纺织行业大气污染校级重点实验室申请书.doc

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1、纺织行业大气污染校级重点实验室申请书 申 请 人：邢景花 院 系：环境工程学院 专 业：建筑环境与设备工程 班 级：建环11202 申请项目：纺织行业大气污染实验室 指导老师：赵 然 日 期：二零一四年五月十日目 录一个人意愿二自我认知三光催化协同脱除多种污染物综述四等离子体协同脱除多种污染物综述五实验报告设计个人意愿 “追求优秀”是我的姿态，“勤奋刻苦”是我追求优秀的态度，但我深知鸟儿没有翅膀，再怎么努力飞翔，永远也飞不到高空！我要优秀，我想优秀，我需要一个可以锻炼自己的平台，老师您的实验室、您给我们的机遇，正给了我这个平台、这个机会。我一定要尽我最大的努力争取这次机会，只因为我想优秀，我要

2、优秀！我自愿申请加入您的实验室，我知道我目前知识及阅历都很浅显，可能在一开始会增加您的负担和压力，给您带来麻烦；但我坚信，世上无难事只怕有心人！来自农村，家里的农活几乎都会干，我也愿意干 ；吃苦耐劳，我真的敢言我做得到，吃得苦中苦，方为人上人！如果有幸加入您的实验室，我一定会全力以赴学习各种实验需要的技能，虚心向他人学习，团结队员等！我相信我在您的带领下一定可以变得更加优秀，提升自我！自我认知我的座右铭：where there is a will ,there is a way ! 性格：爱笑，直率，乐于助人，有时有点多愁善感，对自己要求严格做事原则：只有更好，没有最好，要做就做更好！什么时候

3、做什么事，什么事什么时候做。身为环境工程学院的学子，我感到无限的骄傲与自豪！回首进入大学这一年半以来，我已明显感觉到自己在各方面所取得的进步。秉承着 “崇真尚美”的校训，在严谨的学校氛围中，自己正在稳步前进，不断向着自己的理想接近！作为一名大学生我深深知道，当今社会竞争如此之激烈，要想成长为一个对社会、对国家、对人民有用的人，必须坚持德、智、体等各方面全面发展，品学兼优，综合素质过硬，且有所专长的人。也正是如此，进入大学以来，我始终严于律己，在各方面严格要求自己，向着既定目标不断努力奋斗！现将本人基本情况介绍如下：一、思想进步紧跟党走大学是人生成长的重要阶段，我特别注重思想的发展和成熟，培养正

4、确的人生观、价值观和世界观，提高自己的思想政治觉悟。一直以来我都积极向党组织靠拢，大一时我就递交了入党申请书，并努力学习党的理论知识，大二上学期经过入党答辩、写思想汇报等项目积极向党组织靠拢，现在已经是一名预备党员；我时刻以共产党员的标准来要求自己，时刻以先进正确的思想和理念武装自己的头脑，永记党的宗旨，现在全心全意为同学服务。在平时学习、工作和生活中更是严格要求自己，力争做到工作中任劳任怨，生活中艰苦朴素,时时处处在同学中起表率作用。二、学习刻苦，成绩比较优秀（天道酬勤）我始终牢记：学习是学生的第一要务。在过去的一年中，因为我来自一个偏远的农村，普通话比较差，带有家乡口音；课外知识比较薄弱；

5、来到大学这个神圣的殿堂，这里有着丰富的师资和优越的生活学习条件，我更加刻苦学习，同时博览群书，拓宽知识面。“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。”在老师、同学们的指导和帮助下，我取得了比较理想的成绩：在20122013学年，专业综合排名第一，获国家励志奖学金、荣获福田励志奖学金和学校“三好学生”称号并在党课学习中荣获党课优秀学员。三、工作比较出色，认真负责（吃得苦中苦，方为人上人）学习之余，我在大一一年里担任武汉纺织大学绿色环保协会通讯部干事，大一上在班上竞选团支书失败，尽管如此，我还是积极参与班上活动，记得那时候的元旦晚会还是我负责的，协助班委建设班级；大一下学期我担任副班长，平时积极协助班长和

6、各大班委，值得一提的是在大一下学期期末复习备考中，我自己联合其他班委总结知识点给全班同学复习，给他们答疑；工作中我认真勤恳的做好自己的本职工作，虚心向别人学习，以全心全意为同学服务为自己的宗旨和热心诚恳、乐观向上的工作态度认真做好每一件任务。在班长、班委和我的带领下我们班在大二学年被评为系先进班级，此外，我还积极参加学校组织的各项活动，有：阳光义务卖报，跳长绳比赛，三人跳绳比赛，跳远，履带式移动，拔河其中获得履带式移动校二名，红歌会校三等奖，院英语话剧最佳团体奖，方正队校二等奖，拔河院第二等奖。校外活动也积极参与，有“百万青年追逐中国梦”、“都市环保设计大赛”、“江城市民记者植树活动”，现在担

7、任建环11202班班长，绿色环保协会设计部部长。我知道这是老师和同学们对我的信任以及对我工作能力的进一步考验，我将继续以饱满的热情和不懈的努力，争取出色的完成院、系和班级的各项工作。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。在未来的生活中，我将以百倍的信心和万分的努力去迎接更大的挑战，用辛勤的汗水和默默的耕耘谱写更美好的明天！光催化协同脱除多种污染物综述光催化的定义：光触媒PHOTOCATALYSIS是光 Photo=Light + 触媒（催化剂）catalyst的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生

8、催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。最具代表性的例子为植物的光合作用，吸收二氧化碳，利用光能转化为氧气及有机物。催化反应光触媒的作用抗菌性： 杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓杆菌、病毒等。空气净化：分解空气中有机化合物及有毒物质：苯、甲醛、氨、TVOC等。光催化水产氢试验系统除臭 ：去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭。防霉防藻： 防止发霉、防止藻类的产生, 防止水垢的附着。防污自洁：分解油污、自清洁。光触媒的特性.安全性作为食品药品

9、添加剂，经过美国FDA认证，使用非常安全（需要说明的此处应该指微米及以上尺度的二氧化钛，其他材料的光触媒或是更小尺度的二氧化钛的安全性并未得到严格认证）。.持久性由于光触媒只是提供了反应的场所，它本身并不参与化学反应，所以它的作用效果是持久的（在存在大量矿物质的情况下，也存在钝化的可能。比如对硬水处理是可能发生碳酸钙等水垢沉积时作用效果会很快下降）。低温等离子体: 催化协同降解挥发性有机废气挥发性有机物(简称VOCs)种类繁多，分布面广，是继颗粒物二氧化硫和氮氧化物之后又一类不容忽视的大气污染物挥发性有机物,有机废气排放到大气中会引起光化学烟雾臭氧层破坏等环境问题；大部分的VOCs还具有毒性刺

10、激性甚至致癌作用，对人体健康造成严重的危害;为了应对有机废气对环境和人体健康日益严重的威胁，寻找一种经济的高效的VOCs降解技术刻不容缓!等离子体是由光子电子基态原子（或分子）激发态原子（或分子）以及正离子和负离子六种基本粒子构成的集合体；利用这些高能粒子，可以将挥发性有机物的结构破坏，使其最终分解生成CO2和H2O以及其他小分子化合物!低温等离子体处理挥发性有机废气，与传统方法相比具有很多优点，但由于等离子体降解过程某些副产物选择性的不可控，可能会产生一些有害产物（如臭氧一氧化碳氮氧化物等），造成二次污染在等离子体反应体系中引入适当的催化剂，可以选择性地与中间副产物发生反应，从而有效控制反应

11、产物的生成与分布，增加CO2的选择性，提高能量效率；目前国内外学者对低温等离子体-催化协同技术的研究主要集中在反应的影响因素以及反应机理两个方面!本文分别从反应器催化剂以及背景气体等方面总结该技术处理挥发性有机废气的研究进展，并探讨低温等离子体-催化协同降解VOCs 的机理! 协同降解VOCs的影响因素：氧气的浓度：当反应系统中氧气含量增加时，高能电子与氧气分子碰撞产生更多的O自由基，引发更激烈的自由基反应；但同时高能电子会与氧气分子发生电子附着反应而不利于VOCs的降解；普遍认为，氧气浓度较低时，氧气浓度的提高有利于VOCs等的降解；ogata等研究发现，当 氧气浓度小于5%时，苯的降解率以

12、及 产物中的CO2选择性均随着 O2浓度的增加而增加；而当O2浓度在5%30%范围内时，苯的降解率以及CO2选择性基本保持不变! 大连理工大学高月华研究了不同氧气浓度下等离子体协同CeO2催化剂降解甲醛的副产物，结果表明，副产物 N2O的浓度随着 N2/O2比值的减小而降低；与在空气气氛下放电相比，纯氧气氛下放电可以减少副产物N2O 和CO的生成。湿度：与氧气的影响类似，背景气体中水蒸气的存在也会同时对的协同VOCs降解产生正效应与负效应!水含量的增加，一方面可以提高反应体系中-OH自由基的数量，但同时由于水的电负性会导致低温等离子体中高能电子的丧失，水汽也可能会覆盖在催化剂表面使得催化剂的催

13、化活性下降，两种效应之间相互竞争Ding等研究发现，当水含量由 0%增加到 1%时，甲醛降解率略有增加，显示出微弱的正效应；当水含量继续增加时，甲醛降解率显著下降，显示出明显的负效应!宋华等利用非平衡等离子体协同光催化降解苯，实验表明，湿度的增加降低了苯的降解率，特别是在低能量密度时，负效应更为显著，但水蒸气的加入可明显提高碳平衡值，降低 O3的生成量!协同降解VOCS的作用机理低温等离子体降解 VOCS的原理低温等离子体在废气净化过程中常常由气体放电产生!一般认为，在外加电场的作用下，高压放电产生大量的高能电子，高能电子与气体分子（O2和H2O等）发生碰撞产生-O和-OH等活性自由基，进而与

14、受等离子体作用而电离离解或激发的VOCs分子发生一系列复杂的等离子体物理和化学反应，使有机废气最终得到降解!氮的亚稳态以及氮的高振动激发态也可以直接与VOCs分子碰撞或通过与 O2和H2O等分子碰撞产生活性自由基进而发生自由基反应降解有机废气；张静等对介质阻挡放电脱除甲醛进行了化学动力学模拟，模拟结果显示，在模拟空气条件O原子和-OH自由基是甲醛脱除的主要活性粒子，其中-OH自由基的作用更为突出；而在氮气气氛中，氮的亚稳态则是甲醛脱除的主要物种!低温等离子体与催化剂的相互作用1.低温等离子体对催化剂的激活作用低温等离子体中电子温度高达上万开尔文，催化剂在这种高温度的化学场中受各种高能粒子的轰击

15、，其物化性质很可能会发生变化，从而被激活!等离子体激活催化剂的机理因催化剂的不同或者催化剂引入位置的不同会有所差别!等离子体可能直接作用于催化剂的活性中心，降低反应的活化能从而激活催化剂参与反应；也可能扩大催化剂活性组分的分布，使催化剂形成更多的活性中心从而有利于催化反应的进行;等离子体在低温下所产生的活性氧物种可以促使催化剂中的金属离子在氧化吸附态污染物的过程中完成氧化-还原循环，这种氧化-还原循环的催化协同模型在 Ding等的实验中已得到验证;经等离子体作用后，催化剂的金属分散度提高，催化剂表面的积炭会减轻，从而使得催化剂能在长时间内保持着较高的活性。2.催化剂对等离子体物化性质的影响No

16、zaki等在 SiO2催化剂上负载 Ni后填充到等离子体反应器中，通过发射光谱诊断得知，等离子体的转动温度保持不变，但振动温度发生明显的变化;催化剂填充到等离子体区域后，在催化材料空隙间可以产生微放电现象，从而改变高能电子的分布状态，提高等离子体的作用效果!铁电体材料的填充可以提高区域放电强度，增强等离子体的氧化性;光催化剂激活产生导带电子，能提高等离子体的电离度，并能降低气体放电的起始电压;多孔性催化剂能富集VOCs( 分子，还能吸附等离子体放电产生的大量短寿命活性物质或在放电前就吸附了有利于产生高活性自由基的物质，当放电产生时造成局部的自由基富集，从而强化微孔结构表面的多相降解反应，提高有

17、机废气的降解效果。2光催化氧化法在脱硫方面的应用2.1光催化天然气脱硫天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数。天然气中的硫以H2S,COS, CH3 SH , CH3 SSCH3等形式存在，其中以H2S和少量有机硫为主oar，所以天然气脱硫的研究多集中在H2S上。 2004年，郭建辉等o在Ti02上进行了气相H2S光催化氧化消除的实验，发现H2S的光催化消除过程中氧的存在至关重要，对含量为560mg /m3的H2S，当加入的氧气与原料气中H2S的分子比为42:1、空速为28000h一时，H2S去除率可达97%。该方法有一个很大的优势就是单质硫的产生虽使Ti02失活，但

18、经过光照后的硫会转化为SO:一，反应过程中SO:一的生成对催化剂的中毒有抑制用，从而使Ti02活性恢复。Kat。等Czo将Ag负载沉积在超细Ti02上，极大地提高了其光催化脱H2S的光催化活性，他们通过将Ti02粉末浸渍在多孔陶瓷上并用光沉积的方法制备Ag一Ti02光催化剂(AgCF)，其光催化降解H2S的效率比使用传统光催化剂的效率提高了7倍，降解CH3 SH的能力提高了14倍，H2S中的S原子被氧化成硫酸根离子堆积在催化剂表而，在光催化氧化硫化物的过程中沉积的Ag起了共催化剂的作用。光催化对H2S起到了较好的降解作用，随着该技术的不断进步，学者们开始注重将H2S分解为可回收的氢气和硫磺的新

19、途径。Nam。等z在不同的20 %氨基乙醇(甲醇胺、二乙醇胺，三乙醇胺)水溶液中，采用悬浮TiOz,CdSe和CdS半导体材料光催化H2S分解制氢。通过在30一80内测定光催化产生氢气的速率来试图改进在这个系统中光分解H2S的效率。研究表明，Ti02/甲醇胺体系比其它体系具有更高的效率且半导体Ti02比其它半导体(CdS。和CdS)需要的活化能更低。张谊华等Czz以连续流动H2S气体系统，在室温条件下研究了用Xe灯照射含有催化剂的NaOH水溶液把H2S光催化分解为H2和元素S的反应，他们分别采用CdS, V205 /Ti02 , V205 /A1203为催化剂，考察了产氢量与介质中NaOH含量

20、及光照时间的关系，结果表明连续通入H2S气体进行光催化分解的方法是可行的。2.2光催化油品脱硫 轻质油品主要指汽油、柴油和煤油。直馏汽油含硫量较少，大约为80,g/g，大部分属于不同类型的硫醇和少量的硫化氢、曝吩及其烷基取代物，而催化裂化(FCC)和重油催化裂化(RFCC)汽油中含硫量较高，约在500 1600,g/g之间，其中70%以上为曝吩、烷基取代的曝吩。柴油中的硫以沸点更高的含多个烷基取代的苯并曝吩、二苯并曝吩(DBT) ,p吩类硫化物为主，总含量在5000,g/g左右。煤油中则主要是硫醚、硫醇类硫化物。其中硫醚、硫醇的脱除相对较容易，而曝吩、苯并曝吩类硫化物的脱除是难点Cz3 . z

21、a 7。到目前为比，轻质油品的光催化脱硫主要通过光化学反应和液液萃取结合来完成。光催化汽油硫脱Shiraishi等Czs通过可见光诱导有机物两相萃取体系对FCC汽油、轻汽油进行了脱硫研究。在适当条件下，汽油与乙睛溶液混合后被光照射时，含硫化合物可很好地从汽油中转移到乙睛溶液中，通过光诱导电子转移而被氧化，再经过有机物两相萃取使汽油中硫的质量分数从100 x10-6降低到30 x 10-6，轻汽油硫的质量分数从0. 18%降低到0. 005 %。虽然汽油中存在大量烯烃，但烯烃几乎不被光氧化，这是因为它们的荧光碎灭速率很小，因此脱硫后的汽油和进料汽油有同样高的辛烷值。Shiraishi等Cze又以

22、加氢脱硫中最难脱除的DBT为模型化合物，研究了Ti02作光催化剂时的脱硫情况。将100mg Ti02加到400mL 0. Olmol/L的DBT/乙睛溶液中，用超声波降解15 min，利用磁力搅拌及通入氧使溶液保持悬浮状态，光源采用45 0 W高压汞灯。结果表明，DBT反应lOh后，转化率为75%产物中亚飒占50%飒占47 %。由于DBT的最大吸收波长为206.5 256.8nm，而45 0 W中压汞灯发射的波长是296. 7 578. Onm。因此产物是通过引发Ti02的带隙激发而不是通过反应物产生的 赵地顺等z以FCC汽油中含硫化合物曝吩的光敏化氧化反应为例进行了实验，实验中双氧水体积分数

23、为25% FCC汽油与双氧水体积比为1:3，总体积为120 mL，加入0. 20 g十六烷基三甲基嗅化按，在光源为主波长365 nm的300 W中压汞灯的照射下，以7000r /min高速均质Smin, pH为4、光照10 h的条件下反应，产物为亚飒或飒，飒继续氧化为SO:一以达到脱除目的，FCC汽油脱硫率可达91. 20%脱硫后的双氧水及光敏剂可以重复使用，不会造成二次污染。 李发堂等Cza以非离子型表而活性剂，span0为改性剂，在乙醇中对合成的纳米TiOz进行了表而改性，并研究了其在水/油两相系统中光催化氧化FCC汽油脱硫。结果表明，纳米TiOz表而有span0存在，并能稳定悬浮存在于油

24、相中，在水/油体积比为1 :1、亲油性纳米TiOz加入量为lg/L的条件下，以5 00 W高压汞灯为光源照射2h后，FCC汽油的脱硫率为92.8 % o2. 2. 2光催化柴油脱硫Shiraishi等z进行了柴油中的苯并曝吩与DBT的脱除实验。溶于十四烷的苯并曝吩与DBT在高压汞灯的照射下分解，所产生的含硫化合物被移到水相中。由于DBT从光激发态到基态蔡的三线态能量转移，蔡的存在显著抑制了从轻油中去除DBT的过程。为了解决蔡的副反应，加入了三线态光敏剂(BZP)或过氧化氢。只在轻油相中加BZP不能提高脱硫率，而过氧化氢可作为光激发态弱氧化剂，在水相中加过氧化氢利于DBT的脱硫。而且，过氧化氢在

25、吸收短波紫外线光(入 280nm)后可光分解，这对于DBT的直接光激发很有必要。 日本污染和资源国家研究院、德国Tuhingen大学等单位以各类有机硫化物和含硫粗汽油为对象，用紫外光照射脱硫。根据不同分子结构，其脱硫率可达20 80%。产物有烷烃、烯烃、芳烃以及硫化物或元素硫。若在光照同时通入空气的条件下，可使脱硫率提高到60一100 %。白石康浩等.研制出一种利用液掖抽提和光化学反应的柴油深度脱硫方法，包括柴油znz水溶液、柴油有机溶剂(如乙睛)两种体系的光照脱硫过程。研究结果表明，14甲基二苯并曝吩(1 4VIDBT)和4,6甲基二苯并曝吩(46VIDBT)用光脱硫法很容易除去。前一体系经

26、光照24 h柴油含硫量降SOO,g/g;在后一体系中，用乙睛抽提出含硫组分，光照2h和4h,柴油含硫量分别降至S500,g/g和SO,g/go等离子体协同脱除多种污染物综述等离子体定义：等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。物质由分子组成，分子由原子组成，原子由带正电的原子核和围绕它的

27、、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”，因此人们戏称它为离子浆，这些离子浆中正负电荷总量相等，所以就叫等离子体。离子效应：电离层由大气的球面组成，其中带有已经被太阳辐射而电离的离子，这就是等离子体区，形成不同离子密度的层D、E、F1、F2。在航天器重返大气时，由于摩擦产生的高温在器表面形成了很浓密的等离子体，这些电子密度足够高时，会致使等离子体频率非常高（一般为8MHz），因此地面和航天器

28、的通信被阻断，直到它的速度降下来才恢复通信。等离子体主要应用当光打在金属表面时，二维光或是等离子体就会被激发。等离子体可以被看作是光子和电子的连接。可以建立一个混合原则，由光转变成的等离子体在金属表面传播时（该等离子体的波长比原始光波的波长小的多）；等离子体能被二维光学仪器（镜子、波导、透镜等）处理，等离子体能再次转变成光或者电信号。等离子体传感器和癌症治疗仪：NaomiHalas描述了等离子体怎样激发小金属层表面的，米粒形状的粒子能量很大，做光谱学试验的光是微分子数量级。等离子体在米粒状粒子弯曲顶端处等离子体电场比用来激发等离子体的电场强很多，并且它在很大程度上改进了光谱的速率和精确性。换一

29、种说法，纳米数量级的等离子体不仅可以用来鉴定，还可以用来杀死癌细胞。等离子体显微镜：IgorSmolyaninov报道称他和他的同事能够拍下来空间分辨率在60nm的物体（如果是实用材料，分辨率能达到30nm），而用激光激发只能达到515nm。换句话说，用这种分辨率制造的显微镜会比平常使用的衍射方法好的多；而且，这更是远场显微镜光源不用放在少于光波长的范围内。巨大光极化和光传输：GennadyShvets报道当表面的声子被光激发来制造超棱镜（用平板材料透镜化）显微镜是红外线光显微镜波长的二十分之一。他和他的同事能拍下样品表面下的特征，他们称为“巨大的光传输”，照射到表面的光比一般光的波长小的多。

30、光频率的未来等离子体电路：NaderEngheta支持等离子体激发的纳米粒子能够被设计成纳米数量级的电容，电阻，和感应器（电路中的各种元素）。电路能够接收广播（1010Hz）或者是微波（1012Hz）的频率，而该电路却能达到光频率（1015Hz）。这就能实现小型化以及用纳米天线探测光信号的过程，纳米波导，纳米传感器，并且还有可能实现纳米计算机，纳米存储，纳米信号和光分子接口。等离子体主要用于以下3方面。等离子体冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和Ti

31、Cl中分别等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好，可免除容器材料的污染。等离子体喷涂：许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可大大提高喷涂质量。等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金。特点是焊缝平整，可以再加工没有氧化物杂质,焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金，切

32、割厚度大。实验报告设计实验背景：在21世纪的社会，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，水和空气作为人类最宝贵的资源已日益受到重视。开发一种简便有效的方法来治理水体污染和大气污染是人类社会一个急需解决的问题。虽然目前已经有许多治理手段， 但是光催化（等离子体的离子效应）处理有机污染物的技术由于其价廉，无毒，节能，高效的优势逐渐成 为各界人士研究的重点，光催化的研发也一跃成为当前国际热门研究领域之一。 实验目的：1.了解光催化的定义，光催化作用的原理，光催化的应用领域，光催化的应用条件；2.学习并掌握等离子体的定义、作用机理、应用环境、应用领域。3.认识和应用光催化和等离子体相关机械，并学会如何

33、使用。实验仪器：光催化水产氢试验系统等离子体实验原理：光催化反应，低温等离子体-催化协同降解挥发性有机废气，光催化脱硫机理（详细实验原理见上述的光催化协同脱除多种污染物综述等离子体协同脱除多种污染物综述）实验内容：1. 准备实验器材和试验用的药品及光催化反应器械，等离子体低温催化协同脱除多种污染物器械，构造合适的实验环境，实验条件。2. 查找相关资料，仔细研究多种污染物的化学组成成分，然后利用光催化反应进行实验。半导体多相光催化技术起源于上世纪七十年代，自1972 年日本学者Fujishima 和Honda发现TiO 2 单晶能光电催化分解水以来，光催化氧化还原技术，在污水处理、空气净化、抗菌

34、杀毒、太阳 能开发等方面具有广阔的应用前景，受到世界各国的广泛关注，并得到了迅速发 展。大量研究证实:染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等许多难降解或用其它方法难以去除的有机污染物都能够通过光催化氧化反应有效的降解、脱色、去毒，并最终完全矿化为CO 2 、H 2 O 及其他无机小分子物质，达到完全无机化的目的，从而消除对环境的污染 。 近年来，光催化技术处理环境污染的已经广泛应用，特别是在气相催化研究 方面也取得了一定的成效。针对目前比较受关注的室内墙体涂料挥发出的一些有机污染物，如苯，甲苯，甲醛等芳香族有机物，它们对人体有较大危害，极大的影响了空气的质量和人体的健康。而利用光催

35、化技术处理这类有机污染物具有反应速度快，光的利用效率高，不会产生二次污染等优点。不仅如此，对农药、工 业制造、消毒防腐、建筑材料等产生的挥发性有机物也具有较好的光催化活性。 光催化氧化技术应用于降解空气中的挥发性有机污染物的过程已经成为最 理想的治理环境手段之一。Salthammer 等 研究了气相光催化技术在处理目前室 内墙体材料污染方面的应用, 其高效的催化性能使越来越多的关于墙体材料的 有机污染的催化应用受到关注。利用光催化氧化技术能降解大部分的污染物, 包括臭氧等强氧化剂无法氧化的难降解物质和其他方法难以去除的痕量污染物3. 人们发现了各种有机废气，从其所包含的元素划分，目前主要有 以

36、下几种:芳香族有机物，含硫有机物，含氯有机物，含氮有机物，各类醇，醛 等有机物。芳香族有机物主要是分子结构中包含有苯环的一类物质。在目前的光 催化实验研究中，芳香族有机物已经成为重要的目标污染物之一。很多学者多苯， 甲苯，丙酮等气相有机物的光催化降解进行了研究。 在环境污染日趋严重的现代社会，TiO 2 光催化降解有机废气技术具有广泛 应用前景，其能耗低，易操作，而且安全清洁等优势使得光催化技术在未来的环 境治理中扮演着重要的角色。4. 光催化反应机理 ： TiO 2 +hTiO 2 +h + +e - h + +e - 热量 H 2 O H + +OH - h + + OH - OH h +

37、 + H 2 O + O 2 OH+ H + +O 2 - h + + H 2 OOH + H + e - + O 2 O 2 - O 2 - + H + HO 2 2HO 2 O 2 +H 2 O 2 HO 2 + H 2 O + e - H 2 O 2 + OH - H 2 O 2 + e - OH + OH - 一般的光催化反应就是利 用催化剂产生的极其活泼的羟基自由基(OH)，超 氧离子自由基 (O 2 - )等活性物质将各种有机物污染物直接氧化为 CO 2 、H 2 O 等无机小分子。5.催化剂制备。6.提高TiO 2 光催化剂活性的途径因为具有光催化活性高，价廉，无毒，稳定等优点，

38、TiO 2 光催化剂在光催化领域的应用具有非常广阔的前景。但是因为它吸收太阳光的波长范围太窄，量子效率又低，从而阻碍了其在环保方面的应用。因此，我们通过对 TiO 2 光催化剂 进行改性，提高其光催化活性。1.贵金属沉积 将贵金属或贵金属氧化物负载在光催化剂半导体颗粒表面可以提高其光催化活性。这是由于光催化半导体的费米(Fermi)能级与贵金属的存在很大不同，在他们的表面相互接触时，经常会有电子由光催化半导体表面运动到贵金属表面，直到两者的费米能级相等时为止。在它们表面积接触后，它们之间形成一个短路的微电池，其中半导体表面上会存在多余的正电荷，贵金属表面将存在多余的负 电荷。研究证明，Pt、A

39、g 等贵金属能够有效捕获光生电子，从而有效的抑制电 子和空穴的复合，大大增大光催化反应的降解速率。其中应用最广泛的是在半导 体催化剂表面负载 Pt。2.离子掺杂 通过对 TiO 2 光催化剂进行离子(一般为稀土金属离子、过渡金属离子和无 机官能团离子等)掺杂，可以使 TiO 2 对光辐射的响应波长扩展到可见光区域， 从而提高了其对太阳光的利用率。其原因是过渡金属元素存在多种化合价，当少 量过渡金属离子进入到 TiO 2 晶格中后会在其晶体中形成缺陷并改变其结晶度， 变成光生电子一空穴对的浅势捕获阱，这些浅势捕获阱会捕获光生电子从而使光 生电子与光生空穴的复合时间延长，而且还会让 TiO 2 纳

40、米晶电极呈现出 p-n 型 光响应共存现象，减小光生电子空穴对复合几率。3.表面光敏化及表面络合物作用 光催化半导体的表面光敏化作用是让光活性化合物通过物理化学吸附使其 附着在氧化锌半导体光催化剂的表面，在紫外可见光的辐射下，这些化合物具有 很大的激发因子，它们在吸收光子后会受到激发生成自由电子，自由电子会运动 到 ZnO 导带，从而被溶解的 O 2 捕获形成 O 2- ，从而扩大半导体光催化剂对光的 响应范围，提高光催化降解反应对太阳光的利用效率。一般我们所用的光活性化 合物大多是光敏有机染料，这些光敏染料分子的吸附功能基团会与光催化半导体 催化剂相互作用，从而在染料分子和半导体表面之间出现电性耦合，从而最终达 到地电荷转移的目的7.先利用电脑进行数据模拟仿真，然后进行实验；记录实验数据，对实验数据进行数据处理和分析；最后应用专业知识找到最佳的光催化的催化剂来协同脱除多种污染物。8.实验结果记录与分析例如：不同催化剂在光催化协同脱除多种污染物实验对脱除污染物效率的影响催化剂名称实验次数ABC1234提高TiO 2 光催化剂活性的途径试剂名称试验次数某种贵金属离子掺杂表面光敏化及表面络合物作用1234