光催化技术及其应用-科普

2018/9/25石建稳2018/9/25活跃在我们身边的光催化光催化原理光催化历史回顾光催化应用纳米TiO2光催化剂简介报告提纲报告提纲报告提纲报告提纲提高TiO2光催化活性的途径2018/9/25活跃在我们身边的光催化活跃在我们身边的光催化室内空气净化器车载空气净化器冷暖型壁挂直流变频空调，光催化过滤网2018/9/25活跃在我们身边的光催化活跃在我们身边的光催化光催化冰箱：除臭、保鲜玻璃外墙：自清洁汽车后视镜：防雾2018/9/25活跃在我们身边的光催化活跃在我们身边的光催化光催化捕蚊器光催化盘景艺术2018/9/25活跃在我们身边的光催化光催化原理光催化历史回顾光催化应用纳米TiO2光催化剂简介报告提纲报告提纲报告提纲报告提纲提高TiO2光催化活性的途径2018/9/25光催化原理光催化原理什么是光催化？表征光催化剂：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，光催化剂是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的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，而且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水。光催化：就是在光的作用下进行的催化反应。光催化剂吸收特定波长的光辐射后，受激产生电子空穴对，随后引发一系列的化学反应。2018/9/25光催化原理光催化原理植物光合作用表征光催化作用氢气氧气光催化剂2018/9/25光催化原理光催化原理老化光催化原理示意图2018/9/25光催化原理光催化原理电子激发及迁移过程示意图2018/9/25光催化原理光催化原理ehTiOhvTiO22HOHhOH2OHhOH22OeOOHOOHOOH222222OHOOHOHOHeOHOOH222OHOHeOH22OHOHOOH2222OOHOHCO22有机物2018/9/25活跃在我们身边的光催化光催化原理光催化历史回顾光催化应用纳米TiO2光催化剂简介报告提纲报告提纲报告提纲报告提纲提高TiO2光催化活性的途径2018/9/25Prof.AkiraFujishima“TheFatherofPhotocatalysis”TheUniversityofTokyo,JapanPhotoelectrochemicalcellusedinthephotolysisofwaterCitationsperyearofthe1972Naturepaper光催化历史回顾光催化历史回顾1972年，在半导体TiO2电极上发现了光催化裂解水反应，揭开了多相光催化新时代的序幕。2018/9/251976年John.H.Carey等研究了多氯联苯的光催化氧化，被认为是光催化技术在消除环境污染物方面的首创性研究工作。1977年，T.Yokota等发现在光照条件下，TiO2对丙烯环氧化具有光催化活性，从而拓宽了光催化的应用范围，为有机物氧化反应提供了一条新的思路。自1983年起，A.L.Pruden和D.Follio就烷烃、烯烃和芳香烃的氯化物等一系列污染物的光催化氧化作了研究，发现反应物都能迅速降解。1989年，K.Tanaka等人研究发现有机物的半导体光催化过程由羟基自由基（·OH）引起，在体系中加入H2O2可增加·OH的浓度。进入了90年代，随着纳米技术的兴起和光催化技术在环境保护、卫生保健、有机合成等方面应用研究的发展迅速，纳米量级的光催化剂的研究，已经成为国际上最活跃的研究领域之一。光催化历史回顾光催化历史回顾2018/9/25按国家排序前10位按作者排序前10位被引用次数最高的前1000篇论文(超出显示选项设置值以外还有2219个作者值)(超出显示选项设置值以外还有51个国家/地区值)光催化历史回顾光催化历史回顾2018/9/25活跃在我们身边的光催化光催化原理光催化历史回顾光催化应用纳米TiO2光催化剂简介报告提纲报告提纲报告提纲报告提纲提高TiO2光催化活性的途径2018/9/25染料废水：是目前难降解的工业废水之一，其毒性大，色泽深，严重危害了生态环境。农药：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农药75万吨。通过喷施、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。Ref:国家环境保护总局.《长江三峡工程生态与环境监测公报》光催化应用光催化应用水净化2018/9/25难降解工业废水光催化氧化法CO2H2O光催化应用光催化应用水净化光催化技术在处理这些难降解有机废水上具有独到的优势，可以在光的照射下，将有机物彻底氧化分解为CO2、H2O及一些无机小分子，净化水体，消除环境污染。2018/9/25能耗低，反应条件温和，在紫外光和太阳光照射下就可以发生反应；反应速度快，有机污染物可在几分钟到数小时内被完全破坏；降解没有选择性，几乎能降解任何有机物；消除二次污染，矿化产物为无机离子，CO2，H2O；催化剂TiO2廉价，无毒；催化剂TiO2易分离和重复使用。光催化应用光催化应用水净化2018/9/25光催化应用光催化应用水净化物质名称降解情况物质名称降解情况4-氯酚完全降解为无机物质甲醇完全降解为二氧化碳二氯酚完全降解为无机物质甲苯完全降解五氯酚完全降解为无机物质偶氮染料降解乃至完全褪色氯化酚完全降解为无机物质酸性橙降解乃至完全褪色氯仿完全降解为无机物质敌敌畏完全降解为无机物质四氯化碳电子给予体参与下完全降解久效磷完全降解为无机物质三氯乙烯氧存在时降解程度为99.4%甲拌磷完全降解为无机物质氯代烷烃完全降解为无机物质对硫磷完全降解为无机物质氯代芳烃完全降解为无机物质马拉硫磷完全降解为无机物质滴滴涕完全降解难降解有机污染物CO2+H2O+简单无机物光TiO22018/9/25光催化应用光催化应用水净化光催化降解甲基橙染料废水光催化降解罗丹明B染料废水光催化降解亚甲基蓝染料废水2018/9/25光催化处理印染废水流程示意图光催化应用光催化应用水净化2018/9/25光催化应用光催化应用水净化PictureofaphotocatalyticreactorfortreatmentofsewagewaterConcentrationchangeofestron(E1)inwaterdischargedfromasewage-treatmentplantduringphotocatalysis2018/9/25曝气网连接的多层浅槽固定床式太阳光光催化反应器光催化应用光催化应用水净化2018/9/25光催化应用光催化应用水净化光催化水处理装置2018/9/25水净化光催化应用光催化应用光催化循环水处理系统2018/9/25光催化应用光催化应用水净化近年来，由于石油开采和海上运输业的发展，越来越多的石油泄漏事故发生，致使大片海域受到污染。一次很小的漏油事件都能够严重地影响到海洋生物的生存。泄漏的石油覆盖了海水表面，导致海鸟和很多海洋生物无法正常觅食而饿死。2018/9/25光催化剂TiO2负载在球形浮珠上光催化应用光催化应用水净化2018/9/25浮油在TiO2/球形浮珠上的降解机理光催化剂刚放入油在光催化剂上光催化降解催化剂浮油全部降解水面有很厚的油层吸附富集且团聚上油减少,颗粒解聚催化剂颗粒分散代表水面和油层（线条越粗油层越厚）代表光催化剂颗粒（线条越粗吸附的油层越多）光催化应用光催化应用水净化2018/9/25水净化饮用水深度净化的必要性各种对人体不利的物质市场巨大现有的一些饮用水深度净化技术活性炭臭氧反渗透紫外光微过滤光催化应用光催化应用2018/9/25水净化光催化饮用水净化的特点：光催化杀菌能力比单独的紫外线杀菌高4~10倍，保持净化水的无菌化；对污染物广谱的净化功能，效力持久，尤其对消毒副产物卤化烃有较好的净化效率；脱除重金属离子等有害物质，而不损失有益的矿物质；降解激素。光催化应用光催化应用2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化随着生活水平的提高，大量新型装饰材料、时尚家具、生活用品不断进入人们的家庭，由此所造成的室内环境污染也日趋严重。室内主要污染物有甲醛、苯、甲苯等，甲醛约占室内有机污染气体总量的70%，潜伏期最长、危害性大。甲醛是致癌物之一。长期接触低剂量甲醛可导致很多疾病，如：鼻咽癌、结肠癌、脑癌、白血病等。新装修的居室、办公室、新置家具以及汽车和某些服装可持续挥发甲醛，其释放周期长达几十年。2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化氧化硫、硫化氢、氧化氮、甲醛、苯、氨无毒无害物质光TiO2我国首台光催化空气净化器我国首台光催化空气净化器于2009年在国家超细粉末工程研究中心研制成功。该净化器对室内空气中病菌杀菌效果可达99.9%，双重光催化对甲醛、苯等去除率达90%，除尘率达95%以上，并可有效控制甲型H1N1流感病菌在空气中的传播。2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化光催化空气净化的基本流程2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化室内空气净化器有效改善室内空气质量、创造健康舒适的办公室和住宅环境。2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化中央空调光催化空气净化器2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化车载空气净化器2018/9/25光催化空气净化的特点：1.高度消毒；2.高效清除化学污染；3.独特中央空调加载方式；4.进行空气消毒时，可以人机同在；5.在消毒过程中，纳米TiO2没有任何消耗，所以消毒材料无需更换；6.可节约大量经费。光催化空气净化器光催化应用光催化应用空气净化2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化光催化梅花盘景艺术光催化地板2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化氮氧化物大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。氮氧化物消除2018/9/25NOX对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子；全球每年排放NOX约为5千万吨，造成酸雨、光化学烟雾、呼吸道疾病洛杉矶光化学烟雾甘肃沙尘暴酸雨效应光催化应用光催化应用空气净化2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化UsageofTiO2-basedphotocatalyticmaterialonroadwaysurfacestoconvertnitrogenoxides(NOx)tonitrateApplicationofthecoatingFinishedroadway2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化具有光催化功能和自净能力的生态砖结构示意图上：整体结构；下：表层结构混合浇铸挤压成型2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化厨房油烟光催化净化器香精厂光催化除臭设备皮革厂光催化除臭设备2018/9/25光催化应用光催化应用空气净化光催化废气处理设备光催化除臭设备2018/9/25光催化应用光催化应用杀菌抗菌光催化过程中产生的活性超氧离子自由基和羟基自由基能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效的杀灭细菌。大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌等杀灭光TiO22018/9/25光催化应用光催化应用杀菌抗菌光催化对大肠杆菌的抗菌性020040060080010000153045607590时间/分菌浓度不开灯开灯0200400600800100012000153045607590时间/分菌浓度TiO2/UVUV光催化对大肠杆菌的杀菌性2018/9/25杀菌抗菌0分钟SEM照片光催化杀菌15分钟时光催化应用光催化应用光催化对大