1、環(huán)境保護(hù)催化劑,小組成員： 徐海燕 潘代蘭 潘 熒 張 席 蘇亞林,TiO2光催化劑的 制備與應(yīng)用,一、環(huán)境保護(hù)催化的研究?jī)?nèi)容 對(duì)污染的治理 將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，或回收加以利用； 在生產(chǎn)過(guò)程或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中減少污染物的排放，直至無(wú)污染排放； 用新的原料、催化劑取代對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)或開(kāi)辟新的副產(chǎn)物少、選擇性高的催化反應(yīng)路徑；,二、環(huán)保催化劑的應(yīng)用研究進(jìn)展,2.1 貧燃車(chē)用催化劑 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在貧燃條件下操作時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比(空氣和燃料之比) 大于17：1，甚至更高。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能可大大提高，降低了CO、烴類(lèi)化合物、CO2的排放，然而NOx的排放量卻大大增加。對(duì)目前流行的三效貴金屬催

2、化劑來(lái)說(shuō)，如此高的空燃比已超出正常操作范圍，故不能有效提高對(duì)NOx的還原。因此應(yīng)開(kāi)發(fā)在貧燃條件下且能提高NOx轉(zhuǎn)化率的新型車(chē)用催化劑，在貧燃條件下催化還原NOx已引起研究人員的興趣。一旦這種催化劑研究成功，將在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和貧油型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛上得到廣泛應(yīng)用。,2.2 選擇性催化還原SO2為元素硫的研究 煙氣脫硫過(guò)程大多數(shù)是以堿金屬和堿土金屬的堿性化合物作為吸收劑。這些堿性化合物與煙氣中的SO2反應(yīng)生成硫酸鹽，實(shí)際上煙氣中的硫并沒(méi)有得到真正的回收利用，而是變成了固體廢渣CaSO4。對(duì)于以再生為基礎(chǔ)的脫附工藝則要求設(shè)計(jì)一整套的過(guò)程來(lái)處理脫附時(shí)釋放出的SO2，一是工藝冗長(zhǎng)，二是脫附吸收的硫也是液體

3、產(chǎn)品。最好的方法就是將SO2選擇性的催化還原為元素硫，此法既能消除煙氣中SO2的污染源，又回收了產(chǎn)品固態(tài)元素硫，該產(chǎn)品不僅運(yùn)輸方便還可重復(fù)再利用。,2.3 高濃度難降解有機(jī)廢水的催化氧化處理 隨著醫(yī)藥、化工、染料等行業(yè)的發(fā)展，高濃度難降解廢水越來(lái)越多,它們的廢水的特點(diǎn)是污染物毒性大，污染物濃度高，難以生物降解；無(wú)機(jī)鹽含量高。處理此類(lèi)廢水最有效的方法之一是化學(xué)氧化法。目前高效濕式催化氧化技術(shù)是熱門(mén)研究課題。此法可直接氧化水中的有機(jī)污染物或?qū)⑺写蠓肿佑袡C(jī)污染物氧化成小分子有機(jī)污染物，以提高廢水的可生化性。配合生化法處理后能較好地除去水中的有機(jī)污染物。此法常用氧化劑來(lái)增加催化氧化有機(jī)污染物的能力，

4、可以用的氧化劑有: 空氣、雙氧水、臭氧、次氯酸鈉和二氧化氯等。此法的關(guān)鍵是高效非均相氧化催化劑的開(kāi)發(fā)。,三、納米Ni-TiO2光催化劑,3.1 樣品的制備 在60水浴條件下，將5ml鈦酸正四丁酯緩慢滴加到劇烈攪拌中的蒸餾水與自制水解抑制劑的混合液中形成溶液；稱(chēng)取一定量的 Ni(NO3)3 6H2O溶于5ml蒸餾水中形成溶液；將液滴入中，再用2.5mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液的pH值形成混合液，繼續(xù)攪拌直至形成透明清亮的淡黃色溶膠；溶膠經(jīng)陳化、干燥和熱處理，隨爐冷卻之后研磨得到Ni摻雜TiO2 光催化劑(Ni-TiO2)。,3.2 性能表征 采用日本型轉(zhuǎn)靶射線衍射儀（，）對(duì)所得到的樣品進(jìn)行物相分

5、析；采用英國(guó)馬爾文公司生產(chǎn)的 納米粒度分析儀分析樣品的粒度分布；采用 型分光光度計(jì)分析樣品的紫外可見(jiàn)漫反射光譜；采用型熒光光度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行表征分析。 以亞甲基藍(lán)（）為目標(biāo)降解物， 取0.2 樣品通過(guò)磁力攪拌使其分散于50 mL的 10 m/L的溶液中，在黑暗條件下攪拌30使粉體樣品達(dá)到吸附脫附平衡后，將懸浮體系置于功率為30的普通日光燈下進(jìn)行反應(yīng)。每隔取一次樣品（4 mL），放入離心機(jī)中離心后，取上層清液在波長(zhǎng)664 nm處測(cè)定吸光度，并利用式（1）計(jì)算出溶液的降解率。 ()/ (1) 式(1)中：為溶液在黑暗中吸附1h之后的吸光度。為溶液在光照t h后的吸光度。,3.3 TiO2光催化劑的應(yīng)

6、用 1、清潔新能源的開(kāi)發(fā) 利用以二氧化鈦為代表的半導(dǎo)體光催化分解水制氫是實(shí)現(xiàn)可替代的清潔能源最簡(jiǎn)單易行、最有發(fā)展前途的方法。光催化產(chǎn)生的氫氣是無(wú)污染的、高效的、潔凈的能源 。 2、有機(jī)廢水的降解 納米TiO2在光催化降解有機(jī)物有很大的優(yōu)勢(shì)，有機(jī)物經(jīng)其降價(jià)后的終產(chǎn)物H2O、CO2、NO3-、PO43-、鹵素等無(wú)機(jī)小分子，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，達(dá)到安全無(wú)機(jī)化的目的。,3、有害氣體的降解 納米TiO2可以通過(guò)光催化技術(shù)將有毒氣體吸附于其表面并將這些物質(zhì)氧化降解，從而了室內(nèi)空氣中的有害氣體的濃度?？梢酝ㄟ^(guò)光催化技術(shù)將有毒氣體氧化成我們常用的無(wú)機(jī)酸，這些酸可溶解在雨水中，從而達(dá)到凈化空氣的目的。 4、金屬離

7、子回收與處理 在實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)中，不可避免的會(huì)用到一些金屬離子，有些金屬離子是有毒的，如任意排放就會(huì)污染環(huán)境，有些金屬稀缺，若變成離子排放到自然界中是一種極大地浪費(fèi)，所以有毒的金屬離子需要處理，昂貴的需要回收再利用。納米TiO2光催化可以有效地處理這些離子。,3.4 TiO2光催化劑應(yīng)用存在的問(wèn)題 1、光催化反應(yīng)效率不高 光催化劑產(chǎn)生的載流子復(fù)合率高，導(dǎo)致光量子效率低，并且光催化劑反復(fù)使用時(shí)，催化活性有所降低，這是阻礙TiO2作為光催化劑應(yīng)用的主要原因?？梢詮囊韵聝蓚€(gè)方面著手解決此問(wèn)題：(一)是縮小TiO2粒子的粒徑，隨著表面原子數(shù)的增加，光吸收效率的提高，從而增加了表面光生載流子的濃度，可以提

8、高其催化活性；(二)是抑制光生載流子的復(fù)合，可以通過(guò)摻入金屬離子或加入氧化劑等方法來(lái)阻止電子-空穴的復(fù)合，來(lái)達(dá)到提高催化效率的目的。,2、太陽(yáng)能利用率低 TiO2帶隙能較寬，只能吸收波長(zhǎng)小于或等于387 nm的光子，也就是說(shuō)只能被波長(zhǎng)較短的紫外線激發(fā)。照射到地面的太陽(yáng)光中只有4 %-6 %的紫外光線，因此太陽(yáng)光能利用率低。目前使用的光源一般是波長(zhǎng)小于400nm范圍的人工光源，這些光源能量消耗大，若能拓寬光催化劑的光譜利用范圍，可大大降低光催化技術(shù)的運(yùn)行成本。因而這方面的研究對(duì)光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有重要而深遠(yuǎn)的意義。,3、反應(yīng)機(jī)制缺乏驗(yàn)證 在懸浮水溶液中研究TiO2光催化無(wú)法準(zhǔn)確控制各類(lèi)被吸附物質(zhì)（H2O，O2等）在TiO2表面的性質(zhì)及吸附程度，因而不能準(zhǔn)確了解TiO2表面的活性中心以及H2O、OH-、O2等物質(zhì)各自作用，具體的反應(yīng)機(jī)制還停留在推測(cè)階段。 4、TiO2光催化劑的固定化技術(shù)需要完善 直接使用TiO2粉末，雖然效果好但不利于催化劑的回收，容易造成流失浪費(fèi)，因而難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求，因此TiO2光催化劑的應(yīng)用開(kāi)發(fā)在某種意義上說(shuō)也是固定技術(shù)的開(kāi)發(fā)。,結(jié)束語(yǔ) 以上介紹了目前在環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理方面研究和應(yīng)用較多的集中催化劑材料。催化劑在發(fā)展工業(yè)、農(nóng)業(yè)及提高人民生活等方面都起過(guò)巨大作用，有人預(yù)