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TiO2光催化降解工業廢水的原理是什麼

發布時間:2021-02-06 05:17:41

A. 二氧化鈦可光催化降解哪些動東西

納米TiO2以其無毒,光催抄化活性高,穩定性高,氧化能力強,能耗低,可重復使用等優點而成為最優良的光催化材料。
1、有機物的降解
TiO2能有效的將廢水中的有機物降解為TiO2、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機小分子,達到完全無機化的目的。染料廢水、農葯廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等都可以被TiO2催化降解。
2、無機廢水的處理
利用二氧化鈦催化劑的強氧化還原能力,可以將污水中汞、鉻、鉛、以及氧化物等降解為無毒物質。

B. 納米光催化材料的特點是些什麼關於TiO2的結果和性質 還有光催化的原理是什麼

TiO2 半導體的光催化效應:TiO2的能帶結構由充滿電子的低能價帶和空的高能導帶構成;晶體中過剩的晶格間鈦緊鄰導帶下方形成施主能級,成為n型半導體。當受到能量大於等於帶隙能的光照射時,價帶上的電子將被激發到導帶,形成帶負電的電子,同時在價帶上形成相應的帶正電的空穴,即產生了激發態的電子/空穴對。在體系內電場的作用下,電子與空穴發生分離,遷移到粒子表面的不同位置。空穴有很強的得電子能力,可奪取吸附於粒子表面的有機物或溶劑中的電子,使原本不吸收入射光的物質活化而被氧化,而電子受體則可以通過接受TiO2顆粒表面的電子而被還原;這個過程是載流子向吸附物種的轉移過程,也是對光催化起貢獻作用的過程。例如,吸附於TiO2顆粒表面的OH-和H2O分子可被光生空穴氧化,生成氧化能力和反應活性極強的羥基自由基·OH,進一步氧化其它物質,是光催化反應的重要中間體;而吸附或溶解在TiO2表面的O2則易俘獲電子形成氧負離子O2-,實現對電子的轉移。
納米TiO2 光催化應用技術工藝簡單、成本低廉,利用自然光即可催化分解細菌和污染物, 具有高催化活性、 良好的化學穩定性和熱穩定性、 無二次污染、 無刺激性、 安全無毒等特點, 且能長期有益於生態自然環境,是最具有開發前景的綠色環保催化劑之一。

C. 納米二氧化鈦的光催化反應機理

納米二氧化鈦光生空穴的氧化電位以標准氫電位計為3.0 V,比臭氧的2.07 V 和氯氣的1.36 V高許多,具有很強的氧化性。高活性的光生空穴具有很強的氧化能力,可以將吸附在半導體表面的OH-和H2O 進行氧化,生成具有強氧化性的·OH [20]。從幾種強氧化劑的氧化電位大小順序:F2>·OH>O3>H2O2>HO2·>MnO4->HCLO>Cl2>Cr2O72->·ClO2,可以看出·OH 具有很高的氧化電位,是一種強氧化基團,能氧化大多數的有機污染物及部分無機污染物。同時,空穴本身也可奪取吸附在半導體表面的有機污染物中的電子,使原本不吸收光的物質被直接氧化分解。在光催化反應體系中,這兩種氧化方式可能單獨起作用也可能同時作用,對於不同的物質兩種氧化方式參與作用的程度視具體情況有所不同。另一方面,電子受體可直接接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原。環境中的某些特定污染物—有毒金屬,如Hg2+、Ag1+、Cr6+、Cu2+等也能接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原成無毒的金屬分子。納米二氧化鈦光催化反應過程:
·OH+ dye → 染料降解 8-25
TiO2(h+)+ dye →·dye+ →染料氧化 8-26
Mx++xTiO2(e-)→M0 8-27
Mx++y TiO2(e-)→M(x-y) + (x>y) 8-28
從以上納米二氧化鈦光催化反應過程可知,在光催化反應體系中,表面吸附分子氧的存在會直接影響光生電子的轉移,如式8-5~8-8,影響反應高活性自由基和反應中間體·OH、·O2-、HO2·、H2O2 的生成、光催化氧化反應速率和量子產率。向半導體光催化體系內通入氧氣可加快有機物的降解速率,因為當溶液中有O2 存在時,光生電子會和O2 作用生成·O2-,進而與H+作用生成HO2·,最終生成·OH氧化降解有機物[21]。在這諸多氧化性物質共存的反應體系中,由於催化劑的表面有大量的羥基存在,因此在液相條件下光催化反應主要通過羥基自由基反應降解有機污染物。
目前針對有機物質的光催化氧化在催化劑表面上還在溶液里發生,至今仍有爭議。Richard 和Lemaire 用ZnO 光催化氧化FA(糠醇)時,發現加入異丙醇起抑製作用,由此推論反應發生在溶液里。因為在鹼性介質中乙酸鹽幾乎不在負電納米二氧化鈦表面上有吸附,但隨溫度升高·OH 氧化乙酸鹽形成乙醇酸鹽的量也升高。說明·OH 是從催化劑的表面擴散到溶液里氧化乙酸鹽,證明光催化反應發生在溶液里。與此相反,當納米二氧化鈦表面帶負電荷時,三氯乙酸鹽降解受到抑制。從而推斷反應過程發生在催化劑表面。Turchi 和Ollis 通過精細地研究,提出因為活性·OH 能夠在溶液里擴散幾個埃,所以光催化氧化過程不必在催化劑表面發生,而其它的研究者提出,在光照的納米二氧化鈦中,·OH 的擴散長度可能是幾個原子的距離或更小。最近,更多的研究者贊同光氧化過程發生在表面位置上。例如,十氟聯苯(DFBP)很強烈地吸附在(大於99%)Al2O3、納米二氧化鈦顆粒物的表面。它不容易在兩個化合物之間轉換(小於5%)。當DFBP 吸附在Al2O3 表面上時,向該懸浮液中加H2O2,納米二氧化鈦膠體溶液(尺寸大約為0.05 微米),在UV 照射下,DFBP 光降解了。這說明H2O2 或可溶性納米二氧化鈦吸附在Al2O3 上,它們產生的·OH 遷移到DFBP/Al2O3 的反應位置上引起光氧化。相反,如果用納米二氧化鈦呈顆粒狀(100 微米),或納米二氧化鈦(ZXL-001),50m2/g 代替H2O2 和可溶性納米二氧化鈦時,DFBP的光降解幾乎被抑制住,而五氟酚很容易在兩個金屬氧化物表面間交換,在上述條件下,發生快速光降解反應,因此,有結論認為光致氧化劑不可能遷移離開納米二氧化鈦光致活性位置太遠。光降解過程發生在光催化劑表面或遠離表面幾個原子的距離內。
半導體光催化劑受光激發產生電子—空穴對,經過一系列反應對污染物的氧化還原機理乙得到人們的共識。但從提高光催化效率和太陽光的利用率來看,還存在以下主要缺陷:一是半導體的光吸收波長范圍狹窄,主要在紫外區,利用太陽光的比例低;另一是半導體載流子的復合率很高,因此量子效率較低。所以,從半導體的光催化特性被發現起,就開始對半導體光催化劑進行改性研究。改性的目的和作用包括提高激發電荷分離,抑制載流子復合以提高量子效率;擴大起作用的光波范圍;改變產物的選擇性或產率;提高光催化材料的穩定性等。

D. 納米二氧化鈦的光催化機理是什麼

納米二氧化鈦光生空穴的氧化電位以標准氫電位計為3.0 V,比臭氧的2.07 V 和氯氣的1.36 V高許多,具有很強的氧化性。高活性的光生空穴具有很強的氧化能力,可以將吸附在半導體表面的OH-和H2O 進行氧化,生成具有強氧化性的·OH [20]。從幾種強氧化劑的氧化電位大小順序:F2>·OH>O3>H2O2>HO2·>MnO4->HCLO>Cl2>Cr2O72->·ClO2,可以看出·OH 具有很高的氧化電位,是一種強氧化基團,能氧化大多數的有機污染物及部分無機污染物。同時,空穴本身也可奪取吸附在半導體表面的有機污染物中的電子,使原本不吸收光的物質被直接氧化分解。在光催化反應體系中,這兩種氧化方式可能單獨起作用也可能同時作用,對於不同的物質兩種氧化方式參與作用的程度視具體情況有所不同。另一方面,電子受體可直接接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原。環境中的某些特定污染物—有毒金屬,如Hg2+、Ag1+、Cr6+、Cu2+等也能接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原成無毒的金屬分子。納米二氧化鈦光催化反應過程:
·OH+ dye → 染料降解 8-25
TiO2(h+)+ dye →·dye+ →染料氧化 8-26
Mx++xTiO2(e-)→M0 8-27
Mx++y TiO2(e-)→M(x-y) + (x>y) 8-28
從以上納米二氧化鈦光催化反應過程可知,在光催化反應體系中,表面吸附分子氧的存在會直接影響光生電子的轉移,如式8-5~8-8,影響反應高活性自由基和反應中間體·OH、·O2-、HO2·、H2O2 的生成、光催化氧化反應速率和量子產率。向半導體光催化體系內通入氧氣可加快有機物的降解速率,因為當溶液中有O2 存在時,光生電子會和O2 作用生成·O2-,進而與H+作用生成HO2·,最終生成·OH氧化降解有機物[21]。在這諸多氧化性物質共存的反應體系中,由於催化劑的表面有大量的羥基存在,因此在液相條件下光催化反應主要通過羥基自由基反應降解有機污染物。

E. 二氧化鈦光催化反應機理

作用機理

ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應機理:
納米TiO2光催化降解機理共分為7個步驟來完成光催化的過程:
1、 TiO2 + hv→ eˉ+ h+
2、 h+ + H2O→OH + H+
3、 eˉ+ O2→OOˉ
4、 OOˉ+H+ →OOH
5、 2OOH → O2 + H2O2
6、 OOˉ+ eˉ+ 2H+ →H2O2
7、 H2O2 + eˉ→OH + OHˉ
8、 h+ + OHˉ→OH
當一個具有hv能量大小的光子或者具有大於半導體禁帶寬度Eg的光子射入半導體時,一個電子由價帶(VB)激發到導帶(CB),因而在導帶上產生一個高活性電子(eˉ ),在價帶上留下了一個空穴(h +),形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用,最終產生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強氧化性,能把大多數吸附在TiO2表面的有機污染物降解為CO2、H2O,把無機污染物氧化或還原為無害物。

殺菌機理
ZXL-001納米二氧化鈦具有很強的光催化殺菌作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽性細菌的致死曲線進行對比、常規培養驗證和透射電鏡觀察得出結論:納米TiO2光催化滅菌首先是從細菌細胞壁開始,其產生的自由基能破壞細胞壁結構,使細胞壁斷裂、破損,質膜解體,然後進入胞體內部破壞內膜和細胞組分,使細胞質凝聚,導致細胞內容物溢出,可出現菌體空化現象。從而證實了納米TiO2的抑菌機理是在光催化作用下,納米TiO2禁帶上的電子由價帶躍遷到導帶,在表面形成高活性的電子-空穴對,並進一步形成·OHˉ、 ·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學作用破壞細菌細胞,從而殺滅細菌。

F. TiO2光裂解水的原理是什麼

TiO2屬於N型半導體材料,具有能帶結構,一般由填滿電子的低能價帶和空白的高能內導帶構成,價帶和導帶間容存在禁帶。TiO2的禁帶寬度為3.2eV,當它吸收波長小於或等於387.5nm的光子後,價帶上的電子(e-)被激發躍遷至導帶,形成帶負電的高活性電子ecb-。同時,在價帶上產生帶正電的空穴(hvb+),在電場作用下,電子與空穴分離並遷移到粒子表面。光生空穴有很強的捕獲電子能力,具有強氧化性,可將吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基。其反應機理可用下式表示:
TiO2+H2O→e-+h+
H++H2O→·OH+H+
H++OH-→·OH
O2+e-→·O2-
·O2-+H+→HO2·
2HO2·→O2+H2O2
H2O2+O2-→·OH+OH-+O2
·OH自由基的氧化能力很強,能將大多數有機污染物及部分無機污染物氧化降解為CO2,H2O等無害物質,且·OH對反應物無選擇性,在光催化氧化中起著決定性作用。

G. 二氧化鈦催化降解硝酸根的原理是什麼

基本的原理是這樣,光能夠激發二氧化鈦半導體中的電子,將電子從價帶激發到導內帶生成光生電子,而價帶中產容生對應的光生空穴,電子和空穴分別擴散到半導體表面,在表面與不同的反應對象進行反應。光生電子具有還原性,空穴具有氧化性,這兩種應能可以分別應用在不同的領域。比如殺菌、降解有機物利用的是氧化性,光分解水制氫氣、光合成等利用的是還原性。這就是最最基本的光催化原理針對降解有機物,其實氧化性和還原性都在應用,最終將有機物徹底的氧化還原成水和二氧化碳

H. 光催化的原理什麼

光催化原理是基於光催化劑在光照的條件下具有的氧化還原能力,從而可以達到內凈化容污染物、物質合成和轉化等目的。

通常情況下,光催化氧化反應以半導體為催化劑,以光為能量,將有機物降解為二氧化碳和水。因此光催化技術作為一種高效、安全的環境友好型環境凈化技術,對室內空氣質量的改善已得到國際學術界的認可。



(8)TiO2光催化降解工業廢水的原理是什麼擴展閱讀

光催化有機合成反應的特點如下:

①光是一種非常特殊的生態學上清潔的「試劑」;

②光化學反應條件一般比熱化學要溫和;

③光化學反應能提供安全的工業生產環境,因為反應基本上在室溫或低於室溫下進行;

④有機化合物在進行光化學反應時,不需要進行基團保護;

⑤在常規合成中,可通過插入一步光化學反應大大縮短合成路線。 因此,光化學在合成化學中,特別是在天然產物、醫葯、香料等精細有機合成中具有特別重要的意義。

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