催化反应速率的影响,从而优化光催化体系.均相光催化氧化法处理受污染水体效率高,也可使有机污染物达到完全矿化和无害化,但其处理成本高,且出水需后续处理,令其应用受到很大限制.光催化氧化法降解、处理和净化受污染水体最重要因素是光源的应用.利用太阳光辐照作为激发光源具有经济、节能的优点,从长远的意义上来说,对环境保护、维持生态平衡和实现可持续发展具有重要意义.在受天气和气候限制的时间和地区采用自然和人工光源相结合也不失为一种有效的方法.光催化氧化法大规模工业应用的制约因素是处理、运行的费用和成本问题,但对高浓度、有毒有害、难生物降解的有机废水和水源水中微量难降解有机污染物的处理,仍是一种较好且可行的处理方法.考虑到水中有机污染物的多样性和复杂性,将光催化氧化法于其它处理方法联用,可达到高效、经济和无害化的目的,并扩大光催化氧化法的应用范围.总之,光催化氧化技术作为一种极具前途的水处理技术,在基础理论到实际应用方面还有待于深入研究、探索并进一步完善. 第12期李宁,等:光催化氧化降解水中有机污染物的研究进展 ・105 ・参考文献:[1]邹宗柏,吕锡武,孔青春.U V -微O 3法去除饮用水中CC l 4的研究[J ].环境与健康杂志,1997,14(2):54-56.[2]黄进,王斌.光催化氧化降解水中有机污染物技术综述[J ].重庆环境科学,2001,23(5):30-34.[3]朱春媚,陈双全,杨曦,等.几种难降解有机废水的光化学处理研究[J ].环境科学,1997,18(6):27-23.[4]吕锡武,孔青春.紫外-微臭氧处理饮用水中有机优先污染物[J ].中国环境科学,1997,17(4):377-380.[5]韦朝海,焦向东,陈焕钦.有毒难降解有机污染物治理方法的研究进展[J ].重庆环境科学,1998,20(4):22-27.[6]李芳柏,古国榜,万洪富.多相光催化法在水处理上的应用简介[J ].重庆环境科学,1998,20(5):18-21.[7]徐向荣,王文华,李华斌.均相氧化法处理有机废水研究综述[J 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:Photocatalytic oxidation used for degrading and mineralizing organic contaminants is a promising technology of wastewater treatment.This paper deals with the studies and applications in re 2sent years ,including mechanisms of hom ogeneous and heterogeneous photocatalysises ,their influenc 2ing factors and applications ,kinetics of reaction ,types of reactor ,catalysts etc..The present prob 2lems ,further research efforts and trends of development are als o discussed.K ey w ords :photocatalytic oxidation ;degradation ;organic contaminant ;hom ogeneous ;heterogeneous (责任编辑:赵 鸥)(上接第67页)[6]Bathelor A ,P Loots.A critical evaluation of a pilot scale subsur face flow wetland :10years after commissioning[J ].Wat Sci T ech ,1997,35(5):337-343.[7]K adlec RH.The inadequacy of first 2order treatment wetland m odels[J ].Ecol Eng ,2000,15:105-119.[8]Wang NM ,William JM.A detailed ecosystem m odel of phosphorus dynamics in created riparian wetlands[J ].Ecol Eng ,2000,126:101-13.[9]Theresa MW ,Sarah 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污染物光催化降解的研究进展
污染物光催化降解的研究进展随着现代工业的迅速发展和城市化进程的加速推进，环境污染日益严重，大气污染、水污染、土壤污染等越来越引起人们的关注。
其中，大气污染是目前首要的环境问题之一，它会对人类的健康、经济和社会生产与生活等方面造成严重影响，因此，如何有效地降低大气污染已经成为社会各界共同关注的问题。
传统的大气污染治理方法主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法主要是利用物理原理，如离心力、重力、惯性、吸附等原理，将污染物分离或收集。
化学法则是利用化学原理，如氧化、还原、沉淀等反应，将污染物转化为无毒或低毒的物质。
生物法是通过生物作用，如微生物、植物、生物制品等，将污染物转化为无害物质或稳定物质。
虽然这些方法已经在一定程度上解决了大气污染问题，但往往会造成二次污染或副产物浪费等问题。
近年来，光催化技术逐渐成为一种新兴的解决大气污染的技术。
光催化技术是利用可见光或紫外线激发催化剂表面电子，产生具有化学反应能力的氧化物自由基和空穴，使得污染物在空气中的降解和去除。
光催化技术相比于传统的治污技术，具有不产生二次污染、处理效率高、操作简单等优点。
目前，光催化技术被广泛应用于汽车尾气治理、VOCs治理、工业废气治理等领域。
其实现原理是利用光催化材料吸收太阳光，并将其转化为无机物来降解有机物，从而实现净化空气的目的。
此外，光催化技术还可以与其它污染治理技术结合起来，形成多元化治污技术。
例如，光催化技术与活性炭吸附技术相结合，可以在光催化剂中加入活性炭以增加有机物的吸附分布，从而提高光催化反应的效率。
目前，在光催化技术领域，主要研究包括：(1)光催化剂的研究和设计；(2)光催化反应机制的研究；(3)实验方法的改进和优化等。
在光催化剂的研究和设计方面，金属氧化物、半导体、化学薄膜等是比较常见的材料。
金属氧化物催化剂具有在光催化反应过程中稳定性好、反应活性高、降解物质量少的优点，是研究较为广泛的一类光催化材料。
而半导体材料如TiO2、ZnO、W18O49等则被广泛研究。
光催化氧化降解有机污染物的研究
光催化氧化降解有机污染物的研究现代社会对环境污染问题的关注日益增加，而有机污染物是环境污染的主要来源之一。
针对有机物的去除问题，传统的处理方法包括生物降解、物理吸附和化学氧化等。
但这些方法都存在一定的局限性，比如需要较长的处理时间、易受到温度、pH值等环境条件的影响。
因此，寻求一种高效、经济的有机污染物处理技术就显得尤为重要。
光催化氧化降解技术是近年来发展起来的一种新型处理有机污染物的方法，该技术以光催化为主要途径，借助特定光源，如紫外光、可见光等，使光催化剂（如TiO2）在光照下产生活性氧，从而氧化分解有机污染物。
在处理有机污染物方面，光催化氧化降解技术具有优良的控制性、高效性、低成本、尺度可调性、无产物残留等特点，并表现出良好的应用前景。
光催化氧化降解技术的优势控制性能强：光催化氧化降解技术具有较强的可控性，可根据需要调整反应温度、反应时间、光照强度等反应因素，从而达到最佳的反应效果。
高效性：光催化氧化降解技术由于使用的是光催化剂，因此其速率常数往往高于其他传统方法。
同时，光氧化反应的过程主要依赖于催化剂的本身，而不依赖于有机污染物的种类和性质，因此在处理不同种类的有机污染物方面，光催化氧化降解技术具有较大的优势。
低成本：光催化氧化降解技术不需要任何显著的能量和特殊的反应条件，只需要太阳光或其他可见光源，因此工艺成本较低。
同时，催化剂的重复利用能够减少催化剂的使用量，从而降低成本。
尺度可调性：光催化氧化降解技术可以在不同的尺度下进行，可以通过改变反应器大小实现大规模的应用。
无产物残留：光催化氧化降解技术不会产生有害物质并减少对环境的污染，对于产生无毒、无害的二氧化碳和水的有机废水处理非常适用，甚至可以去除一些特别难治的废水中的有机物。
光催化氧化降解技术的研究进展光催化氧化降解技术的研究可以划分为催化剂的选择、反应机理的研究、反应过程优化及反应机器研制等方面。
催化剂的选择是光催化氧化降解技术研究的关键之一。
光催化降解有机污染物的研究与应用
光催化降解有机污染物的研究与应用近年来，随着环境污染问题日益突出，寻找有效的治理手段成为全球环境领域的热点。
光催化技术作为一种具有潜力的治理方法，引起了广泛的关注和研究。
光催化技术利用光照下催化剂吸收光能，产生活性氧物种，在催化剂的作用下，将有机污染物分解为无害的物质。
本文将对光催化降解有机污染物的研究进展及应用进行探讨。
一、光催化降解有机污染物的原理光催化降解有机污染物的原理主要包括光吸收、载流子产生和催化反应三个过程。
首先，光催化剂通过吸收可见光或紫外光，将光能转换为化学能。
接着，在光催化剂表面发生光生电子和光生空穴的产生，形成活性氧物种。
最后，活性氧物种与有机污染物发生氧化还原反应，将有机污染物降解为无害的物质。
二、光催化降解有机污染物的催化剂光催化降解有机污染物的催化剂种类繁多，常见的包括二氧化钛、氮化铟、硫化镉等。
其中，二氧化钛是目前应用最广泛的催化剂之一。
它具有良好的光吸收能力、高的光电子转换效率和稳定性。
此外，钨酸盐和金属氧化物等复合催化剂在光催化降解有机污染物中也有重要的应用。
三、光催化降解有机污染物的影响因素光催化降解有机污染物的效率受多种因素的影响，包括催化剂类型、光源强度、溶液pH值、有机污染物浓度等。
催化剂的选择和使用条件的优化对光催化降解效果具有重要影响。
此外，光源的选择和光强度的调节也是影响光催化降解效率的重要因素。
四、光催化降解有机污染物的研究进展目前，光催化降解有机污染物的研究主要集中在两个方面：一是优化催化剂的性能，提高催化活性和稳定性；二是优化反应条件，提高光催化降解的效率和经济性。
一些研究者通过改变催化剂结构和制备方法，改进了催化剂的性能。
同时，一些新型光催化剂的研制也取得了重要进展。
此外，一些研究者还通过控制光催化反应条件，包括光源强度、光照时间和溶液pH值等，提高了光催化降解效率。
五、光催化降解有机污染物的应用前景光催化技术在有机污染物降解领域具有广阔的应用前景。
光催化降解水体中有机污染物的研究
光催化降解水体中有机污染物的研究光催化降解水体中有机污染物是一种有效的环境治理技术。
随着工业发展和人口增长，水体污染成为全球环境治理的一个重要问题。
水体中的有机污染物对环境和人类健康造成了严重的影响，因此寻找一种高效、环保的技术来清除水体中的有机污染物迫在眉睫。
光催化降解技术通过利用光催化剂在光照下产生活性氧自由基，从而将有机污染物降解为可溶性无害物质，是一种具有潜力的解决方案。
光催化降解有机污染物的机理基于光催化剂的光吸收和活性氧自由基的产生。
一般来说，光催化剂主要使用二氧化钛（TiO2），它在紫外光照射下能够吸收光能并激发电子跃迁。
当光催化剂激发后，活性氧自由基会在催化剂表面产生，并与水中的有机污染物发生氧化反应。
这些活性氧自由基具有很强的氧化能力，可以降解有机污染物的化学键，并将其转化为无害的物质，如CO2和H2O。
光催化降解有机污染物的研究主要关注催化剂的设计和改良。
针对TiO2这个经典的光催化剂，研究人员提出了一系列改进方法来提高其催化活性。
例如，通过掺杂金属或非金属离子到TiO2中，可以调节其能带结构和吸光性能，从而提高光催化剂的活性。
此外，利用纳米技术也可以改善光催化剂的吸光性能和反应速率。
例如，通过调控光催化剂的形貌和尺寸，可使其具有更高的比表面积和光吸收能力。
此外，为了提高光催化降解效果，也可以采用光催化剂与其他方法的组合。
例如，结合可见光催化剂和可见光照明技术，可以扩展光催化剂的工作光谱范围，提高其对可见光的吸收能力。
此外，还可以结合其他氧化技术，如臭氧氧化和电化学氧化方法，以增强光催化降解的效果。
光催化降解水体中有机污染物的研究还需要解决一些挑战。
首先，实际环境中的水体样品具有复杂的组分和高浓度的有机污染物，这对光催化剂的活性和稳定性提出了更高的要求。
其次，光催化反应过程受到湿度、温度、溶液pH和溶解氧等因素的影响，因此需要优化光催化体系的操作条件。
此外，光催化降解有机污染物的产物种类和生成途径也需要进一步研究，以评估其潜在的环境风险。
光催化降解有机污染物研究
光催化降解有机污染物研究引言随着人类经济和社会的快速发展，工业化进程也不断加速，相应地带来的环境污染问题也不断突出。
其中，有机污染物是环境污染的主要源头之一。
它们主要来源于能源化学、化工、农药生产等行业，以及生物活动等自然过程。
有机污染物的种类繁多，从化学结构上来看，它们并没有共性，因此也不存在一种通用的处理方法。
然而，光催化降解技术却可以对各种有机污染物都有很好的处理效果，因此成为了当前研究的热点。
本文将介绍光催化降解技术的基本原理、研究现状、应用前景等方面。
第一章光催化降解技术基本原理光催化降解技术是利用光催化剂在紫外光或可见光的作用下生成活性氧或自由基等反应物质，进而将有机污染物分解为无害物质的过程。
整个过程可以分为以下几步：第一步：光催化剂吸收光能，激发电子至导带，从而形成氧化还原对。
第二步：反应底物被进一步氧化，也可以选择处于激发态的催化剂进行催化分解。
第三步：生成的活性氧或自由基再次被光催化剂聚集被抑制或者与其它有机底物发生反应，完成降解反应。
需要注意的是，光催化剂是实现光催化降解的关键因素。
较为常见的光催化剂有半导体氧化物和贵金属纳米颗粒等，每种光催化剂的光催化性能和适用范围都不相同。
第二章光催化降解技术的研究现状光催化降解技术的研究可追溯至20世纪70年代，随着科研技术的完善以及环境污染问题的日益突出，它逐渐引起了学术界和产业界的广泛关注。
目前，国内外已有不少研究机构和企业对光催化降解技术进行了深入探索和实践。
1.光催化剂的研究研究表明，不同的光催化剂之间具有明显的差别，它们的光催化性能和适用范围都不同。
以半导体氧化物为例，二氧化钛是目前最常用的光催化剂之一，因其价格低廉、稳定性高、光催化效率高以及在自净空气、净水和有机物去除等领域都具有广泛的应用价值。
而以高价金属为基础的贵金属纳米颗粒则具有更广泛的适用范围，可用于可见光和紫外线环境下的光催化降解，例如银、铜、铁、铂等金属的纳米颗粒。
石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究
石墨相氮化碳的改性及光催化降解有机污染物的研究石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种新型的光催化材料，在环境污染治理方面备受关注。
然而，纯净的g-C3N4材料在一些特定条件下存在一些不足，导致其应用受到一定限制。
因此，通过对g-C3N4材料进行改性，可以提高其光催化活性，同时还可以拓宽其光催化应用的范围。
一种常见的改性方法是掺杂。
例如，通过掺杂金属离子，可以引入额外的能级，改变g-C3N4的能带结构和电子结构，从而提高光催化性能。
金属离子如铜、铜等的掺杂可以增强g-C3N4材料的可见光吸收能力，提高光催化降解有机污染物的效率。
另外，掺杂非金属元素如硼、硅、磷等也可以改善g-C3N4的光催化活性。
这些非金属掺杂元素能够改变材料的禁带宽度和表面活性位点的数量，从而提高材料的催化性能。
此外，通过复合材料的制备方法可以进一步提高g-C3N4的光催化性能。
与其他催化材料如二氧化钛（TiO2）、锌氧化物（ZnO）等的复合制备能够实现协同效应，提高整体光催化性能。
例如，将g-C3N4与金属氧化物（如Fe2O3、Bi2O3等）复合制备，可以增加活性位点的数量，提高光催化降解有机污染物的效率。
此外，g-C3N4还可以与其他材料如二维材料、纳米粒子等复合，实现掺杂效应，从而进一步提高光催化降解性能。
在光催化降解有机污染物方面，石墨相氮化碳通过捕捉光能并将其转化为活性物种如电子和空穴，从而实现有机污染物的氧化降解。
此外，光催化过程中空穴还可以与水和氧反应生成羟基和羟基自由基，从而进一步促进有机污染物的降解。
其光催化降解性能主要取决于光吸收能力、载流子分离和传输效率以及光生活性物种的产生等方面。
近年来，通过对g-C3N4的改性研究，已取得了一些重要的进展。
然而，现有的研究主要集中在材料的制备和光催化性能的表征上，对于其机理研究和实际应用仍然存在一定的不足。
因此，在未来的研究中，应该进一步探索g-C3N4的光催化机制，开发新的改性方法，提高材料的光催化降解性能。
杂多酸光催化降解有机污染物研究进展
杂多酸光催化降解有机污染物研究进展
甘 雨，刘 霞
中国农业大学理学院，北京 100193
摘要 作为具有出色催化性能的杂多酸催化剂，在光催化治理有机污染物领域也展现出广阔的应用前景。 综述了近年杂多酸在光
催化降解有机污染物方面的研究进展，重点介绍了杂多酸及固载杂多酸对农药、有机染料及有机卤化物的光催化性能，简要介绍
POM/SiO2 复合催化剂具有不同大小的孔状结构 ，与 POM 均相催化剂相比表现出更高的光催化活性，且使回收再利用 十分便捷， 但最大的弊端是在可见光照射下光催化活性很 差 。 Li 等[11]用 TiO2 负 载 了 H3PW12O40 和 H6P2W18O62，催 化 剂 具 有较窄的能带间隙， 且表现出微孔和中孔双重孔状结构，粒 径小于 10 nm。 在可见光照射下催化降解了稳定的有机磷农 药甲基对硫磷，POM 与载体之间以化学键方式连接， 因此催 化剂重复使用 5 次催化效果几乎不变。 但单独使用 H3PW12O40、H6P2W18O62 或 TiO2 均不能光催化降解甲基对硫磷。
GAN Yu, LIU Xia
College of Science, China Agricultural University, Beijing 100193, China
Abstract Heteropoly catalysts as a kind of green catalysts with good photocatalytic activity in the field of pollutant treatment have been developed over the past decade. This paper analyzes the photocatalytic degradation of dyes, pesticides and aqueous chlorinated organic compounds in water and the photocatalytic elimination of pollutants in air with the use of polyoxometalates (POM) and supported polyoxometalates. Particularly, a series of new and water-tolerant porous POM-containing hybrid photocatalysts are discussed. The advantages and limitations of photodegradation using polyoxometalates are stressed. The photocatalytic activity of the supported polyoxometalates reported in this review can be improved significantly as compared with that of the pure polyoxometalates due to their high surface areas, strong adsorption ability, pore structures, and the synergistic effects. And for the supported POM catalysts, it is easy to separate and recover the catalysts for recycling uses. The polyoxometalates combined with materials with light activity, such as titanium dioxide and tantalum pentoxide, may extend the photoresponse range to achieve visible light catalytic activity.