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光催化技術的應用

點擊:199時間:2019-10-15 14:38:47 來源: 創始人

1、 光催化在環保方面的應用

1)有機污染物的處理:光催化反應能分解多種環保上關注的有機物,還可消毒、脫色等。值得一提的是,光催化能將許多物質降解得十分徹底,最終產物除了CO H2O外,初始污染物中含有的鹵素、硫、磷和氮等分別被轉化為X-SO42- PO43- NO3-等無機鹽離子,大大減輕甚至完全消除了危害性。

2)無機污染物的處理:光催化能夠解決汞、鉻、鉛等重金屬離子的污染問題。劉森等 以ZnOTiO?為催化劑,以日光為光源,利用ZnOTiO? 的協同光催化作用對電鍍含鉻廢水進行處理,使cr6+離子還原為Cr3+離子,再以氫氧化物形式除去后者,從而達到治理的目的。光催化過程同樣能夠處理其他污染性金屬。光催化還可降解氰化物等劇毒污染物 ” 。另外SO42-NO3-等有害氣體均可吸附于光催化劑表面,并在光的作用下轉化。

2 、金屬催化劑的制備和貴金屬的回收

光催化過程除了用于治理重金屬污染外,還可借助其催化還原能力,用于金屬催化劑的制備和貴金屬的回收。

1)金屬催化劑的制備:Herrmann等研究表明,在銳鈦礦型TiO?的作用下,H PtC1 溶液首先按方程(1)的反應在TiO?表面沉積出單個的Pt原子¨ ,然后以此為生長點,Pt離子按方程(2)逐步被還原生成單質金屬微粒,得到性能改進的負載型催化劑PtTiO?

Pt+2H20一→Ptu+4H +O (g) (1)

Pt4++ 一→Pt4+ 一→Pt24+一→Pt2 Pt34+ 一→…一→Ptm 2

PtPdRhAuAgIr等貴金屬的鹽溶液出發,均可在光催化作用下在TiO?ZnOWO 等表面沉積出金屬顆粒,或制成由半導體化合物負載的Pf RhAgRhPtPd等雙金屬催化劑。

2)貴金屬的回收:利用光催化反應沉積金屬離子可實現貴金屬的工業提取,例如從銀離子溶液中經類似于(1)的反應提取金屬銀。光催化提取貴金屬適用于處理常規方法無能為力的極稀溶液,用較簡便的方法使金屬富集在催化劑表面后,再用其它方法將其收集回收。

3、納米二氧化鈦的應用

隨著人們生活質量和水平的不斷提高,對TiO?光催化殺菌性能進行了不斷的開發和利用,并將其廣泛應用于日常生活中。根據需要不同,納米TiO?可制備成粉末或薄膜材料。將納米TiO?薄膜涂覆于材料表面制備成抗菌材料,如抗菌陶瓷、抗菌玻璃、抗菌不銹鋼等,將納米TiO?粉末摻雜于其他材料中可制備成抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌纖維等。

涂覆TiO?納米膜的抗菌瓷磚和衛生陶瓷在日本已進行了工業化生產。主要用于醫院、食品加工等場所,但抗菌效果受到了光源條件的限制。為了充分利用室內的太陽光和弱光,人們又積極開發了新型的抗菌陶瓷。

制備的表面鍍有納米TiO?薄膜的自清潔陶瓷,在無光照條件下,15min 內對金黃色葡萄球菌的滅菌率超過80% 。制備的TiO? 抗菌陶瓷,在普通熒光燈下,對金黃色葡萄球菌的滅菌率可達以85%

納米TiO ? 薄膜涂覆于玻璃(如日用玻璃器皿、平板裝飾玻璃等)表面,可制成有殺菌功能的玻璃制品,廣泛應用于醫院、賓館等大型公共場所。雷閻盈[24]制備的TiO?微晶膜玻璃,具有殺菌廣譜高效的特點。自然光照射30 m in 后,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色珠菌的殺菌率均達到90% 以上。納米TiO ?薄膜涂覆于不銹鋼表面可制備成具有殺菌性能的不銹鋼,在食品工業、醫療衛生乃至一般家庭都有廣泛的應用前景。汪銘[25]制備了涂覆有A g+/TiO? 薄膜的抗菌不銹鋼,與普通不銹鋼相比,其材料性能基本相同,抗菌性能隨著膜層中含銀量的增加而提高。當含銀量大于2% 時,不銹鋼的抗菌率可達到90% 以上。

4 、光催化在化學合成方面的應用

1)有機物合成:光催化反應不僅可以降解許多有機化合物,在適當的條件下還可用來合成一些有機化合物,尤其是有機聚合物。Hoffman等 研究了量子尺寸CdS光催化劑引發甲基丙烯酸甲酯的聚合反應,并與其它量子尺寸光催化劑作了比較,發現引發該反應的能力依次為:TiO?,即CdS催化劑引發活性最高。與大尺寸半導體相比,量子尺寸的半導體表現出良好的引發聚合效率。

2)無機物合成:光催化反應還可用于水分解制氫 、合成氨 ¨等重要無機化學反應過程。利用半導體光催化劑催化水分解制氫,將太陽能轉化成化學能,是當今光催化研究領域的熱門課題。Karaktisou等的研究表明,當TiO?的表面有其它金屬存在時,有利于氫氣的生成,雙功能PtRuOx/TiO?光催化體系是最有效的水分解制氫催化劑,氫的生成速率與溶液pH值呈指數關系,與光照強度和反應體系的攪拌速度呈線性關系。

5 、光催化在衛生保健方面的應用

由于光催化過程具有強氧化性,對大多數的微生物都有很強殺傷力。因此,可作為殺菌消毒的手段,尤其用于生活用水的凈化。光催化不僅能夠殺死普通的細胞和病菌,還能使某些癌細胞死亡。Cai等指出 ,以直徑約300A的超細TiO?懸浮液(100ugm1)為催化劑,在紫外光下照射10min,可將惡性HeLa細胞完全殺死。光催化治癌并不局限于殺傷人工培養的細胞樣品,同樣也能殺傷實驗動物體內的癌細胞。盡管目前距實際臨床應用尚有大量工作要做,但光催化技術在衛生保健方面的潛在應用價值己得到廣泛關注。

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