当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

TiO2光催化氧化在水处理中的应用


TiO2光催化氧化反应 及其在水处理中的应用

给排水132班 喜悦组:褚云晨

目录
一、前言

二、TiO2光催化氧化反应机理
三、反应优势 四、TiO2光催化反应在水处理中的应用 五、存在的问题与展望

一、前言
? 传统的水处理方法存在一些问题,并且随着工业高

速发展,

水体中的难降解有机物(如萘系、蒽系)的数量和种类都急 剧增加,在环境中长时间富集造成水资源的严重污染,具有 明显的“三致效应”,危害人类生命健康。
? 1972 年,日本的Fujishima 发表了“TiO2电极上光解分解水”

一文,自此揭开了光催化氧化技术的序幕。
? 近30 年,光催化氧化已被证明是一种氧化能力强、选择性小、

处理效率高、不带来二次污染的水处理方法。

二、TiO2光催化氧化反应机理
? 半导体TiO2的能带结构是由一个空

的的高能级导带(CB)和一个充满电 子的低能级价带(VB)组成,它们之 间的区域被称为禁带。导带底与价 带顶之间的能量差即称为禁带宽度 (或者称为带隙、能隙),半导体 的吸收光波长λ 与带隙能的关系式

为: λ=1240/Eg。

反应机理
? TiO2的带隙能Eg为3.2 eV,相当

于λ=387.5 nm 光子具有的能量。

当TiO2半导体受到大于或等于其 带隙能的光照射时,价带上的电 子(e-)会被激发并在飞秒内移动至 导带,激发后留下一个空白的价 带空穴(h+),因此光照射后产生 电子空位对扩散到TiO2表 了一对电子-空穴(e--h+)。 面,并与吸附在TiO2表面上的 物质发生氧化还原反应。

反应机理
-; ?电子消除剂:O2+e-→O2· ?双氧水的形成:HO2-+H+→H2O2; -+H+→HO · · ?超氧基的质子化:O2· 2 ; ?羟基的产生:H2O2+O2 →OH·+OH +O2, ?电子的再去除:HO2· +e-→HO2-; H2O(OH-)+h+→OH·+H+;

(1)有机污染物从液相到催化剂表面的物质转移; (2)吸附,光子激活的TiO2表面的有机污染物的吸收; (3)光催化反应(被吸收的组分); (4)解吸,中间产物脱离催化剂表面; (5)中间产物从边界层区域到液相流体内的物质转移。

三、反应优势
? TiO2在近紫外线区吸光系数大,光活性高,光催化作 用持久,而且化学性质稳定,硬度高,耐磨耗性好, 对人体和环境无害,资源丰富,价格低; ? 光催化作用使用空气中的氧气为氧化剂,不消耗重要 的氧化性化学品;
? 光催化过程中生成的氧化剂,有很强的氧化能力,可 使水中大部分微生物灭活和大多数有机污染物包括三 卤甲烷矿化。

四、TiO2光催化反应在水处理中的应用
? 水中难生物降解的有机污染物的处理
各种各样的化工产品在使用过程中不可避免的进入水环境中,造成了水环 境的严重污染。通常这类产品中相当大一部分是生物难降解的(如卤代物、长 链烷烃、环烷烃、芳香族有机物,表面活性剂、农药、染料以及目前受到广泛 关注的环境干扰素),有些甚至是不能降解的。研究都表明TiO2光催化对难生 物降解有机污染物具有高效的降解效果。
TiO2在紫外线照射下生成的空穴具有极强的氧化分解能力,许多污染物均可 通过光催化过程得到降解。光催化能够完全氧化分解破坏大多数有机污染物, 最终生成CO2和H2O,以及相应的无机化合物。

? 饮用水消毒
TiO2光催化能够有效地杀灭大肠杆菌、绿脓杆菌等,杀菌效果达99%以上。

应用
? 水中无机污染物的处理
利用光催化反应不仅可用来降解多种无机离子,还可用来回收多种贵金属。
?

Serpone等报道了用TiO2光催化法从Au(CN)4-中还原Au,同时氧化CN-为 NH3和CO2的过程,该法用于电镀工业废水的处理,不仅能还原镀液中的贵金 属,而且还能消除镀液中氰化物对环境的污染。 Herrmann等报道了用TiO2光催化法将水中的硫化物、亚硫酸盐和硫代硫 酸盐氧化为硫酸盐。

?

? ?

Navio等报道了用TiO2光催化法将水中有毒的NO2-氧化为无毒的NO3-。
Khalil等报道了用TiO2 光催化法将水中Cr6+原为毒性较低的Cr3+,在中性和 弱碱性介质中,Cr3+可以转化为Cr(OH)3的沉淀,能够很容易的从溶液中分离。

五、存在的问题与展望
? 存在的问题:
(1)由于光生载流子的复合率较高导致TiO2光催化反应效率不高;

(2)利用太阳能的局限性;
(3)对高浓度废水处理效果不理想。

存在的问题与展望
? TiO2催化剂的固定化

? 提高TiO2的光催化效率

? 扩展TiO2响应光谱的范围

? 高效大型光催化反应器的设计

有匪君子,如切如磋,如琢如磨。 瑟兮僩兮,赫兮咺兮。
有匪君子,充耳琇莹,会弁如星。 瑟兮僩兮,赫兮咺兮。 有匪君子,如金如锡,如圭如璧。 宽兮绰兮,猗重较兮。
——《国风· 卫风· 淇奥》


相关文章:
光催化氧化技术在水处理中的应用
光催化氧化技术及其在水处理中的应用摘要:介绍了光催化氧化的机理及光催化氧化反应的主要影响因素,就TiO2固定化制备、改性、光催化氧 化在工业废水以及饮用水处理中...
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题_能源/化工_工程科技_专业资料。...无二次污染的纳米TiO2 光催化氧化技术对此 类废水中的难降解有机物进行处理。 ...
光催化在污水处理中的应用
光催化在污水处理中的应用我国是联合国指定的13 个贫水国之一,水资源匮乏。同时...并且在TiO2 光催化降解有机物方 面也取得了满意的效果,从此,光催化氧化有机...
TiO2光催化氧化技术及其在水处理中的应用
TiO2 光催化氧化技术及其在水处理 中的应用 姓名: 学号: 学院: 专业:环境科学 指导教师: TiO2 光催化氧化技术及其在水处理中的应用摘要:介绍了TiO2光催化氧化...
TiO2光催化氧化技术在水处理中的应用
TiO2光催化氧化技术在水处理中的应用_专业资料。本文是环境工程高级光催化氧化的实践应用的论文,供环境工程工程师及科研人员使用。TiO2 光催化氧化技术在水处理中的...
光催化氧化技术在水处理中的应用的研究进展
光催化氧化技术在水处理中的应用的研究进展 广西师范大学环境与资源学院 06 级环境工程 200611200068 胡昌学 摘要: 本文主要介绍了二氧化钛( TiO2) 光催化氧化的机理...
水的深度处理——光催化氧化技术
二、TiO2 光催化氧化在水处理中的应用 1、工业废水处理 我国印染、农药、造纸等有机工业废水排放量大,其中难降解有机污染物的 浓度高,采用传统的物化或生化法...
光催化技术在污水处理方面的应用
1 光催化技术在污水处理方面的应用罗鸣山东大学化学与化工学院 摘要:近年来,...3.光催化剂世界上能作为光触媒的材料众多 ,包 括二氧化钛 (TiO2) , 氧化锌...
光催化氧化水处理技术在工业化应用中的问题探讨
光催化氧化水处理技术在工业化应用中的问题探讨_能源/化工_工程科技_专业资料。光催化氧化水处理技术在工业化应用中的问题探讨 【摘要】 光催化氧化水处理技术由于...
更多相关标签:
tio2光催化氧化技术 | tio2光催化 | tio2光催化剂 | tio2光催化反应机理 | tio2光催化原理 | tio2光催化剂的制备 | tio2光催化剂综述 | tio2光催化原理图片 |