1、掺铁TiO2的光催化,目录,TiO2光催化剂简介TiO2光催化剂的作用机理掺铁TiO2光催化剂的制备方法TiO2的应用与发展总结,一、TiO2光催化剂简介,近年来，在水和空气中存在的难分解有机污染物（如二噁英、多氯联苯、有机染料等）的环境行为及其处理方法引起了国际上极大的关注，这些有毒有机污染物虽然浓度很低，但对生物有机体的危害却很大。而这些有机污染物因为它们浓度低，结构稳定，并且难生物降解，用常规的污水处理方法很难除去。光化学降解有机污染物的方法具有反应条件温和（常温常压）、分解彻底（将污染物完全分解为CO2、H2O和无机盐）、无二次污染（所用的能源、氧化剂及催化剂都是绿色清洁的）等特点，正
2、逐渐成为传统治污技术的补充和完善，显示出诱人的前景。,间接光降解的光催化氧化降解，在有光催化剂存在的条件下，通过催化剂或有机污染物吸收光而引发一系列的光化学反应，最终导致污染物降解为CO2、H2O和其他简单无机离子，如NO3-、PO43-、SO42-、卤离子等。有机污染物的光催化降解无论在降解效率上还是适用范围上，都有极大的优势，因此光催化降解在环境污染治理中的应用和研究非常活跃。,目前，用于光催化剂降解环境污染物的光催化剂多为n型半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2、Fe2O3等。在众多半导体光催化剂中，TiO2以其具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学和光腐蚀)、成
3、本低等优点，被公认为环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料。TiO2光催化剂在抗菌除臭，分解污水中的有机物，还原金属离子，废气的净化，分解水等方面有着广泛的应用。,什么是光催化,概括说来，就是光触媒在外界可见光的作用下发生催化作用。光催化一般是多种相态之间的催化反应。光触媒在光照条件（可以是不同波长的光照）下所起到催化作用的化学反应，统称为光反应。,光合作用也可以看作光催化,二、TiO2光催化剂的作用机理,光催化氧化反应机理,光催化氧化反应以半导体为催化剂，以光为能量，将有机物降解为CO2和水。反应机理如下：下图是半导体的能带结构示意图。由图可见，半导体能带结构与金属不同的是价带(VB)和
4、导带(CB)之间存在一个禁带。用作光催化剂的半导体一般具有较大的禁带宽度，有时称为宽带隙半导体。,当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子和空穴,半导体光催化机理示意图,具体来说（见下图），在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的电子（e-）就会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴（h+）。激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并，并产生热能或其他形式散发掉。当催化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时，电子和空穴的复合得到抑制，就会在催化剂表面发生氧化还原反应。价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原
5、剂，在半导体光催化反应中，一般与表面吸附的H2O，O2反应生成氧化性很活波的羟基自由基（OH）和超氧离子自由基（O2-）。能够把各种有机物氧化直接氧化成CO2、H2O等无机小分子，而且因为他们的氧化能力强，使一般的氧化反应一般不停留在中间步骤，不产生中间产物。,其中，光催化分解反应机理如下：,三、掺铁TiO2光催化剂的制备方法,凝胶-溶胶法 首先取一定量的钛酸四丁酯与80mL的无水乙醇混合均匀为A溶液，盛放在分液漏斗中；量取82.5mL体积分数为95%的乙醇,向其中加入15mL冰醋酸，用蒸馏水稀释到100mL，设为B溶液。其次，在一定的温度和搅拌速度下，将A溶液以1滴/s的速度滴入B溶液中，滴
6、完后继续搅拌1h以形成均匀透明的溶胶，再次，室温放置直至形成凝胶。然后将该凝胶在80下烘干且碾细成粉末。最后，将粉末置于马弗炉中在350下煅烧2h得到光催化剂。,浸渍掺铁法 用溶胶-凝胶的方法制备出纳米二氧化钛粉末，再经过400煅烧3h除去有机基质后作母体，用浸渍的方法掺入最佳的掺铁量的铁离子。并将此样品分别在350，400，450，500，550，600煅烧3h。,四、TiO2的应用与发展,光催化技术应用领域,纳米光催化空气消毒反应器,1. 高度消毒 纳米光催化空气消毒装置加载特点：2. 高效清楚化学污染。 3. 独特中央空调加载方式。 4. 消毒材料无需更换。 5. 为使用单位节约巨额能源
7、消耗经费。 6. 进行空气消毒时，可以人机同在。在消毒过程中，存在两个事实：第一， 该消毒过程为物理消毒，完全在反应区内完成，空气经消毒离开，不带有任何对空气造成其他再污染的物质，属于 “自静”形式消毒；第二， 该过程中，纳米TiO2没有任何消耗，所以，不需要对消毒材料进行更换。,纳米二氧化钛光催化剂的发展之路,第一从规避风险出发，先进入涂料市场，开始生产掺入纳米二氧化钛光催化剂的新功能，换代型涂料。,第二进入环保市场，污水处理、脱臭、废气、尾气治理、文物保护等的光催化剂型的材料和元件。如汽车的尾气处理器，脱臭的空调内纯水的光催化剂过滤机。,第三进行应用新领域的研究：如纳米二氧化钛防弹服，防水气、防污的玻璃、陶瓷、防污液晶显示器，防污塑料、防癌制剂，保鲜制剂等。,第五资源控制：与矿山结合直接从锐钛型矿中，生产氯化钛、硫酸钛等规模生产纳米二氧化钛光催化剂工业用的原料。,第四进行新加工方法的研究。形成一些加工设备，如“激光加工设备”、“湍流磨”、“气体喷雾干燥仪”等。,这样就能很快将纳米二氧化钛光催化剂规模化生产并在市场推广应用，在竞争中处于优势，可确保稳步发展，让神奇的氧化钛光催化剂，造福人类！,谢 谢,
