tio2光催化剂的研究进展

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1、光催化剂在环保领域的应用摘要：光催化是一种新型的环境治理方法。文章首先分析了光催化的反应机理，对光催化在水处理、气体处理以及其他环保方面的研究和应用进行了综述。最后，指出了当前阻碍这一技术发展的难题。ApplicationofPhotocatalysttoContaminantsDegradationAbstract:Thephotocatalysiswasanewtechnologyofenvironmenttreatment.Theprincipleandmechanismofphotocatalysisreactionwasa

2、nalyzed,firstly.Thentheapplicationofthistechnologywasdiscussedinwastewater,airandothersarea.Atlast,themainproblemsofphotocatalysiswereindicatedatpresent.1引言自1972年Fujishima和Honda[1]发现了TiO2作为催化剂，在太阳光的作用下可以分解水制得氢气以来，光催化反应开始得到了普遍的关注。经多年深入的研究，逐步掌握了该反应的机理[2-3]。在此基础上，研究者发现光催化

3、反应可以有效的分解有机物、杀灭细菌和消除异味，并且光催化技术拥有多方面的优势，如反应温度是室温，光催化剂自身无毒、无害、无腐蚀性，也不会有二次污染等。因此和传统的高温、常规催化、吸附等技术相比，光催化在环保领域的应用有很多明显的优势，近些年来取得了长足的发展[4-7]。本文就这一技术在环保领域的应用做一个综合评述，以期为相关的研究提供参考。2反应机理光催化是以n型半导体的能带理论为基础，以n型半导体作催化剂的一种光敏氧化法。半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带(ValenceBand，VB)和空的高能导带(Conduct

4、ionBand，CB)构成，价带和导带之间存在一个区域为禁带，区域的大小通常称为禁带宽度(Eg)。一般半导体的禁带宽度小于3eV。当用能量等于或大于禁带宽度(也称带隙，-+Eg)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粒子表面。由于半导体导带与价带间存在禁带，光生电子和空-穴在复合前有足够长的寿命，这使得它们可迁移到催化剂表面并与吸附在那里的分子(OH、-O2、有机物等)发生能量和电荷交换，产生具有强氧化能力的·OH、H2O2、O2等物种，这些基团是直接参与化学反

5、应的主要活性物质。另外，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氧化，电子受体通过接受表面的电子而被还原[8]。图1[3]以光催化分解水制得氢气为例形象地展示了半导体光催化过程。图1光催化分解水的过程Figure1Particle-Basewater-splittingphotocatalyst3光催化反应在水处理方面的应用3.1降解有机废水自1976年Carey等[9]在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作以来，光催化显示出了在水处理方面的应用前景。印

6、染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水，含有多种有机染料及中间体，色度深，含盐量高，毒性大[10]。卢敬霞等[11]在甲醛溶液初始浓度为10mg/L，初始pH值为6.1的情况下分别用紫外臭氧(UV/O3)、光催化(TiO2/UV)和TiO2/UV/O3三种方法处理20min，最后得到甲醛的去除率分别为35%、55.6%和96.6%；Bose等[12]对模拟有机染料废水进行背面负载型光催化耦合膜分离处理，处理出水色度接近于零；HuChun等[13]对印染废水的处理机制进行了研究，通过几种光催化剂的比较发现印染废

7、水的光催化降解主要取决于印染废水在TiO2表面的吸附量，而不是溶液浓度。造纸废水通常颜色为黑色，主要污染物是原料中的非纤维素部分，主要成分有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有浓烈的臭味。Pedroza等[14]用白腐菌和UV/TiO2/RuxSey的顺序处理漂白工序所产生的废水，实验结果表明CR(ColorRemoval)、COD(ChemicalOxygenDemand)、氯的去除率分别为92%、97%、99%；Yeber等人[15]将TiO2和ZnO固定在玻璃上，对造纸过程中的漂白废水进行120min的光催化处理，废水的色度完全

8、去除，总酚含量和TOC(TotalOrganicCarbon)含量分别减少了85%和50%，处理后残留有机物的急性毒性和AOX(AbsorbableOrganicHalideCompounds)比处理前显著减少，高分子化合物几乎全部降