包信和的光化學(xué)氧化及光催化氧化

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1、光化學(xué)氧化和光催化氧化主講人：倪夢(mèng)婷1.光化學(xué)氧化光化學(xué)氧化反應(yīng)是在光的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，采用臭氧或過氧化氫作為氧化劑，在紫外線的照射下使污染物氧化分解，從而達(dá)到污水的處理。由于反應(yīng)條件溫和、氧化能力強(qiáng)光化學(xué)氧化法近年來迅速發(fā)展，但由于反應(yīng)條件的限制，光化學(xué)法處理有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種芳香族有機(jī)中間體，致使有機(jī)物降解不夠徹底，這成為了光化學(xué)氧化需要克服的問題。Page?3在反應(yīng)溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，使其在紫外光照射下產(chǎn)生·OH光化學(xué)氧化法主要以O(shè)3、H2O2、02和空氣作為氧化劑，在光輻

2、射作用下產(chǎn)生·OH光催化氧化法(如TiO2/UV)光激發(fā)氧化法(如O3/UV)2.光催化氧化法紫外線具有很高的能量，直接輻射可以引發(fā)水中污染物質(zhì)化學(xué)鍵的斷裂而引起很多化學(xué)反應(yīng)，該過程稱為光氧化。為提高產(chǎn)率和能量利用效率，利用催化劑來加快反應(yīng)，為光催化氧化。其中最重要的催化劑是半導(dǎo)體催化劑（TiO2）。光催化劑是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促使化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。光催化劑能將光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)的能量，產(chǎn)生催化作用，是周圍水分子及氧氣成為極具氧化力的·OH及O2-。用其分解對(duì)人體和環(huán)境有害的

3、有機(jī)物質(zhì)及部分無機(jī)物質(zhì)，加速反應(yīng)，不造成資源浪費(fèi)，且不形成附加污染。光催化的技術(shù)特征（1）低溫深度反應(yīng)光催化氧化可以在室溫下將水、空氣和土壤中的有機(jī)污染物氧化。（2）綠色能源光催化可以利用太陽(yáng)光作為能源來活化催化劑，驅(qū)動(dòng)氧化-還原反應(yīng)。（3）氧化性強(qiáng)大量研究表明，半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯，都能有效的加以分解。（4）壽命長(zhǎng)理論上，光催化劑的壽命是無限長(zhǎng)的。（5）廣譜性光催化對(duì)從烴到羧酸的眾多種類有機(jī)物都有氧化效果。3.光催化技術(shù)在廢水處

4、理中的應(yīng)用近年來，光催化應(yīng)用技術(shù)研究發(fā)展十分迅速，這項(xiàng)新技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和、無二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)，能有效的將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無極小分子，達(dá)到完全無機(jī)化的目的。許多難降解或用其他方法難以去除的物質(zhì)，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等也可用此法去除。此外，還可以用于無機(jī)污染廢水的處理和菌類的殺滅。在染料的生產(chǎn)和應(yīng)用中，有大量堿度高、色澤深、臭味大的染料廢水進(jìn)入環(huán)境，排放的廢水中殘留的染料分子進(jìn)入水體會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。常用的生物化學(xué)法對(duì)水溶性染料的降解效率較低。近年來，

5、在利用光催化降解染料的研究日益增多，取得一定的成果。大多數(shù)染料的去除率可達(dá)95%以上。3.1染料廢水3.2農(nóng)藥農(nóng)藥一般分為除草劑和殺蟲劑，其危害范圍很廣，在大氣、土壤和水體中停留時(shí)間長(zhǎng)，所以器分解去除備受人們的關(guān)注。利用光催化去除農(nóng)藥的優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)產(chǎn)生毒性更高的中間產(chǎn)物，這是其他方法無法的。3.3鹵代有機(jī)化合物這類物質(zhì)在各國(guó)提出的優(yōu)先控制的有害物質(zhì)“黑名單”中占有相當(dāng)大的比例，因而研究其催化分解條件、機(jī)理都有很大的現(xiàn)實(shí)意義。這類物質(zhì)在光催化分解的過程中，一般先羥基化，再脫鹵，逐步分解，直至分解為

6、CO2、H2O等簡(jiǎn)單的無機(jī)物。3.4表面活性劑家用或工業(yè)用表面活性劑的排放是河流、湖泊和海洋的主要污染源之一。Hidaka等對(duì)表面活性劑的降解作了系統(tǒng)的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含苯環(huán)的表面活性劑比僅含烷基或烷氧基的更易斷鏈降解實(shí)現(xiàn)無機(jī)化，直鏈部分降解速度極慢。雖然表面活性劑中鏈烷烴部分采用催化降解反應(yīng)還較難完全氧化成CO2，但隨著表面活性劑苯環(huán)部分的破壞，表面活性及毒性大為降低，生成的長(zhǎng)鏈烷烴產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的危害性明顯減小。3.5含油廢水3.6無機(jī)污染廢水處理3.7含菌廢水處理4.光催化廢水處理技術(shù)存在

7、的問題（1）高濃度廢水透光率由于光催化反應(yīng)是基于體系對(duì)光能量的吸收，因此要求被處理體系具有良好的透光性。對(duì)于高濃度的工業(yè)廢水，若雜質(zhì)多、濁度高、透光性差，反應(yīng)則難以進(jìn)行。因此該方法在實(shí)際廢水處理中，適用于后期的深度處理。（2）有機(jī)污染物降解中間產(chǎn)物的復(fù)雜性目前光催化處理有機(jī)污染廢水特別是廢料廢水中的主要問題是染料體系的復(fù)雜性和測(cè)試方法的局限性，特別是染料中間體的分析鑒定比較困難，給染料光催化降解的機(jī)理上的研究帶來困難，在一定程度上限制了光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。（3）光催化產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化盡管近年來光

8、催化技術(shù)發(fā)展很快，各國(guó)相繼開發(fā)了光催化產(chǎn)品，但光催化產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化相對(duì)落后。作為光催化計(jì)數(shù)的發(fā)源地日本2002年開始制定光催化產(chǎn)品的評(píng)價(jià)方法和產(chǎn)品規(guī)格，但還很不完善。5.光催化氧化技術(shù)的發(fā)展方向1.研究實(shí)際水源的光催化降解特性。2.擴(kuò)展半導(dǎo)體催化劑的吸收光譜范圍。3.直接利用太陽(yáng)光作為反應(yīng)催化光源。4.反應(yīng)器的開發(fā)。光催化氧化技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵是催化劑的固定及與之相匹配的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。謝謝觀看！謝謝觀賞