第七章光催化氧化技术
第6讲 光催化氧化技术
光催化剂（Photocatalyst）
光催化剂 = 光 [Photo=Light] + 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 以促进化学反应的物质。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 气激发成极具氧化力的·OH及O2-。用其分解对人体和 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。
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影响TiO2光催化性能的因素
形态：颗粒状与膜状
——颗粒状的光催化剂在溶液中呈悬浮状态，在溶液中与 有机物的接触面积小，且容易发生团聚现象 ——膜状：①防止粒子的流失；②增加光催化剂整体的比 表面积；③光催化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增 加，提高了光的利用率；④一些载体可同光催化剂本身发 生相互作用，有利于电子-空穴对的分离；⑤利用吸附剂类 载体可增加对反应物的吸附，提高催化剂的光催化活性， 同时实现吸附剂类载体的再生；⑥用载体将光催化剂固定， 便于制成各种形状的光催化反应器。
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粉体TiO2光催化剂的制备方法
3. 水热法
在加有聚四氟乙烯内衬的筒式高压釜中以TiCl4 、偏 钛酸或钛酸丁脂为前驱体制备。所得粉体粒度分布窄， 团聚程度低，纯度高，且制备过程污染小，成本较低。
4. 溶胶-凝胶法法 以钛醇盐或钛的无机盐为原料，经水解和缩聚得溶胶， 再进一步缩聚得凝胶，经干燥、煅烧制得。制得的粉 体纯度高，粒度细，分散好；但烧结性不好，干燥时 收缩大，易发生团聚现象。
2.7
CdS
2.4
ZnS
3.7
SrTiO3
3.4
SnO3 铁的氧化物会3发.5生阴极光腐蚀WSe3
1.2
Fe2O3
光化学催化氧化
光化学催化氧化是一种高级氧化技术，利用光的作用下进行的化学反应。
在光的作用下，分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。
所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。
另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。
第七章 氧化还原
第七章氧化还原（Oxidation and Reduction）
第1节概述
一、氧化还原的基础
通过氧化或还原，将水中溶解性物质→无害物
◆无机物：
失去电子过程→氧化过程，失去电子的物质→还原剂
得到电子过程→还原过程，得到电子的物质→氧化剂
每个物质都有各自的氧化态和还原态。
氧化还原能力（失去或得到电子的能力）：
―――氧化还原电位作为指标。
标准氧化还原电位E0，以氢的电位值作为基准，氧化态和还原态的浓度为1.0M时所测的值，由负值到正值依次排列。
E0越大，氧化性越大，如：
E0/(S/S2-)=-0.428 V
E0/(Cr2O72-/2Cr3+)=1.33V…
E0/(Cl2/2Cl-)=1.36V
E0/(MnO4-/Mn)=1.51V
当物质浓度不为1.0M时可用能斯特方程计算：
E＝E0＋ RT/nF ln [氧化态]/[还原态]
R:气体常数； T：绝对温度
F：法拉第常数；n：反应中转移的电子数
位置在前者可以作位置在后者的还原剂，放出电子。
◆有机物：难以用电子的转移来分析（因为涉及到共价健，电子的移动很复杂，只是发生电子云密度变动）
氧化：加氧或去氢反应，或生成CO2，H2O
还原：加氢或去氧反应。
光催化氧化法简介
光催化氧化法简介更新时间：08-5-23 14:15光催化氧化法是近20年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可以将有机物完全矿化为CO2和H2O等简单无机物，避免了二次污染，简单高效而有发展前途。
所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。
光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
由于以二氧化钛粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题，影响了该技术在实际中的应用，因此将催化剂固定在某些载体上以避免或更容易使其分离回收的技术引起了国内外学者的广泛兴趣。
在我国工业废水中，印染废水因其有机物含量高、色度深、水质复杂、排放量大而成为难处理的工业废水之一。
印染废水中含有大量卤化物、硝基物、氨基物、苯胺、酚类及各种染料等有机物，主要来自纤维、纺织浆料和印染加工所使用的染料、化学药剂、表面活性剂和各类整理剂。
其COD浓度达数千至数万mg/L，色度也高达数千至数万倍，可生化性差，很多废水还含有高浓度无机盐：如氯化钠、硫化物等，严重污染水环境。
国内处理染料废水普遍以生物法为主，同时辅以化学法，但脱色及COD去除效果差，出水难以稳定达到国家规定的排放标准。
光催化氧化法是近年来水处理研究的热点之一，实验证明，此方法对印染废水有较好的处理效果。
当进水COD Cr为1300 mg/L左右，色度为800倍时，经本法处理的废水，出水COD Cr达188 mg/L，色度为0～10倍，COD Cr 去除率达92%，脱色率几近100%。
主要水质指标达到了GB8978—1996《污水综合排放标准》中染料工业的二级标准。
本法可取代常规的生物法，适合中小型印染厂的废水处理。
光催化氧化法原理更新时间：08-5-23 14:20光降解通常是指有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成CO2、H2O及其他的离子如NO3-、PO43-、Cl-等。
经典-光催化氧化
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• TiO2光催化技术也被用于无机污染物的处 理。
• TiO2光催化可能降解的无机污染物还有氰 化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害气体 也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下转 化成无毒无害物质。
TiO2光催化法应用事例：空气净化
• 降解有机物的最终产物是CO2和H2O，没有其它 毒副产物出现，不会造成二次污染；
• 此外，纳米TiO2在降解毛纺染料废水、有 机溴（或磷）杀虫剂等到方面也有一定效 果。
反应过程：废水中的Cr6＋具有较强的致癌 作用，在酸性条件下，TiO2对Cr6＋具有明 显的光催化还原作用。在pH 值为2.5的体系 中，光照1h 后，Cr6＋被还原为Cr3＋ 。还 原效率高达85% 。
Байду номын сангаас
TiO2光催化技术在水处理中存在的问题
研究表明：将TiO2涂覆在陶瓷、玻璃表 面，经室内荧光灯照射1小时后可将其表 面99％的大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色
葡萄球菌等杀死。
TiO2光催化法的前景
• 利用纳米光催化TiO2治理空气污染已经得到广泛 应用，国内外都出现了很多产品，市场前景非常 广阔。
• 传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污 染等问题，污水治理一直得不到好的解决。纳米 技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。
光催化法
光催化氧化：
光催化氧化是一种高级氧化（AOPs）技 术，主要是利用现代科技手段、结合环境工 程学、生物学、力学、光学等多门科学的尖 端技术集成而生产，是针对高浓度、难降解 有机废水的处理而开发的新型水处理技术。
tio2光催化氧化技术
tio2光催化氧化技术文章标题：TIO2光催化氧化技术：从原理到应用的逐步解析引言：TIO2光催化氧化技术是一种通过利用钛白粉(TiO2)在紫外光照射下产生的催化作用来降解及去除有害物质的环境治理技术。
该技术具有高效、无污染、自洁性等优点，因而在空气净化、水处理、有机废弃物处理等领域展现出广阔的应用前景。
本文将从原理、催化剂的制备、反应条件的优化以及应用领域四个方面逐步解析TIO2光催化氧化技术的实施过程。
第一部分：原理的解析TIO2光催化氧化技术的核心原理是光催化效应。
当钛白粉受到紫外光照射时，导带上的电子被激发到价带上，形成电子空穴对。
电子空穴对之间的迁移与它们与溶液中有机污染物之间的氧化反应同时发生。
TIO2表面吸附的有机污染物在电子空穴对的作用下，经历一连串的氧化反应，最终转化为无害的物质。
催化剂的选择和制备工艺是实现高效光催化氧化的关键。
第二部分：催化剂的制备催化剂的制备包括物理法、化学法和物理化学方法。
物理法主要是利用物理能量引起物料结构的改变，如溅射法等；化学法通常是通过溶液反应合成催化剂，如溶胶-凝胶法、水热法等；而物理化学方法则是将物理和化学方法结合使用，如浸渍法、气相法等。
不同的制备方法将导致催化剂的物理和化学性质产生差异，进而影响催化效果。
第三部分：反应条件的优化反应条件的优化在TIO2光催化氧化技术中至关重要。
反应条件包括溶液pH值、催化剂浓度、反应温度、光照强度等。
适当调节反应条件可以提高光催化效果。
例如，适当增加溶液pH值有助于提高催化效果，而过高的催化剂浓度可能导致催化剂之间的覆盖效应，从而减缓反应速率。
反应温度的升高可以加快有机废物的降解速度，但过高的温度可能对催化剂的稳定性产生不利影响。
第四部分：应用领域的探索TIO2光催化氧化技术在空气净化、水处理以及有机废弃物处理等领域均有广泛应用。
在空气净化方面，TIO2催化剂可用于去除大气中的有机污染物和臭氧；在水处理方面，通过TIO2光催化氧化技术可以降解废水中的有机物、重金属离子等；在有机废弃物处理方面，利用TIO2光催化氧化技术可以有效降解有害物质。
光催化氧化实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在探究光催化氧化技术在有机污染物降解中的应用，通过光催化反应实现有机物的降解，并分析反应条件对降解效果的影响。
二、实验原理光催化氧化技术是利用光能激发催化剂产生电子-空穴对，进而引发氧化还原反应，实现对有机污染物的降解。
在实验中，以TiO2为催化剂，利用紫外光照射催化体系，使有机污染物发生氧化降解。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- TiO2催化剂- 染料废水（模拟有机污染物）- 硫酸、氢氧化钠、盐酸等试剂- 水浴加热器- 紫外灯- 分光光度计- pH计- 离心机2. 实验仪器：- 紫外可见分光光度计- 离心机- pH计- 电子天平- 烧杯- 试管- 滴定管四、实验步骤1. 准备催化剂：将TiO2粉末加入去离子水中，搅拌至充分溶解，形成TiO2悬浊液。
2. 准备染料废水：将模拟有机污染物废水稀释至一定浓度，备用。
3. 设置实验组：取一定量的TiO2悬浊液和染料废水于烧杯中，搅拌均匀。
4. 紫外光照射：打开紫外灯，照射催化体系，记录照射时间。
5. 取样：在照射过程中，定时取样，分析有机污染物浓度变化。
6. pH值测定：使用pH计测定溶液pH值，分析pH值对降解效果的影响。
7. 数据处理：利用分光光度计测定有机污染物浓度，绘制降解曲线，分析反应条件对降解效果的影响。
五、实验结果与分析1. 有机污染物降解曲线：实验结果显示，在紫外光照射下，染料废水中的有机污染物浓度随时间逐渐降低，说明光催化氧化技术能够有效降解有机污染物。
2. pH值对降解效果的影响：实验结果表明，在pH值为3-6时，降解效果最佳。
这是因为在此pH范围内，TiO2表面吸附的H+和OH-浓度适中，有利于光催化反应的进行。
3. 照射时间对降解效果的影响：实验结果显示，随着照射时间的延长，有机污染物浓度逐渐降低，但降解效果趋于平缓。
这说明在一段时间后，有机污染物已基本降解，继续照射效果不明显。
4. TiO2用量对降解效果的影响：实验结果表明，在一定范围内，增加TiO2用量可以提高降解效果。
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术
挥发性有机废气治理中的光催化氧化法处理技术近年来，环境保护和空气质量问题备受关注，挥发性有机废气治理成为了一个重要的环保课题。
挥发性有机废气是指在企业生产过程中产生的各类有机废气，例如苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等。
这些有机废气在排放到大气中后会对环境和人体造成严重的危害，因此治理挥发性有机废气成为了一项紧迫的任务。
光催化氧化法处理技术具有很多优点，首先是高效。
光催化氧化技术能够将有机废气降解为无害的物质，处理效率高达90%以上，能够有效减少有机废气的排放。
该技术不产生二次污染，废气经过处理后，不会产生其他有害物质，对环境没有任何负面影响。
光催化氧化技术操作简单，维护成本低，不需要额外的化学试剂，对能源要求较低。
光催化氧化法处理技术在挥发性有机废气治理中有着广阔的应用前景。
光催化氧化技术也存在一些挑战和难点。
首先是光照条件的限制，由于光照的影响，光催化氧化技术在夜间和阴雨天处理效果会受到影响。
其次是光催化剂的寿命问题，光催化剂的稳定性和再生成本一直是制约该技术应用的关键问题。
针对不同的有机废气成分，选择合适的光催化剂也是一个具有挑战性的问题。
如何克服这些挑战，提高光催化氧化技术的效率和稳定性，是当前研究的重点和难点。
针对光催化氧化技术的上述挑战，研究人员们正在积极探索解决方案。
一方面，他们正在不断改进光催化剂的配方和制备工艺，以提高光催化剂的光捕获率和光催化效率，延长光催化剂的使用寿命。
通过结合其它废气处理技术，如等离子体技术、生物滤池技术等，来弥补光催化氧化技术在不同气象条件下的不足，提高废气处理的效率和稳定性。
研究人员还在不断探索新型的催化剂和反应条件，以适用于更多类型的有机废气成分。
现阶段，已经有一些光催化氧化技术在挥发性有机废气治理中取得了一定的应用成果。
某些大型化工企业采用了光催化氧化技术对挥发性有机废气进行处理，取得了显著的治理效果。
在一些特定行业，如印刷、涂装、化工等领域，也已经出现了光催化氧化技术的应用案例。
光催化氧化处理废水技术研究
光催化氧化处理废水技术研究一、引言废水是工业生产、农业灌溉、城市生活等过程中产生的污水，在未经处理情况下直接排放到环境中会对生态环境和人类健康造成严重威胁。
因此，废水处理成为了一项重要的环境保护任务。
光催化氧化技术作为一种高效的废水处理方法，近年来受到了广泛关注。
二、光催化氧化技术原理光催化氧化废水处理技术是利用特定的光催化剂，如二氧化钛（TiO2）等，借助光照下的光生电子-空穴对来催化废水有害物质的氧化降解。
在光照条件下，光催化剂能吸收光能产生电子-空穴对，其中电子具有还原性能，可以与氧气或废水中的有机物发生氧化反应，同时空穴具有氧化性能，可以与水或氢发生还原反应。
三、光催化剂选择光催化废水处理的关键在于光催化剂的选择。
常见的光催化剂有钛白粉、二氧化钛、二氧化锆、氧化铟等。
其中，二氧化钛是应用最为广泛的光催化剂，具有较高的催化活性和稳定性。
此外，光催化剂的形态也对催化效果有影响，常见的形态有纳米颗粒、纳米线、薄膜等。
四、光催化废水处理反应条件光催化废水处理是一个复杂的反应过程，其效果受到多个条件的影响。
光照强度、反应温度、溶液pH值以及光催化剂的浓度都会对反应速率和降解效果产生影响。
合理选择这些条件可以提高光催化废水处理的效果。
五、光催化氧化废水处理的应用案例1. 染料废水处理：染料废水是一种常见的工业废水，其中含有大量难以降解的有机染料。
研究表明，光催化氧化技术可以高效地降解染料废水中的有机染料，将其转化为无毒无害的物质。
2. 高浓度有机废水处理：光催化氧化技术对高浓度有机废水的处理效果也较为理想。
如石油化工行业废水中的苯酚类化合物，采用光催化氧化技术可以有效地将其降解为二氧化碳和水。
3. 重金属废水处理：光催化氧化技术不仅可以降解有机物，还可以将重金属离子转化为固态沉淀物，从而实现重金属废水的净化。
六、光催化废水处理技术的优缺点光催化废水处理技术具有以下优点：高效、无需添加外部氧化剂、对多种污染物具有降解能力、工艺简单等。
《光催化技术》课件
要点二
详细描述
自20世纪70年代起，科学家开始对光催化技术进行基础研 究，探索其反应机理和光催化剂的制备方法。随着技术的 不断发展，光催化技术逐渐进入技术研发和应用探索阶段 ，开始应用于实际的环境污染治理和能源利用领域。近年 来，随着环保意识的提高和技术的不断进步，光催化技术 已经进入了产业化阶段，成为一种具有广泛应用前景的环 保技术。
光催化过程中，空穴与水反应生成羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，可氧化分解有 机物。
催化剂的作用与分类
催化剂的作用
催化剂在光催化反应中起到关键作用 ，可降低反应活化能，提高反应速率 。
催化剂的分类
根据光催化反应中使用的催化剂类型 ，可分为金属氧化物、硫化物、氮化 物等。
催化剂的活性与稳定性
催化剂活性
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光催化技术的原理
光催化反应的原理
半导体光催化反应
光催化技术基于半导体的光致电子跃迁原理，当光子能量大于半导体能带隙时，半导体内 电子受激发跃迁至导带，同时产生空穴，形成光生电子-空穴对。
电子-空穴对的作用
光生电子和空穴具有强还原和氧化能力，可参与氧化还原反应，将有机物转化为无害物质 。
羟基自由基的生成
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光催化技术的应用实例
光催化技术在污水处理中的应用实例
总结词
光催化技术能够将有机污染物分解为无害物质，具有高效、环保的优点，在污水处理领域具有广泛的 应用前景。
详细描述
光催化技术利用光能激发催化剂，产生具有强氧化性的自由基，能够将有机污染物分解为无害物质， 从而达到净化水体的目的。在污水处理中，光催化技术可以用于处理工业废水、生活污水等各类水体 ，有效降低污染物浓度，提高水质。
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