表面活性剂光降解催化.ppt
1,2,安徽大学 化学工程与工艺,3,表面活性剂光催化降解,材料搜集：09 小李 ppt制作:09 小刘演讲：09 小多,4,目前，针对表面活性剂的降解处理常用方法有吸附降解、焚烧降解、生物降解等，而最有应用前景、研究最活跃的技术是光催化降解技术。,表面活性剂,5,光催化降解,1.概述2.降解机理3.光降解催化剂4.影响光催化降解的因素5.发展前景,表面活性剂,6,概述,光催化降解技术是近30年才发展起来的降解方法。1972年藤岛等发现受光辐射的TiO2上可以持续发生水的氧化还原反应，产生HO。之后人们就开始研究光催化氧化水中的有机污染物的降解。,表面活性剂,7,该方法的优点：光催化降解在常温常压下就可以进行，反应原料仅需要太阳光、氧气和水。更重要的是，光催化降解具有成本低、降解率高、二次污染少，且最终能将有机污染物彻底分解为CO2，H2O和其他无机盐等优点。,表面活性剂,8,降解机理,1.光催化降解动力学机理 Hidaka等首次利用人工光源研究了阴离子表面活性剂LAS和阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氧化铵BDDAC在Ti02做催化剂下的降解。应用LangmuirHinshelwood（朗缪尔-欣谢尔伍德）模型得出降解速率表达式为：1r=1(kKc)+1k 其中：K为与表面活性剂结构相关的常数，k为降解反应常数，只与光源、催化剂活性、反应 介质有关，而与表面活性剂结构无关。,表面活性剂,9,2.光催化降解热力学机理 GimYang Pee提出光催化空化降解的热力学模型，定义在空化降解中的热量可以表示为：,其中：m为基质的质量，Cp为基质比热容，为在超声波辐射下，温度随时间的变化率，Tp为温度的比热容，A为表面活性剂湿的表面积，x为管壁的厚度，为管壁的密度,表面活性剂,10,光降解催化剂,光催化剂的作用机理是当光照射至催化剂表面时，能量大于禁带宽度的光电子被吸收，而将价带的电子激发到导带，在半导体中产生光电子和空穴。所产生的光电子和空穴分别具有强还原性和强氧化性，与表面活性剂发生强的氧化反应，从而达到降解效果。,表面活性剂,11,主要催化剂有：,1.半导体催化剂 2.铁离子和负载型的铁系光催化剂 3.杂多酸光催化剂 4.金属酞菁光催化剂 5.复合型光催化剂 6.层状结构的光催化剂 7.络合物光催化剂,表面活性剂,12,1.半导体光催化剂,主要以TiO2和ZnO为主，原因是其难溶、无毒、成本低，几乎能降解所有的表面活性剂，生成或易降解的小分子，且光催化稳定性高等。,表面活性剂,13,虽然TiO等半导体光催化降解技术还不是很完善，但是由于反应条件温和，操作条件容易控制，氧化能力强，无二次污染，加之TiO2化学稳定性高、无毒等优点，因此仍是一种很有前景的表面活性剂降解技术。,表面活性剂,14,应用探究：纳米AgZnO光催化剂催化降解壬基酚聚氧乙烯醚TiO2光催化剂催化降解十二烷基苯磺酸钠(DBS),表面活性剂,15,2.铁离子和负载型的铁系光催化剂,由于铁离子催化分解氧化分解水体中的表面活性剂污染物(如典型的费顿反应)具有廉价、环境优化和无二次污染等特点，一直是降解的研究热点。,表面活性剂,16,应用探究：季铵盐类阳离子表面活性剂(QAC)的降解（QAC应用广泛，在日常生活中用作杀菌剂、消毒剂，防水柔软剂、浸润剂、抗静电剂等，近年来在赤潮治理中用作除藻剂。研究表明，季铵盐类阳离子表面活性剂，如季铵盐十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进入环境后，对环境微生物有抑制作用，进入污水处理系统对处理效果产生不利的影响，排人环境水体会对水体环境中有益微生物产生抑制，破坏水体的自净功能，CTAB还可抑制其它有机污染物的降解。）,表面活性剂,17,影响光催化降解的因素,目前，对光催化降解的影响因素中，除了环境因素、表面活性剂类型、浓度、氧化剂种类等，还有以下几个因素：pH值自然光源的利用催化剂的利用工艺的组合,表面活性剂,18,1.pH值,pH值对光催化的影响主要是通过影响催化剂表面特性、表面吸附和化合物存在形态来起作用。另外，pH值还可以通过改变表面活性剂的氧化还原电位，从而改变其中催化剂表面的吸附来影响反应速率。一般认为，溶液pH值处于“零电荷”时，催化活性最高。,表面活性剂,19,2.自然光源的利用,太阳光中有13的近紫外光(300nm400nm）利用太阳光中波长直至388 nm的近紫外光激发，代替昂贵的和有害的人造光源，（如水银灯(185 nm)所发出的短波波长的紫外光，）具有良好的应用前景。研究十二烷苯苯磺酸钠(DBS)在自然光照下的降解，发现DBS在江水中的降解速度比在纯水中快。,表面活性剂,20,3.催化剂的改进,通过对光催化剂的表面修饰，提高激发电荷的分离，抑制载流子复合以提高量子效率，扩大其吸收光的波长范围、改变产物的选择性或产率，提高光催化剂的稳定性。另外，将光催化剂纳米化也有利于其光催化性能的提高。,表面活性剂,21,4.工艺的组合,表面活性剂的降解有其复杂性和多样性，单一处理方法往往达不到处理含有多种表面活性剂和有机污染物的预期目的。近几年，将光催化降解与超声波、微波、生物降解等技术联合起来，进行工艺优化组合，特别是对于那些有毒、难生物降解的有机污染物的后续深度处理，取得较好的处理效果。,表面活性剂,22,发展前景,由于光催化降解是近30年发展起来的新研究领域，现在还基本停留在理论研究阶段，实际应用很少，而我国对这方面的研究还刚刚起步。从国外研究的趋势来看，我国今后表面活性剂生物降解性方向主要集中在以下几个方面：,表面活性剂,23,1)通过对光降解催化剂的表面修饰，载体的固化，提高光降解催化剂的催化活性和选择性。2)反应装置是使半导体催化降解由理论变为现实的必要技术手段，研究新型的反应装置，提高光的利用率，以提高降解效率。3)目前对许多表面活性剂的光催化降解机理尚不清楚，仍需进一步研究。,表面活性剂,24,参考文献：,衷平海 表面活性剂原理与应用配方 江西科技出版社赵世民 表面活性剂原理、合成、测定及应用 中国石化出版社张天胜 表面活性剂的应用技术 化学工业出版社王培义 表面活性剂合成、性能、应用 化学工业出版社杨丽娟 表面活性剂生物降解和光降解技术研究进展 精细化工胡应燕等 表面活性剂光催化降解的研究进展 日用化学品科学,表面活性剂,25,E,N,D,
