酞菁化合物可见光降解水中有机污染物的机理及应用
酞菁在光动力治疗中的应用
酞菁在光动力治疗中的应用丁兰兰;栾立强;施佳伟;刘伟【摘要】光动力治疗因具有低毒、副作用小、抗癌广谱、高选择性等优势,正吸引着人们越来越多的关注.提高光敏剂的选择性和光毒性已经成为研究的热点.本文简单介绍了光敏剂的发展历程,并对酞菁类第三代光动力治疗光敏剂的最新研究进展进行了论述.%Photodynamic therapy (PDT) is a clinically approved procedure.Due to its minimal normal tissue toxicity,negligible side effects and high selectivity,it has emerged as an efficient treatment method for many kinds of cancers.Recently,significant effort has been devoted to enhance its selectivity and phototoxicity toward malignant tissues.This review summarizes the recent research of photosensitizers,especially focuses on the progress of the third generation photosensitizers based on phthalocyanines.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2013(029)008【总页数】8页(P1591-1598)【关键词】光动力治疗;光敏剂;酞菁;靶向【作者】丁兰兰;栾立强;施佳伟;刘伟【作者单位】山东大学晶体材料国家重点实验室,济南 250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,济南 250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,济南 250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,济南 250100【正文语种】中文【中图分类】O61;R730.5光动力治疗(Photodynamic Therapy，PDT)是近几十年来发展起来的一种新兴癌症治疗技术。
光催化原理及应用
姓学号：0903032038合肥学院化学与材料工程系固体物理姓名：杜鑫鑫班级：09无机非二班学号：0903032038课题名称：光催化原理及应用指导教师：韩成良光催化原理及应用引言：目前，全球性环境污染问题受到广泛重视。
光催化反应可对污水中的农药、染料等污染物进行降解，还能够处理多种有害气体；光催化还可应用于贵金属回收、化学合成、卫生保健等方面。
光催化反应在化工、能源及环境等领域都有广阔的应用前景。
本文论述了主要光催化剂类型及光催化技术的应用研究成果。
关键词：光催化、应用、发展、环境、处理光催化机理：半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。
当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。
在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。
价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。
大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。
例如TiO2是一种半导体氧化物，化学稳定性好(耐酸碱和光化学腐蚀)，无毒，廉价，原料来源丰富。
TiO2在紫外光激发会产生电子－空穴对，锐钛型TiO2激发需要3.2 eV的能量，对应于380 nm左右的波长。
光催化活性高(吸收紫外光性能强；能隙大，光生电子的还原性和和空穴的氧化性强)。
因此其广泛应用于水纯化，废水处理，有毒污水控制，空气净化，杀菌消毒等领域。
主要的光催化剂类型：1．1 金属氧化物或硫化物光催化剂常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO，、ZnO、WO3、Fe2O3、ZnS、CdS和PbS等。
其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿命有限。
TiO，具有催化能力强、化学稳定性好、无毒、价格低等优点，是目前研究和应用最广泛的光催化剂。
为提高金属氧化物或硫化物光催化剂的催化性能，可对其进行修饰改性。
光催化降解有机染料的研究
光催化降解有机染料的研究在现代社会中，人们逐渐意识到环境问题所带来的困扰。
其中，水污染问题是一个比较突出的问题。
水体中的有机染料污染问题越来越严重，对于水体生态环境的破坏也越来越明显。
因此，对于有机染料的污染和处理，降解有机染料的技术已经成为了越来越重要的研究课题。
而光催化降解有机染料技术正逐渐发展并应用于实际环境中，成为一种重要的水处理技术。
1. 光催化降解有机染料的原理光催化降解有机染料技术是通过利用光催化剂的光敏发性产生电子和空穴，进而促进光催化剂和水中氧的反应，从而将有机染料降解为无害的化合物。
其主要原理是当光催化剂受到紫外光照射时，光催化剂表面会产生电子和空穴对。
电子和空穴对的产生可以帮助氧化反应进行，从而将污染物分解为低分子化合物。
这个技术是一种清洁高效的处理方法，可以在不加化学品剂的情况下消除污染物。
2. 光催化降解有机染料的适用范围光催化降解有机染料的技术适用于降解各类水体中的有机染料，包括废水、海水、河水等。
它也被用来降解其他有机污染物，例如农药和医药废物等。
因此，光催化技术广泛应用于水处理、环保污染控制和水环境监测等领域。
3. 光催化降解有机染料的优点光催化降解有机染料技术具有很多优点，其中一些优点如下：(1) 清洁高效光催化降解有机染料是一种绿色环保的技术。
在使用过程中，只需要紫外光和光催化剂，不会产生二次污染。
同时，由于该技术对多种有机染料都有效，因此可以处理多种污染水，使得该技术变得十分受欢迎。
(2) 低成本光催化降解有机染料的技术相对于其他相似的技术来说，具有成本低、效率高等优点。
在水处理工程中，使用光催化降解有机染料的技术可以有效地降低成本，增强水质净化的效果。
(3) 易操作光催化降解有机染料的技术操作简单，只需要将光催化剂放置于水中，再用紫外光照射即可。
与传统的化学方法相比，它不需要进行耗时费力的处理步骤，使得操作变得更加简单。
4. 光催化剂的类型光催化剂是光催化技术中的核心。
利用光催化技术降解水中有机污染物
利用光催化技术降解水中有机污染物水是人类生活中不可或缺的物质，其干净程度关系着人类的健康和环境的稳定。
但是，随着工业的发展和城市化进程的加快，水污染问题也日益突出，尤其是有机污染物的排放，给水资源的安全带来了巨大的挑战。
有机污染物是指来源于人类生活及生产活动中的一类有机物质，包括有机化合物、持久性有机污染物、酚、阴离子表面活性剂等。
它们极易渗透入水体和土壤中，对生态环境和人类健康造成严重的影响。
因此，对于有机污染物的净化处理是保护我们的水资源不可或缺的环节。
传统的水污染物处理方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。
然而，这些方法处理效率低，耗能高，处理时间长，需要占用大量的设备和资源。
而利用光催化技术降解水中有机污染物却逐渐成为人们的研究热点，因其高效节能、无需添加化学药剂、无二次污染的特点，被誉为一种环保高科技。
光催化技术是将催化剂暴露于承载物表面，利用紫外线或可见光的光照，使得催化剂吸收能量，形成活性氧物种，进而分解有机污染物，实现水的净化。
其工作原理基于化学反应，其催化剂是带有能量能级的电子，其吸收光子激发后，会形成孔和电子对，这些电子和空穴能分离所在催化剂表面的恰当的部位，分别与有机污染物中的电子和孔复合，实现分解。
而且，催化剂可以重复使用，再现分解有机污染物的能力。
目前，常见的光催化剂一般包括金属氧化物（如TiO2、ZnO等）、半导体材料（如CdS、Bi2O3等）和碳基材料（如石墨烯、生物炭等），其中以TiO2为代表，应用最为广泛。
TiO2是一种具有极高催化性能的光催化剂，具有良好的稳定性和化学惰性，在吸收紫外线后，能产生非常强的电子-空穴对，能分解各种有机污染物，如氧化脂肪酸、矿物化合物、颜料等。
而且，TiO2的催化效果受污染物种类、光照强度、温度等多种因素的影响，可以根据需要进行调控。
当然，光催化技术与传统方法相比，也存在一些缺点。
例如，在有机污染物浓度低的情况下，催化反应不充分，对污染物的净化效果不佳，存在过氧化氢、戊二醛等次生污染物的产生。
光催化技术在环境污染物降解中的应用及机理研究
光催化技术在环境污染物降解中的应用及机理研究摘要环境污染已成为全球性的重大问题，光催化技术作为一种绿色环保的污染物降解技术，近年来得到了广泛的研究和应用。
本文综述了光催化技术的原理、应用及机理研究进展。
首先介绍了光催化技术的定义、发展历程以及其在降解污染物方面的优势。
其次，详细阐述了光催化降解污染物的机理，包括光生电子-空穴对的产生、氧化还原反应、活性物种的生成和参与反应等。
然后，针对不同类型的污染物，例如有机污染物、重金属离子、氮氧化物等，概述了光催化技术在环境污染治理方面的应用，并分析了其优缺点。
最后，展望了光催化技术未来的发展方向，包括新型光催化材料的研发、光催化反应体系的优化以及光催化技术与其他技术的协同应用等。
关键词：光催化技术；环境污染物降解；机理研究；应用；发展趋势1. 引言随着工业化进程的不断推进，环境污染问题日益突出，对人类健康和生态环境造成了严重威胁。
传统的污染物治理方法，例如焚烧、吸附、化学沉降等，存在能耗高、二次污染严重、处理效率低等缺点，难以满足日益严格的环境保护要求。
因此，开发高效、环保的污染物治理技术至关重要。
光催化技术是一种利用光能驱动催化剂发生氧化还原反应，从而降解污染物的技术，近年来得到了广泛的研究和应用。
光催化技术具有以下优点：*高效：光催化剂可以将光能转化为化学能，实现对污染物的深度降解，甚至可以将有机污染物彻底氧化成二氧化碳和水。
*环保：光催化过程不涉及高温高压，不产生二次污染，是一种绿色环保的污染治理技术。
*成本低：光催化剂可以循环使用，且光能来源丰富，因此具有较低的运行成本。
2. 光催化技术的原理光催化技术是利用半导体光催化剂在光照条件下发生的氧化还原反应，实现对污染物的降解。
其核心原理是光生电子-空穴对的产生和分离。
2.1 光生电子-空穴对的产生当光催化剂吸收能量大于其禁带宽度的光子时，价带上的电子被激发到导带，形成电子-空穴对。
价带上的空穴具有强氧化性，可以氧化还原反应中的还原剂，而导带上的电子具有强还原性，可以还原反应中的氧化剂。
光催化降解污染物技术研究进展
光催化降解污染物技术研究进展光催化降解污染物技术是一种新兴的环保技术，其原理是在特定的光催化剂和光照条件下，利用光催化作用将有害物质降解为无害的物质。
这种技术已经应用于水处理、大气污染控制、有机废气处理、环境材料等领域，取得了良好的效果。
一、光催化降解污染物技术的基本原理光催化降解污染物技术是一种在光照下利用催化剂催化有机污染物降解的环保技术。
它的基本原理是在催化剂的作用下，利用可见光、紫外光或其它光源对污染物进行光催化降解，将它们降解成无害的物质。
这种技术具有反应速度快、效率高、操作简单等优点。
在光催化过程中，催化剂起到了至关重要的作用。
光催化剂可以分为半导体光催化剂和非半导体光催化剂两种，其中半导体光催化剂是应用最广泛的光催化剂。
半导体光催化剂存在电子和空穴，并且可以吸收可见光和紫外光激发电荷对。
在催化剂的表面，电荷对会发生复合反应，产生自由基。
自由基随后与有机物质发生反应，催化降解有机物质。
这个过程被称为光催化反应。
二、光催化降解污染物技术的应用领域1. 水处理光催化降解污染物技术已经广泛应用于水处理领域。
在水处理中，光催化技术可以通过将污染物降解为无害物质，来减少污染物对水环境的影响。
在水处理领域里，光催化技术已经可以有效地处理水中有机物、无机盐、细菌等物质。
例如，纳米TiO2催化剂可以有效地降解水中的苯酚、甲醛、重金属等有害物质，从而减轻了水环境受到的污染压力。
2. 大气污染控制光催化技术也被广泛应用于大气污染的控制中。
在大气污染控制中，利用催化剂将空气中的有害物质降解为无害物质，通过氧化环节氧化气态有机物为二氧化碳和水，使空气污染达到控制的目的。
在大气污染控制中，光催化技术可以有效地降解空气中的NOx、SOx、VOC等污染物，尤其是在车用废气和室内介质空气治理等方面优势明显。
3. 有机废气处理光催化技术在有机废气处理中也有着良好的应用前景。
在有机废气处理中，光催化技术可以将有机废气中的有机物质降解为无害物质，对于涂料、印刷、及氟漆喷涂等领域污染治理有重要的意义。
负载型酞菁对水中十二烷基苯磺酸钠的催化降解
负载型酞菁对水中十二烷基苯磺酸钠的催化降解
负载型酞菁（Pc）是一类重要的功能材料，具有广泛的应用潜力。
在
环境保护领域，负载型酞菁可以作为一种高效的催化剂，用于水中有机污
染物的降解。
本研究以十二烷基苯磺酸钠（SDS）为模型污染物，采用负载型酞菁
作为催化剂，研究其对SDS的催化降解性能。
结果表明，负载型酞菁对SDS具有很好的催化降解效果，能够显著提高SDS的降解速率。
进一步研究发现，负载型酞菁的催化性能受到许多因素的影响，包括
催化剂的种类、负载量、反应pH值和氧气流量等。
最优化实验结果表明，当负载型酞菁的负载量为2.5 mg/L，反应pH值为9，氧气流量为200
mL/min时，SDS的降解率达到了94.3%。
综上所述，负载型酞菁是一种可行的催化剂，可以用于水中有机污染
物的降解。
本研究对于提高负载型酞菁催化降解效率具有一定的参考价值。
光催化降解的反应机理
光催化降解的反应机理
光催化降解是利用光催化剂（如二氧化钛TiO2）在光照下，使得有害有机物通过氧化还原反应，最终降解为无害的二氧化碳和水的过程。
具体的反应机理包括以下几个步骤：
1. 光吸收：光照下，光催化剂表面的电子将从基态激发到激发态，此过程抵消了光子的能量，导致光催化剂带有电子和空穴的激发态。
2. 生成自由基：激发态的光催化剂会和周围空气或水分子发生反应，生成自由基（如氧自由基O•、氢自由基H•），这些自由基在降解污染物的过程中起到了极重要的作用。
3. 污染物的吸附：吸附是在溶液中使污染物与光催化剂接触发生反应的必要条件。
污染物通过电荷作用，吸附在光催化剂表面上。
4. 氧化反应：吸附在光催化剂表面上的污染物受到UV照射并产生电子空穴对，在此状态下污染物也可以与自由基发生互相作用。
光催化剂上的自由基与吸附在光催化剂表面上的污染物反应，初步产物会形成一系列的中间体和生成自由基，以及由内到外速率加快的氧化反应。
5. 降解产物的生成：经历3和4这两个步骤后，有害污染物降
解为二氧化碳和水这些无害产物，同时有机物光降解的速度也会逐渐减缓，反应消失，光催化过程最终结束。
光催化降解难降解有机污染物的技术要点及应用研究
光催化降解难降解有机污染物的技术要点及应用研究随着工业化和城市化的快速发展，大量有机污染物进入环境中，造成了严重的环境污染问题。
其中，一些难降解有机污染物对环境和人类健康造成重大威胁。
传统的污水处理技术往往难以彻底降解这些有机污染物，因此需要研发新的高效处理方法。
光催化技术被广泛应用于难降解有机污染物的处理过程中。
它利用半导体材料吸收光能，产生电子空穴对，并通过光生化学反应来催化降解有机污染物。
与传统的物理和化学方法相比，光催化具有明显的优势，如高效降解、无二次污染、操作简单等。
在光催化降解难降解有机污染物的过程中，一些关键的技术要点需考虑如下：1. 光催化剂的选择：合适的光催化剂是提高降解效率的关键。
常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）等。
它们在紫外光区域有较高的吸光度和光催化活性。
2. 光催化反应条件：适当的反应条件对于提高降解效率至关重要。
主要包括光源的选择、催化剂的浓度与用量、pH值、温度等参数。
这些条件的调控需要根据不同的有机污染物特性而定。
3. 光催化降解机理分析：了解光催化降解有机污染物的机理对于优化反应过程和提高降解效率具有重要意义。
通常，光催化反应包括直接和间接两种机理。
在直接机理中，有机污染物直接与光生电子或空穴发生反应；而在间接机理中，有机污染物通过与催化剂表面的活性氧物种（如·OH、·O2-等）反应而降解。
4. 企业应用研究：将光催化技术应用于工业实践中具有重要意义。
不同行业和企业有机污染物的特性和浓度有所不同，因此需要根据实际情况进行研究和优化。
同时，光催化技术的应用还需要考虑经济性、实用性和可持续性等因素。
除了上述技术要点，光催化降解难降解有机污染物还面临一些挑战。
首先，光催化技术需要大量的光能供给，因此光源的选择和能量利用效率是需要考虑的问题。
其次，一些有机污染物具有复杂的结构和高度稳定性，降解过程中可能产生中间产物，这就需要进一步研究和控制。
光降解和光氧化的机理课件 (一)
光降解和光氧化的机理课件 (一)近年来，随着环境污染日益加剧，光降解和光氧化逐渐成为污染物处理中的重要手段。
本文将介绍光降解和光氧化的机理课件。
一、光降解1. 什么是光降解？光降解是利用光线催化分解有机物，将其转化为无害的小分子物质的过程。
光降解的主要原理是光能的吸收和利用。
2. 光降解的机理当光线照射污染物时，会引起其内部能量的激发和电子跃迁，从而形成激发态和离子态。
这些激发态和离子态会与其他体系发生反应，从而导致污染物分解成小分子物质。
具体来说，光降解的机理包括以下几个步骤：（1）光吸收：光线与污染物分子发生相互作用，导致分子内部能量激发，使其处于高能激发态。
（2）电子跃迁：激发态分子中某些电子跃迁到高能轨道，形成自由基或离子。
（3）自由基反应：产生的自由基与其他污染物分子相互作用，引发连锁反应，从而分解有机物。
（4）分解：有机物分解成小分子物质，如二氧化碳、水、氨等。
二、光氧化1. 什么是光氧化？光氧化是利用氧化剂和光线，将有机物氧化成二氧化碳和水的过程。
光氧化常用的氧化剂包括过氧化氢、臭氧、高锰酸钾等。
2. 光氧化的机理光氧化的机理与光降解类似，都是通过光线的吸收和利用，使有机物发生分解或氧化反应。
具体来说，光氧化的机理包括以下几个步骤：（1）氧化剂吸收：氧化剂如过氧化氢会与光线发生作用，激发其内部能量。
（2）激发态：激发态产生的氧化剂会与污染物发生反应，从而导致污染物分解或氧化。
（3）自由基反应：如光降解中的自由基反应，光氧化中也包括自由基反应的过程。
（4）分解或氧化：由于反应过程不同，光氧化中的产物主要为二氧化碳和水。
综上所述，光降解和光氧化的机理类似，都是通过光线的吸收和利用，促进污染物的分解或氧化反应。
在环境污染物的处理中，光降解和光氧化是非常有效的手段。
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酞菁化合物可见光降解水中有机污染物的机理及应用／王德军等 ・ ５７ ・ 酞菁化合物可见光降解水中有机污染物的机理及应用 王德军，赵朝成 （中国石油大学（华东）化学工程学院，青岛２６６５８０） 摘要 当前水环境污染已成为全球性普遍关注的重要课题，而利用光催化氧化技术处理水中难降解有机污染 物的方法已经引起了国内外水处理专家的广泛关注。自１９０７年由Ａ Ｂｒａｕｎ教授和Ｔ＿Ｃ．Ｔｃｈｅｒｎｉａｃ教授第一次发 现酞菁化合物以来，有关利用酞菁化合物对水中污染物进行光催化降解的研究备受瞩目。酞菁化合物由于具有１８７ｃ 电子体系的共轭结构，能吸收可见光区的光，因而显现出独特的光电特性。对酞菁化合物可见光催化降解水中有机 污染物研究现状进行了综述，分别介绍了酞菁化合物的典型结构及其特性，并对其催化降解有机污染物反应机理进 行阐述，总结了近年来酞菁化合物在降解水中有机污染物方面的应用，从环境可持续发展角度来看，具有十分重要的 意义。 关键词 光催化剂 酞菁化合物可见光降解有机污染物 中图分类号：ＸＩ３１．２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０２３Ｘ ２０１５．０１７．０１１
Ｖｉｓｉｂｌｅ－ｌｉｇｈｔ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｈｔｈａｌ０ｃｙａｎｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ Ｓｅｗａｇｅ：Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ＷＡＮＧ Ｄｅｊ ｕｎ，ＺＨＡＯ Ｃｈａｏｃｈｅｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ），Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５８０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｃｏｎｃｅｒｎ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａ— ｌｙｔｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｓ ａ ｇｏｏｄ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ｇｅｔｔｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｗａｓ ｆｉｒｓｔ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｂｙ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ Ａ．Ｂｒａｕｎ ａｎｄ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ Ｔ．Ｃ．Ｔｃｈｅｒｎｉａｃ，ｍａｎｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｎｄＵＣ－ ｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｓｅｗａｇｅ． Ｐｈｔｈａｌ０ｃｙａｎｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｗｉｔｈ １８一ｎ－ｄｅｃ— ｔｒｏｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃａｎ ａｂｓｏｒｂ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｕｎｉｑｕｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｓｅｗａｇｅ ｃａｔａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｕｎｄｅｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ａｒｅ ｒｅ－ ｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｒｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｓ ｗｅｌ１．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ ｉｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ，ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ，ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ
０ 引言 工业生产废水和人类的生活废水中都存在着大量的难 降解有机污染物，如果不对这些污染物进行及时有效的处 理，不仅对自然界的环境造成严重污染，还极大地威胁到了 人类的健康。自１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ等［１］发现光照Ｔｉ０２半导 体电极具有分解水的功能，特别是１９７６年Ｃａｒｅｙ等［２ 陆续报 道了在紫外光照射下ＴｉＯ 水体系可使各种难降解有机化合 物降解以来，光催化氧化技术作为一种新型水处理方法受到 了广泛的重视，并且已经发展成为一种非常有前途的环境友 好型污水处理技术。 当前应用于污水处理研究的光催化剂主要包括两种：一 种是以金属氧化物和金属硫化物为主的半导体；一种是在紫 外一可见光区有强吸收光谱的有机化合物和金属有机配合物。 前者主要以改性Ｔｉ０２ Ｌ３］、含铋复合氧化物［４］、含钨氧化物［ ］ 以及ＣｄＳ［ 、ＺｎＯ［ 、钌络合物＿８］等为主，研究更为广泛。而 后者的出现使光催化剂有了新的选择［９］，尤其是在可见光条 件下。常见有机可见光催化剂主要分为吡喃盐类、芳香剂 类、芳杂环类、二氢卟吩类、卟啉类和酞菁类等Ｌ１ 。其中酞菁 类化合物由于在可见光区有强的跃迁，而且对环境无毒无 害，廉价易得，是一类非常有前途的可见光催化剂。
１ 酞菁化合物的结构和特性 １．１酞菁化合物的结构 酞菁（图１（ａ））是内部由４个异吲哚分子通过氮原子桥 连形成的具有８个碳原子和８个氮原子交替组成的十六元 环，由１８个７ｃ电子组成的平面共轭大 键结构。其１８个７ｃ 电子分布于Ｃ－Ｎ位，电子密度分布非常均匀…］，使得酞菁分
王德军：男，１９８５年生，博士生，研究方向为水污染治理 Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｄｊｈｅｌｌｏ＠１６３．ｃｏｒｎ赵朝成：通讯作者，男，１９６２年生，硕士，教 授，博士生导师，研究方向为石化企业三废治理及资源化Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｃｈｃｈ＠ｕｐｃ．ｅｄｕ．ｃｎ ・ ５８・ 材料导报Ａ：综述篇 ２０１５年９月（上）第２９卷第９期 子上的４个苯环很少变形 １ 。从图１（ｂ）可见，该类化合物 是由一个高度平面的大环配体和中心元素组成的络合物，与 天然的卟啉很相似，与卟啉化合物不同的是，酞菁及其化合 物是由人工合成的＿】 。酞菁分子的直径约１．４ ｎｍ［“］，中心 大环对角Ｎ—Ｎ间距约０．４ ｎｍ［１ 。这种结构使得它们具有非 常稳定的特性，如耐酸、耐碱、耐热、耐光、耐水及各种有机溶 剂等，再加上无毒这一优点，因此受到人们的广泛研究，并得 到应用。根据中心元素的不同，迄今为止已经有７Ｏ多种元 素的共计５０００多种酞菁化合物（其中包括无金属酞菁及类 酞菁）见于报道［＇１６，１７］。
Ｎ Ｎ
图１酞菁（母核）分子结构图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｐｃ（ｍｏｔｈｅｒ ｎｕｃｌｅｕｓ） １．２酞菁化合物特性 酞菁化合物的吸收光谱有２个较强的吸收带（如图２（ａ） 所示），一个在近紫外的３４０ Ｄ＿ｍ处，称为Ｂ带（也称为Ｓｏｒｔ 带），它是由于低能占据轨道向最低空分子轨道（ＬＵＭＯ）的 丌＿Ⅱ＊跃迁而产生的；另一个在可见光区的６８０ ｎｍ处中等强 度吸收，被称为Ｑ带，Ｑ带主要是由于 ＊的二重简并跃迁 ａｌｕ－ｅ 产生的（图２（ｂ））。对于无金属的酞菁化合物，它们体 系的低对称性会使分子轨道的简并态消失，使Ｑ带分裂成两 部分＿１ 。这２个带尤其是Ｑ带是酞菁类化合物的特征吸 收带，可以作为酞菁成环的标志。
图２酞菁化合物的典型紫外一可见光谱（ａ）； 金属酞菁的Ｑ带和Ｂ带的能级和跃迁图（ｂ） Ｆｉｇ．２ ＵＶ－Ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ Ｐｃｓ（ａ）；ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ Ｐｃｓ Ｑ ｂａｎｄ ａｎｄ Ｂ ｂａｎｄ（ｂ）
２反应机理 酞菁类化合物可见光降解有机污染物的反应机理尚不 完全明确，业界比较一致的说法为：酞菁类可见光催化剂（用 Ｐ代替）吸收太阳光达到单重激发态 Ｐ ，而后可参与多个反 应： Ｐ 通过电子转移可直接与污染物（用ｗ代替）发生反 应ｌ＿２ ，生成氧化型污染物（Ｗ・。。）和还原型光催化剂 （Ｐ・一），见式（１）； Ｐ 也可经过系间窜越生成三重态。Ｐ 。 原则上， Ｐ 和。Ｐ 与污染物反应均能产生羟基自由基０Ｈ・， 同时产生光催化剂阴离子自由基，见式（２）和式 （３）［２ 。。Ｐ 可参与电子转移生成ｗ・’。和Ｐ・一，见式（４）， 也可通过能量传递与Ｏ。反应，生成单重态氧 Ｏ ，见式（５）。 Ｐ＝Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ Ｗ＝Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ
Ｐ
Ｗ ・Ｐ・
ｒ
Ｐ．Ｗ— Ｐ・＋Ｏ Ｐ・一＋Ｗ・ （１） Ｐ・一＋０Ｈ・＋Ｈ Ｐ・一＋ＯＨ・ ＋Ｈ Ｐ・一＋Ｗ・ Ｐ＋ ｏ Ｐ・一＋Ｗ・ Ｐ＋Ｏ，－一 Ｗ・ ＋Ｏ ・一、 ａａｔ 。ｎ … Ｗ＋０Ｈ・ Ｊ 此外，上述反应过程中往往伴随着光催化剂基态和污染 物基态的混合物的产生，这种混合物（Ｐ—ｗ）也能吸收太阳光 导致电荷分离从而产生ｗ・ 和Ｐ・一，见式（６）。更进一步 的研究证明还原型光催化剂Ｐ・一可以与分子氧０ 反应生 成过氧阴离子自由基Ｏ。・ ，见式（７）。最终，污染物阳离 子与分子氧或过氧阴离子自由基反应得到氧化产物，污染物 基态Ｗ也可与活性氧物种ＯＨ・和 ０２反应生成氧化产物， 见式（８）。
３载体及负载方式 用酞菁类化合物作为可见光催化剂降解有机污染物时， 其溶于水后会发生聚合［２。 ０］反应，生成二聚体或者高的聚合 体，而只有当其以单体的形式存在时才有较高的催化活 性口 。因此，科学工作者研究了各种方法来降低酞菁类化合 物在水中的聚集行为，其中将酞菁负载在一些载体（如粘土、 分子筛、树脂等）上是最为简单有效的一种，同时解决了均相 催化反应中催化剂回收和重复利用的问题，减少了催化剂的 损失。载体包括无机载体和有机载体［３ ，载体和催化组分结 合的方式主要有共价结合、离子交换、物理吸附和化学吸附
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