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光催化原理及應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2016-10-17 瀏覽量：5097
氙燈光源
導(dǎo)言：
現(xiàn)在，全球性環(huán)境污染疑問遭到廣泛注重。光催化反響可對(duì)污水中的農(nóng)藥染料等污染物進(jìn)行降解，還能夠處理多種有害氣體；光催化還可使用于貴金屬收回、化學(xué)組成、衛(wèi)生保健等方面。光催化反響在化工、動(dòng)力及環(huán)境等范疇都有寬廣的使用前景。這篇文章論述了首要光催化劑類型及光催化技能的使用研討成果。
光催化機(jī)理：
半導(dǎo)體資料在紫外及可見光照射下，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并推進(jìn)有機(jī)物的組成與分化，這一進(jìn)程稱為光催化。當(dāng)光能等于或超越半導(dǎo)體資料的帶隙能量時(shí)，電子從價(jià)帶(VB)激起到導(dǎo)帶(CB)構(gòu)成光生載流子(電子空穴對(duì))。
在缺少適宜的電子或空穴捕獲劑時(shí)，吸收的光能由于載流子復(fù)合而以熱的方式耗散。價(jià)帶空穴是強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子是強(qiáng)還原劑。大多數(shù)有機(jī)光降解是直接或間接使用了空穴的強(qiáng)氧化才能。
例如
TiO2是一種半導(dǎo)體氧化物，化學(xué)安穩(wěn)性好(耐酸堿和光化學(xué)腐蝕)，無毒，廉價(jià)，質(zhì)料來歷豐富。
TiO2在紫外光激起會(huì)發(fā)生電子－空穴對(duì)，銳鈦型TiO2激起需求3.2 eV的能量，對(duì)應(yīng)于380 nm擺布的波長(zhǎng)。光催化活性高(吸收紫外光功能強(qiáng)；能隙大，光生電子的還原性和和空穴的氧化性強(qiáng))。因而其廣泛使用于水純化，廢水處理，有毒污水操控，空氣凈化，滅菌消毒等
范疇。
首要的光催化劑類型：
1 金屬氧化物或硫化物光催化劑常見的金屬氧化物或硫化物光催化劑有TiOZnWO3Fe2O3、ZnS、CdS和PbS等。其間，CdS的禁帶寬度較小，與太陽光譜中的近紫外光段有較好的匹
配性，能夠很好地使用自然光源，但容易發(fā)生光腐蝕，使用壽命有限。TiO，具有催化才能強(qiáng)、化學(xué)安穩(wěn)性好、無毒、報(bào)價(jià)低一級(jí)長(zhǎng)處，是現(xiàn)在研討和使用廣泛的光催化劑。為進(jìn)步金屬氧化物或硫化物光催化劑的催化功能，可對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)飾改性。
1)外表潤(rùn)飾的光催化劑：
外表潤(rùn)飾的方式首要有堆積貴金屬、摻雜過渡金屬離子和半導(dǎo)體的復(fù)合等。
Et本國立領(lǐng)先工業(yè)科學(xué)技能研討院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，固態(tài)組成的鋼鉭氧化物半導(dǎo)體用鎳摻雜后制成的In1-x 一NixTa04( x為0～0
2)催化劑
禁帶寬度為1．23eV，可吸收可見光，顯著加速水的分化。用N摻雜的TiO 光催化劑TiO2-x一Nx關(guān)于可見光下亞甲基藍(lán)和乙醛的光催化降解具有很高的活性，摻雜的N在TiO，中的取代位使光催化劑的禁帶寬度顯著降低，光催化活性大大進(jìn)步 j。還有研討者提出用染料潤(rùn)飾TiO2來改進(jìn)其光催化活性。2)納米資料光催化劑：當(dāng)催化劑粒度在1nm～lOnm時(shí)，呈現(xiàn)納米資料的外表效應(yīng)和量子效應(yīng)，催化活性進(jìn)步。
納米催化劑還具有可見光透過性好、光吸收才能強(qiáng)、耐熱性好、耐腐蝕和無毒等長(zhǎng)處。ZnO作為一種主要的光催化劑，是少量能夠完成量子尺度效應(yīng)的氧化物半導(dǎo)體資料之一。井立強(qiáng)等研討標(biāo)明，ZnO超微粒子在光催化降解苯酚的進(jìn)程中比產(chǎn)品ZnO的光催化活性高得多。
3)負(fù)載型光催化劑：負(fù)載型光催化劑避免了光催化懸浮體系中催化劑難別離收回的疑問，從而完成接連安穩(wěn)操作。負(fù)載辦法能夠是在基質(zhì)上制成催化劑膜，或催化劑以微粒狀吸附負(fù)載于載體上。
4)微波等離子體處理的光催化劑：用微波等離子體處理光催化劑的進(jìn)程，是使用微波等離子體中的分子離解成化學(xué)性質(zhì)非常生動(dòng)的原子或原子團(tuán)，與光催化劑間進(jìn)行化學(xué)物理作用的進(jìn)程。Martin等指出，用等離子體化學(xué)氣相堆積法制備的以玻璃珠為載體的TiO2，膜膜層厚度均勻，有細(xì)密性和杰出的粘附性，對(duì)乙二酸水溶液的光催化降解有較高的功率。
李振旦等¨叫將微波輻射技能用于制備固體超強(qiáng)酸SO42 ／Ti2，催化劑。與慣例加熱法比較，微波加熱制備的SO42-／TiO2催化劑使乙烯的光催化氧化分化反響的量子功率大大進(jìn)步。 1．2 分子篩光催化 分子篩是一種高效、高選擇性的光催化劑載體，在分子篩的納米微孔反響場(chǎng)里有通常光催化體系難以完成的光催化功能。