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  • 1 # 漁仁

    一、紫外光下光催化活性普遍大於可見光,很顯然是因為光強的問題.

    紫外下,混相效果好,可見下單斜相效果好: 這可能是因為,

    1)混相材料有可能在不同相之間形成了異相結, 由於不同相之間的微小的帶隙和導帶、價帶位置的不同, 在紫外光本徵激發時, 易進一步進行電荷的分離,從而促進光催化活性。你可以看看HRTEM確認異相結的構成, 並透過XPS, DRS, MOTT-SCHOTTKY等確定下不同相的能帶結構。如果條件允許,可以做些時間分辨光譜實驗。

    2)可見光下單斜相效果好,可能是因為你的材料在可見光下不是帶隙的本徵激發,因此混相中激發的電子躍遷不到導帶位置,從而沒有異相結效果。因此,這時應該和材料本身的結構有關。


    二、下面的內容是光催化氧化,主要從分類、原理、光源型別和特點這四個方面進行介紹。


    光催化氧化的分類


    根據不同的反應體系,光催化氧化可以分為均相和非均相光催化氧化。


    均相光催化氧化以Fe2+(二價鐵離子)或Fe3+(三價鐵離子),以及H2O2(雙氧水)為介質,透過光-Fenton(芬頓)反應,產生反應活性極高的OH·(羥基)等自由基來氧化分解汙染物。


    非均相光催化氧化則是採用TiO2(二氧化鈦)、ZnO(氧化鋅)等半導體催化劑,在光照條件下產生OH·(羥基)等自由基來氧化分解汙染物。


    除了產生條件不同之外,這兩種催化氧化均涉及到羥基自由基的形成和氧化作用,這兩種反應均屬於高階氧化。


    涉及到羥基自由基的氧化過程就稱為高階氧化(Advanced Oxidation Process,簡稱AOP)。廣泛的來說,某些羥基自由基可能起重要作用,但反應機理不明確的新型氧化過程,也是屬於高階氧化。


    高階氧化中,羥基自由基的氧化還原電勢為2.8V,僅次於氟,所以幾乎能氧化所有的有機物。羥基自由基還會激發一系列的氧化反應,使有機汙染物分解的更加徹底。


    均相光催化氧化中主要還是芬頓原理,就不過多的贅述了。下面的內容,我們就以非均相光催化氧化為例來進行介紹。


    非均相光催化氧化原理


    非均相光催化氧化過程中,需要用到半導體。半導體在能帶結構上具有價帶和導帶,兩者之間還存在一個禁帶。我們先看一下半導體催化劑在光照下的反應:


    半導體催化劑在光照下的反應


    當半導體受到太Sunny的照射時,半導體吸收一個能量大於禁帶的光子,就會把位於價帶的電子激發到導帶,價帶的電子躍遷後就會留下一個空穴,空穴則會與吸附在半導體催化劑表面的OH-反應生成羥基自由基。達到導帶的電子也會與水中的氧氣發生吸附反應,生成氧負離子的自由基。


    這些自由基和空穴共同作用,對水中的有機物進行氧化,使其變為無害的無機物。


    非均相光催化氧化光源


    下面是幾種光催化劑的禁頻寬度:


    常見的光催化劑的禁頻寬度


    通常使用TiO2(二氧化鈦)作為歸催化氧化的催化劑,其禁頻寬帶一般為3.2eV。


    自然光一般分為紅外光、可見光和紫外光,其中紫外光根據波長不同分為4個波段,從100~420nm,具體的可以看一下之前介紹過的《紫外線消毒工藝概述》中關於紫外線的相關介紹。


    當採用TiO2(二氧化鈦)作為半導體催化劑時,只有當光的波長<387nm時,才會產生足夠的能量使二氧化鈦的價帶電子發生躍遷,所以光催化氧化中,通常採用二氧化鈦+紫外光光源的組合,來激發產生羥基自由基。

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