包信和的光化学氧化及光催化氧化.ppt

光化学氧化和光催化氧化,主讲人：倪梦婷,1.光化学氧化,光化学氧化反应是在光的作用下进行化学反应，采用臭氧或过氧化氢作为氧化剂，在紫外线的照射下使污染物氧化分解，从而达到污水的处理。由于反应条件温和、氧化能力强光化学氧化法近年来迅速发展，但由于反应条件的限制，光化学法处理有机物时会产生多种芳香族有机中间体，致使有机物降解不够彻底，这成为了光化学氧化需要克服的问题。,Page 3,在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光照射下产生OH,光化学氧化法,主要以O3、H2O2、02和空气作为氧化剂，在光辐射作用下产生OH,光催化氧化法(如TiO2/UV),光激发氧化法(如O3/UV),2.光催化氧化法,紫外线具有很高的能量，直接辐射可以引发水中污染物质化学键的断裂而引起很多化学反应，该过程称为光氧化。为提高产率和能量利用效率，利用催化剂来加快反应，为光催化氧化。其中最重要的催化剂是半导体催化剂（TiO2）。,光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促使化学反应的物质。光催化剂能将光能转换成为化学反应的能量，产生催化作用，是周围水分子及氧气成为极具氧化力的OH及O2-。用其分解对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，加速反应，不造成资源浪费，且不形成附加污染。,光催化的技术特征,（1）低温深度反应 光催化氧化可以在室温下将水、空气和土壤中的有机污染物氧化。（2）绿色能源 光催化可以利用太阳光作为能源来活化催化剂，驱动氧化-还原反应。,（3）氧化性强 大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯，都能有效的加以分解。（4）寿命长 理论上，光催化剂的寿命是无限长的。（5）广谱性 光催化对从烃到羧酸的众多种类有机物都有氧化效果。,3.光催化技术在废水处理中的应用,近年来，光催化应用技术研究发展十分迅速，这项新技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染等突出优点，能有效的将有机污染物转化为无极小分子，达到完全无机化的目的。许多难降解或用其他方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可用此法去除。此外，还可以用于无机污染废水的处理和菌类的杀灭。,在染料的生产和应用中，有大量碱度高、色泽深、臭味大的染料废水进入环境，排放的废水中残留的染料分子进入水体会造成严重的环境污染。常用的生物化学法对水溶性染料的降解效率较低。近年来，在利用光催化降解染料的研究日益增多，取得一定的成果。大多数染料的去除率可达95%以上。,3.1 染料废水,3.2 农药,农药一般分为除草剂和杀虫剂，其危害范围很广，在大气、土壤和水体中停留时间长，所以器分解去除备受人们的关注。利用光催化去除农药的优点是它不会产生毒性更高的中间产物，这是其他方法无法的。,3.3 卤代有机化合物,这类物质在各国提出的优先控制的有害物质“黑名单”中占有相当大的比例，因而研究其催化分解条件、机理都有很大的现实意义。这类物质在光催化分解的过程中，一般先羟基化，再脱卤，逐步分解，直至分解为CO2、H2O等简单的无机物。,3.4 表面活性剂,家用或工业用表面活性剂的排放是河流、湖泊和海洋的主要污染源之一。Hidaka等对表面活性剂的降解作了系统的研究，实验结果表明，含苯环的表面活性剂比仅含烷基或烷氧基的更易断链降解实现无机化，直链部分降解速度极慢。,虽然表面活性剂中链烷烃部分采用催化降解反应还较难完全氧化成CO2，但随着表面活性剂苯环部分的破坏，表面活性及毒性大为降低，生成的长链烷烃产物对环境的危害性明显减小。,3.5含油废水3.6无机污染废水处理3.7含菌废水处理,4.光催化废水处理技术存在的问题,（1）高浓度废水透光率 由于光催化反应是基于体系对光能量的吸收，因此要求被处理体系具有良好的透光性。对于高浓度的工业废水，若杂质多、浊度高、透光性差，反应则难以进行。因此该方法在实际废水处理中，适用于后期的深度处理。,（2）有机污染物降解中间产物的复杂性 目前光催化处理有机污染废水特别是废料废水中的主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性，特别是染料中间体的分析鉴定比较困难，给染料光催化降解的机理上的研究带来困难，在一定程度上限制了光催化技术的工业化应用。,（3）光催化产品的标准化 尽管近年来光催化技术发展很快，各国相继开发了光催化产品，但光催化产品的标准化相对落后。作为光催化计数的发源地日本2002年开始制定光催化产品的评价方法和产品规格，但还很不完善。,5.光催化氧化技术的发展方向,1.研究实际水源的光催化降解特性。2.扩展半导体催化剂的吸收光谱范围。3.直接利用太阳光作为反应催化光源。4.反应器的开发。光催化氧化技术大规模应用的关键是催化剂的固定及与之相匹配的反应器设计。,谢谢观看！,谢谢观赏,