功能性纳米二氧化钛光催化剂课件

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1、功能性纳米二氧化钛光催化剂的改性及其应用进展环境工程1班----05930129孙峰近年来，在水和空气中存在的难分解有机污染物（如二噁英、多氯联苯、有机染料等）的环境行为及其处理方法引起了国际上极大的关注，这些有毒有机污染物虽然浓度很低，但对生物有机体的危害却很大。而这些有机污染物因为它们浓度低，结构稳定，并且难生物降解，用常规的污水处理方法很难除去。光化学降解有机污染物的方法具有反应条件温和（常温常压）、分解彻底（将污染物完全分解为CO2、H2O和无机盐）、无二次污染（所用的能源、氧化剂及催化剂都是绿色清洁的）等特点，正逐渐成为传统治污技

2、术的补充和完善，显示出诱人的前景。间接光降解的光催化氧化降解，在有光催化剂存在的条件下，通过催化剂或有机污染物吸收光而引发一系列的光化学反应，最终导致污染物降解为CO2、H2O和其他简单无机离子，如NO3-、PO43-、SO42-、卤离子等。有机污染物的光催化降解无论在降解效率上还是适用范围上，都有极大的优势，因此光催化降解在环境污染治理中的应用和研究非常活跃。目前，用于光催化剂降解环境污染物的光催化剂多为n型半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、Fe2O3等。在众多半导体光催化剂中，TiO2以其具有高活性、安全无毒、化学性

3、质稳定(耐化学和光腐蚀)、成本低等优点，被公认为环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料。TiO2光催化剂在抗菌除臭，分解污水中的有机物，还原金属离子，废气的净化，分解水等方面有着广泛的应用。TiO2光催化氧化机理作为n型半导体材料，TiO2的能带是不连续的，价带和导带之间存在一个禁带。当光子能量大于或等于TiO2能带隙的光（388nm）辐射时，TiO2时,TiO2价带上的电子就被激发跃过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴（h+）。电子(e-)在电场作用下与空穴分离，并向TiO2粒子表面迁移。光生电子具有很强的还原性，光生空穴具有很强的

4、得电子能力，在TiO2-H2O体系中会在粒子表面发生一系列反应，最终产生具有强氧化能力的·OH和O2¯，从而使有机物最终被降解为CO2和H2O。由于光致空穴和电子的复合在ns至ps的时间内就可以发生，从动力学观点看，只有在有关的电子受体和电子供体预先吸附在催化剂表面时，界面电荷的传递和被俘获过程才会更有效，更具竞争力。在液相中，当催化剂表面主要吸附物为氢氧根或水分子时，它们俘获空穴产生羟基自由基。该自由基氧化有机物，其光催化反应过程如下：当催化剂表面主要吸附物为有机物时，空穴把有机物直接氧化。二氧化钛光催化剂的改性表面包覆改性剂过渡金属掺杂贵金

5、属表面沉积非金属元素掺杂过渡金属掺杂PanagiotisPapaefthimiou等研究苯和乙酸乙酯的氧化，发现W6+的掺杂使Pt-TiO2的活性增高，W6+最佳掺杂量为0.45at%。SarahKlosek等以偏钒酸铵为钒源，制备了四种负载型催化剂TiO2/PVG、V/TiO2、TiO2/V/PVG、V/TiO2/PVG。通过系列的表征和模拟，推测TiO2/V/PVG中有很多的V4+中心。陈慧等利用酸催化的溶胶－凝胶法，并经超临界干燥制备了具有锐钛矿型警惕结构、掺入铁、铬离子的纳米TiO2，并对吖啶橙溶液光催化氧化降解的影响进行了讨论。贵金属

6、表面沉积SubranmanianV等的TiO2表面负载金试验HeJ等的Ag-Pd双金属负载TiO2试验SoaresJMC等的浸渍法化学沉积法制备Au/TiO2试验目前，贵金属负载比较常用的方法有紫外光还原沉积法，化学沉积法等，但由于通过这两种方法负载的贵金属颗粒易团聚，分布不均匀等导致整个过程难以控制。尤先锋等采用H2O2化学沉积法成功制备出了较高活性的Ag负载P-25粉体，开辟了一条新的道路。非金属元素掺杂突破性进展是有日本科学家Asahi等实现的：他们用非金属N替换了少量（0.75%）TiO2中的晶格氧，从而激发光由紫外光移到了可见光区，提

7、高了TiO2光催化剂的活性。目前制备氮掺杂二氧化钛的方法主要有溅射法、高温焙烧法、钛醇盐水解法、机械化学法和等离子注入法等。TiO2光催化剂在降解水中有机污染物中的应用1.二氧化钛半导体的非金属元素置换晶格氧的掺杂2.H2O2表面配合物改性的可见光界面反应3.有机污染物在贵金属离子/二氧化钛界面上的可见光反应4.金属离子掺杂TiO2的可见光降解有机污染物二氧化钛半导体的非金属元素置换晶格氧的掺杂日本科学家Asahi等用N2（40%）/Ar的混合气体溅射TiO2得到N掺杂的TiO2，在550℃温度下烧结4小时使其晶化，得到在可见光有吸收且有光催

8、化活性的催化剂，这种催化剂成功地在可见光照射下分别于溶液相和气相中降解了空白TiO2所不能降解的亚甲基蓝和乙醛。Maier等[在2001年发现用含各种