包信和的化学氧化及光催化氧化.pptVIP

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。 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。 3.1 染料废水 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。 3.2 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。