TiO光催化氧化技术参考.pptVIP

TiO2光催化氧化技术简介 以TiO2为代表的光催化材料具有对人体无毒，能耗低，操作简单，反应条件温和，化学稳定性良好和光催化效率较高等特性，成为近年来日益受重视的环境污染治理技术之一。 除了在净化水和空气方面的应用外，TiO2光催化在杀菌消毒、光解水、固氮、还原CO2等方面也具有广阔的应用前景。 TiO2的晶体结构 TiO2半导体有三种晶体结构，分别为： 锐钛矿 金红石 板钛矿 从稳定性来说， 金红石最稳定，从低温到熔点都不会发生晶相转变； 锐钛矿次之，在室温下稳定； 板钛矿很少见。 催化活性 具有光催化作用的主要是锐钛矿结构和金红石结构，其中以锐钛矿结构的催化活性最高。 锐钛矿型TiO2吸收小于387.5nm的光，金红石型TiO2吸收小于415nm的光，它们的主要区别在于八面体结构内部扭曲和结合方式不同。 锐钛矿型的TiO2较负的导带对O2的吸附能力较强，比表面较大，光生电子和空穴容易分离，这些因素使得锐钛矿型TiO2光催化活性高于金红石型TiO2光催化活性。 TiO2光催化机理示意图 TiO2光催化氧化反应机理 当半导体近表面区在受到能量大于其禁带宽度能量的光（hv）辐射时，价带中的电子会受到激发跃迁到导带，价带上形成空穴（h+），而导带则带有电子（e-），在半导体中产生电子-空穴对。 空穴具有很强的得电子能力(氧化性)， 可被H2O、OH-捕获生成·OH。 可直接夺取半导体表面有机物或其他物质的电子进行氧化作用。 电子居于较高能量状态，可被吸附氧（O2）捕获，生成·O2-自由基。 研究结果证明，·OH和·O2-是光催化氧化过程中主要氧化剂 ，理论上几乎可将水中所有有机物氧化，甚至最终产物为H2O和CO2。 TiO2光催化剂的制备方法 纳米TiO2的制备方法有气相法和液相法两类。 采用气相法制备纳米TiO2 反应速度快，能实现连续生产，制得的产品纯度高、粒度小、分散性好、表面活性大。 但此法是在高温下瞬间完成，对反应器的构型、设备的材质、加热及进料方式等均有很高的要求。 TiO2光催化剂的制备方法 液相法具有合成温度低、设备简单、成本低等优点，是目前实验室和工业上广泛采用的制备方法。 液相法易造成局部浓度过高，颗粒大小、形状不均，分散性差，影响产品的使用效果和应用范围。 合成纳米TiO2液相方法有： 水解法； 化学沉淀法； 溶胶凝胶法； 微乳液法； 电泳沉积法； 离子交换法等。 水解法 钛醇盐：利用钛醇盐能溶于有机溶剂并发生水解生成氢氧化物或氧化物的特性来制备纳米TiO2。 以钛酸丁脂为前驱物，经改善沉淀物的过滤洗涤工艺，制备15nm左右的TiO2粉体。 无机钛盐水解法：就是将无机钛盐直接升温水解制备纳米TiO2的方法，这是制备纳米TiO2最为简单的方法。 沉淀法 普通沉淀法一般以TiCl4、Ti(SO4)2等无机钛盐为原料，用氨水、(NH4)2CO3、NaCO3或NaOH等碱性物质作为沉淀剂来制备纳米TiO2粉体。 均匀沉淀法则是在溶液中加入某种物质，使之通过溶液中的化学反应缓慢生成沉淀物来制备粒度均匀纳米TiO2粉体。 水热法 在高温高压下一次完成，无需后期的晶化处理，所制得的粉体粒度分布窄，团聚程度低，成份纯净，而且制备过程污染小，成本较低。 在加有聚四氟乙烯内衬的筒式高压釜中进行，前驱体可为氯化钛、偏钛酸及钛酸丁脂等。 微乳液法 微乳液常含四种组分：表面活性剂、表面活性助剂、有机溶剂和水。 微乳液法制备纳米TiO2包括两个过程： 第一步是微乳液的制备，将表面活性剂、助表面活性剂、溶剂混合或将表面活性剂、溶剂混合，形成稳定的微乳液体系； 第二步是粒子的制备，将含不同水溶液的热乳液混合制取TiO2粉体。 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是目前应用最多的一种制备+负载方法。 以钛酸酯类如Ti(OC4H9)4等和无水乙醇为原料，加入少量水及不同种类的酸或有机聚合添加剂，经搅拌、转化制成稳定的TiO2溶胶。经水解和缩聚得溶胶，再进一步缩聚得凝胶，凝胶经干燥、锻烧得纳米TiO2粒子。 具有操作相对简单、反应条件易于控制、生产成本低、产品纯度高而且均匀等优点。 TiO2光催化氧化反应的影响因素 催化剂存在的问题 提高TiO2光催化性能的途径 联用技术 TiO2光催化氧化与其它处理技术组合已经成为废水处理的一个热点。 微波、热催化、等离子体、生物化学、电化学等技术或过程与光催化反应相结合的研究，开发了新型的高效光催化反应技术，并显著提高了光催化氧化反应效率。 应用瓶颈——反应器?负载？ TiO2光催化剂的负载方法 大体上包括两种方式： 将TiO2负载到光滑平整的载体上，形成一层连续的薄膜。 将TiO2紧紧固定到某种载体上。 光催化反应器 光催化反应器的分类 光源不同 流态不同 聚光与否 旋转式 光学纤维束