等离子、光催化原理
TiO2光催化原理及应用
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
光催化原理、应用
广州和风环境技术有限公司 https://www.sodocs.net/doc/4a1622968.html,/ 光催化原理、应用及常见问题 更多有关废气处理核心技术，请百度：和风环境技术。接下来和风带领大家认识一下。 随着全球工业化进程的加速，环境污染问题日益严重，环境治理已受到世界各国的广泛重视，其中政府在环境治理方面投入了巨大的人力、物力和财力对环境净化材料和环境净化技术的研究和产业化提供支持，其中，光催化材料和光催化技术占有重要的地位。TiO2是一种常用的光催化材料，具有活性高、稳定性好，几乎可以无选择地将有机物进行氧化，不产生二次污染，对人体无害，价格便宜等诸多优点，成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化材料。 光催化材料在紫外光或太阳光的作用下，激发价带上的电子（e-）跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴（h+），光生空穴与光催化材料表面的水反应，生成羟基自由基，而光生电子与光催化剂表面的氧反应，生成超氧负离子。羟基自由基和超氧负离子具有较强的氧化还原电位，可将挥发性有机物氧化分解成无害的CO2和H2O，达到净化空气、分解挥发性有机物的目的。二氧化钛光催化材料在光照下能一直持续释放自由基，对挥发性有机物进行氧化分解，而自己不发生变化，具有长期活性。
广州和风环境技术有限公司 https://www.sodocs.net/doc/4a1622968.html,/ 1、光催化反应原理 羟基自由基和超氧负离子是除氟之外，最强的氧化剂，但是氟对人体和环境有着巨大的危害，在很多场合不再使用。 2、常温催化材料 光催化材料是一种常温催化材料，可在室温及稍高温度下进行反应（通常低于65℃）。提高光催化材料性能的途径有三个：一个是降低纳米催化材料粒子的粒径，目的在于提高光催化材料的比表面积；二是通过金属掺杂、过渡金属掺杂和非金属离子掺杂改变半导体催化剂的性质来提高光催化性能；三是通过表面修饰和敏化，改变半导体催化剂的表面的形貌和结构，而引起表面性能的优化。 3、光催化材料应用中的影响因素 湿度的影响：光催化反应中，羟基自由基来源于水，所以必须保持有一定的湿度才能持续产生羟基自由基；在闭环的光催化反应中，已经证实随着水的不断消耗，光催化性能在不断的下降。 氧分量的影响：光催化反应中，超氧负离子来源于氧，所以在21%含量的
低温等离子体协同催化技术降解VOCs现状
1引言 雾霾中含有的一些物质在空气中会发生光化学反应，影响环境和人类健康［1-3］。研究表明，雾霾中主要物质为有机气溶胶类物质，而有机气溶胶的重要前驱物为挥发性有机物 （Volatile Organic Compounds 常用VOCs 表示），不仅会造成环境污染（会产生二次气溶胶和臭氧等） ，还会影响人类的生理机能和身体健康［4-5］。VOCs 的主要来源是工业源废气和交通尾气的排放［6］，世界卫生组织（WHO ，1989）将其定义为熔点低于室温，沸点在50~260℃之间的挥发性有机化合物的总称。其中，工业源排放的VOCs 按产 生来源主要可分为喷漆废气、塑料及塑胶废气、定型废气、化工有机废气和印刷废气；按其组分和特性不同一般可分为碳氢化合物、酯类化合物、含氮有机物、有机卤化物、有机硫化物。VOCs 通常具有毒性、刺激性、致癌性和特殊性气味，对人体的皮肤和黏膜等器官和人类身体健康造成危害。其中，苯系物是一类典型的VOCs ［7］， 因其具有较好的稳定性，且与大多数有机物互溶， 通常作为工业生产的有机溶剂。但苯系物其本身具有毒性，长期暴露于含有苯系物的空气中会影响身体健康。因此，采取有效措施减少含有苯系物的VOCs 的排放，并加强VOCs 的治理是未 摘要：VOCs 不仅直接对人体产生危害，而且在大气中参与光化学反应引发雾霾和其他污染天气。近年来，低温等离子体技术因其在室温下具有反应速率快、高效性受到广泛关注。介绍了低温等离子体的定义、分类、工作机理等方面，并着重阐述了几种影响低温等离子体降解VOCs 的因素。现阶段研究表明，反应器模块、电源参数、输送气体、臭氧浓度、湿度及污染物浓度等因素在低温等离子体技术及低温等离子体协同其他技术降解VOCs 时起到了关键性作用。 关键词：挥发性有机物；低温等离子体； 催化剂Abstract ：Volatile Organic Compounds （VOCs ）is not only directly harmful to human health ，but also involved in photochemical reactions in the atmosphere ，which causing smog and other polluted weather.Recently ，it has been found that low-temperature plasma technology has attracted widespread attention due to its rapid reaction rate and high efficiency at room temperature.In this paper ，introduces the definition ，classification ，working mechanism and other aspects of non-thermal plasma ，and focuses on several factors that affect non-thermal plasma degrada- tion of VOCs.Researches shown that factors such as reactor modules ，power supply parameters ，transport gas ，o-zone concentration ，humidity ，and contaminant concentration play a key role in non-thermal plasma technology and non-thermal plasma combined with other technologies for the degradation of VOCs.Key words ：volatile organic compounds ；non-thermal plasma ；catalysts 中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1674-1021（2019）02- 0022-05 张硕梁旭于欣扬李家仁齐蕴博周伟沈欣军 （沈阳工业大学理学院， 辽宁沈阳110870）收稿日期：2018-11-16；修订日期：2019-02-21。作者简介：张硕，女，1993年生，硕士研究生在读，主要研究方向为等离子体技术在大气污染治理中的应用。 *通讯作者：沈欣军，男，1973年生，副教授，主要研究方向为等离子体技术在环境污染治理中的应用，E-mail ：11114027@https://www.sodocs.net/doc/4a1622968.html, 。 基金项目：辽宁省科学事业公益研究基金（GY-2017-0013）；沈阳市科技计划项目（17-231-1-19）。 *
光催化原理及应用
姓学号：0903032038 合肥学院 化学与材料工程系 固 体 物 理 姓名：杜鑫鑫 班级：09无机非二班 学号：0903032038 课题名称：光催化原理及应用 指导教师：韩成良
光催化原理及应用 引言：目前，全球性环境污染问题受到广泛重视。光催化反应可对污水中的农 药、染料等污染物进行降解，还能够处理多种有害气体；光催化还可应用于贵金属回收、化学合成、卫生保健等方面。光催化反应在化工、能源及环境等领域都有广阔的应用前景。本文论述了主要光催化剂类型及光催化技术的应用研究成果。 关键词：光催化、应用、发展、环境、处理 光催化机理： 半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。 在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。 例如TiO 2 是一种半导体氧化物，化学稳定性好(耐酸碱和光化学腐蚀)， 无毒，廉价，原料来源丰富。 TiO 2 在紫外光激发会产生电子－空穴对，锐钛 型TiO 2 激发需要3.2 eV的能量，对应于380 nm左右的波长。光催化活性高(吸收紫外光性能强；能隙大，光生电子的还原性和和空穴的氧化性强)。因此其广泛应用于水纯化，废水处理，有毒污水控制，空气净化，杀菌消毒等领域。 主要的光催化剂类型： 1．1 金属氧化物或硫化物光催化剂 常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO，、ZnO、WO 3、Fe 2 O 3 、ZnS、CdS 和PbS等。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿命有限。TiO，具
光催化材料的基本原理
二，光催化材料的基本原理 半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。 高效光催化剂必须满足如下几个条件：（1）半导体适当的导带和价带位置，在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能，在光解水应用中，电位必须满足产H2和产O2的要求。（2）高效的电子-空穴分离能力，降低它们的复合几率。（3）可见光响应特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红移，但效果还不够理想。因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是，现在的研究状况还不尽人意。 三，光催化材料体系的研究概况 从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物 氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，
Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。 硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等 氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb／Ｎ等体系 磷化物：研究很少，如ＧaＰ 按照晶体/颗粒形貌分类： （1）层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 **钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9
多功能等离子体协同催化放电设备的制作方法
图片简介: 本技术涉及一种多功能等离子体协同催化放电装置，属于等离子体领域。主要技术方案如下：一种多功能等离子体协同催化放电装置，包括异型介质体、多孔管状催化物和电极；所述的异型介质体包括同轴拼接的介质管Ⅰ、介质管Ⅱ、介质管Ⅲ和介质管Ⅳ，所述的介质管Ⅰ、介质管Ⅱ为中空柱型介质管，且介质管Ⅱ上表面设有高压电极接出孔洞，所述的介质管Ⅲ的内壁、外壁均带有螺旋槽道且呈对应关系；本技术介质管Ⅲ的内壁、外壁均带有螺旋槽道改变了气体流动方向，提高了尾端气流混合效率，增加了放电面积，提高了放电能量利用率；且可同时通入相同或不同电离度的工作气体，形成集中区域处理和扩散区域处理两种模式。 技术要求 1.一种多功能等离子体协同催化放电装置，其特征在于，包括异型介质体、多孔管状催化物(11)和电极；
所述的异型介质体包括同轴拼接的介质管Ⅰ(2)、介质管Ⅱ(4)、介质管Ⅲ(7)和介质管 Ⅳ(10)，所述的介质管Ⅰ(2)、介质管Ⅱ(4)为中空柱型介质管，所述的介质管Ⅲ(7)的内壁、外壁均带有螺旋槽道，所述的介质管Ⅲ(7)外壁与介质管Ⅰ(2)贴合，所述的介质管 Ⅱ(4)位于介质管Ⅲ(7)的螺旋槽道的中心，所述的介质管Ⅱ(4)与介质管Ⅰ(2)上部封口端贴合，所述介质管Ⅳ(10)一端封闭； 所述的介质管Ⅰ(2)上部设有进气孔Ⅰ(3)、电极引线孔Ⅰ(6)，所述的介质管Ⅱ(4)上部设有进气孔Ⅱ(5)、电极引线孔Ⅱ(1)； 所述的多孔管状催化物(11)位于介质管Ⅲ(7)和介质管Ⅳ(10)之间，所述多孔管状催化物(11)中心孔径与介质管Ⅳ(10)的外径相同；所述多孔管状催化物(11)的底部与介质管 Ⅰ(2)、介质管Ⅲ(7)、介质管Ⅳ(10)底部齐平； 所述的电极包括电极Ⅰ(12)、电极Ⅱ(13)、电极Ⅲ(14)，所述的电极Ⅰ(12)铺设在螺旋状高压电极槽道(8)槽壁上，所述的电极Ⅱ(13)铺设在螺旋状地电极槽道(9)槽壁上，所述的电极Ⅲ(14)插入介质管Ⅳ(10)至其封闭端，所述的电极Ⅰ(12)从电极引线孔Ⅰ(6)引出连接高压，所述的电极Ⅱ(13)从电极引线孔Ⅱ(1)引出连接大地，所述的电极Ⅲ(14)透过介质管 Ⅱ(4)顶部通孔连接高压；所述的电极Ⅰ(12)、电极Ⅱ(13)呈对角线分布； 所述的电极Ⅰ(12)、电极Ⅱ(13)由金属薄片制成，所述的电极Ⅲ(14)为金属棒；所述异型介质体是由石英、陶瓷制成；所述多孔管状催化物(11)是由TiO2、Ag制成。 2.如权利要求1所述的多功能等离子体协同催化放电装置，其特征在于，所述电极Ⅲ(14)由金属铜、银、铝制成。 3.如权利要求1所述的多功能等离子体协同催化放电装置，其特征在于，所述的进气孔 Ⅰ(3)与电极引线孔Ⅰ(6)对称分布，所述的进气孔Ⅱ(5)与电极引线孔Ⅱ(1)对称分布。 技术说明书 一种多功能等离子体协同催化放电装置 技术领域
光催化的原理
光催化原理 光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。 光催化原理 半导体光催化剂大多是n型半导体材料（当前以为TiO2使用最广泛）都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构，即在价带(ValenceBand，VB)和导带(ConductionBand，CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系，因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。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(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O，甚至对一些无机物也能彻底分解。 光催化应用技术 利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物具有以下特点： 1直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和（常温常压） 2可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底。 3半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。光催化净化技术具有室温深度氧，二次污染小，运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，所以光催化特别合适室内挥发有机物的净化，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。 常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如TiO2, ZnO,CdS,WO3等，其中TiO2的综合性能最好，应用最广。自1972年Fujishima和Honda发现在受辐照的TiO2上可以持续发生水的氧化还原反应，并产生H2以来，人们对这一催化反应过程进行了大量研究。结果表明，TiO2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性，而且性能稳定，价廉易得，无毒无害，是
低温等离子体协同催化处理VOCs的研究进展
环境与发展 92 HUANJINGYUFAZHAN ▲ SHIYANYANJIU 低温等离子体协同催化处理VOCs 的研究进展 李倩，易红宏，唐晓龙，赵顺征，许佳丽，武佳敏 （北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083） 摘要：近年来，挥发性有机物（VOCs）作为大气污染的主要来源之一备受社会各界的关注，对于挥发性有机物的研究也在不断的深入。低温等离子体技术因其独特的优势在挥发性有机物的处理中具有很好的应用前景。本文概括了低温等离子体协同催化处理VOCs 的研究进展，包括低温等离子体的概况、低温等离子体协同催化的催化剂种类和耦合方式以及低温等离子体协同催化处理典型VOCs-甲苯的机理。关键词：VOCs;低温等离子体;催化;机理中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2019)03-0092-02 DOI:10.16647/https://www.sodocs.net/doc/4a1622968.html,15-1369/X.2019.03.053 Research progress of co-catalytic treatment of VOCs by low temperature plasma Li Qian ,Yi Honghong,Tang Xiaolong,Zhao Shunzheng,Xu Jiali,Wu Jiamin (School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China) Abstract:In?recent?years,volatile?organic?compounds?(VOCs)?have?attracted?much?attention?from?all?walks?of?life?as?a?major?source?of?air?pollution,?and?research?on volatile organic compounds has continued to deepen. Non-thermal plasma technology has a good application prospect in the treatment of volatile organic compounds due to its unique advantages. This paper summarizes the research progress of non-thermal plasma co-catalytic treatment of VOCs,including the general situation of non-thermal plasma, the type and coupling mode of non-thermal plasma synergistic catalysis, and the mechanism of co-catalytic treatment of typical VOCs by non-thermal plasma. Key words: VOCs ；Non-thermal plasma ；Catalytic ；Mechanism 挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）是大气污染的主要污染物之一，所含成分较多，同时也是城市光化学烟雾前体物，对人类生存环境具有很大的影响，同时也给人类的身体健康带来很多危害。在我国十三五规划纲要中对VOCs 治理有明确的要求，首先就是将VOCs 纳入总量控制指标，同时强化了国家及地方对VOCs 的控制，在重点区域、重点行业推进挥发性有机物排放总量控制，全国排放总量下降10%以上。 低温等离子体技术（NTP）研究范围涵盖了等离子体化学合成、等离子体材料合成与改性、等离子体在环境污染物处理及生物方面的应用等众多领域，同时工艺简单，产生较少的二次污染物，被认为是非常具有前景的空气污染控制技术，但采用低温等离子体处理VOCs，依然存在两个科学与技术的问题亟待解决：能耗问题与副产物问题。 1?低温等离子体 等离子体的主要组成成分有自由基、电子、离子、原子和分子等，被称为除气态、固态和液态以外第四种物质的存在形式。低温等离子体的部分气体分子和带电粒子在热力学上处于不平衡的状态，气体温度和离子温度远远低于电子温度，且其带电粒子的电子能量较低，一般在1-2eV 之间。 低温等离子体主要由气体放电法和高能电子束法等产生，目前使用较多的是气体放电法。根据放电方式的不同，气体放电法可进一步细分为介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge，DBD）、电晕放电（Corona discharge ) 、滑动弧放电(Gliding arc discharge ) 、辉光放电(Glow discharge)和射频放电(Radio frequency discharge)等，其中目前在气体污染物控制领域研究较广的是电晕放电和介质阻挡放电[1-2]。 2?低温等离子体协同催化中的催化剂 低温等离子体协同催化在处理VOCs 的过程中有多种催化剂，主要有以下三类：贵金属催化剂、非贵金属催化剂和光催化剂。 目前常用的贵金属主要包括Pd ，Pt，Ag 和Au，常见的载体包括 TiO 2、γ-Al 2O 3和分子筛等。Tang 等人[3]在低温等离子体条件下协同Ag 2O/MnO 2催化剂来处理甲苯，当能量密度为60J/L 时，甲苯的去除率可达100%；用金属或非金属氧化物混合作为催化剂时，可显著提高降解效率，但对不同组分混合比例的把握是一个关键问题。 非贵金属催化剂的研究中，过渡金属以其良好的催化性能及相比于贵金属有较大的价格优势的特点而被人们广泛研究。鲁美娟采用浸渍法制备了两类催化剂（FeO/SBA-15和Mn x O y /SBA-15)，考察了在DBD 条件下对甲苯的降解性能，结果表明：等离子体协同这两种催化剂相比于单纯等离子体显著提高了甲苯的降解效率和矿化度，当Fe 和Mn 的负载量分别为3%和5%时，催化剂的催化性能最好。 光催化剂成分以TiO 2为代表，因其较低的能耗及易操作的特点受到国内外学者的青睐。Misook Kang 等在线－筒式反应器中填充负载了TiO 2的玻璃小球，研究了等离子体与光催化剂协同的作用下降解甲苯的效果。结果表明，在等离子体区域中，TiO 2负载于γ-A12O 3上时甲苯的降解率高达80%。 3?协同催化 在低温等离子体协同催化系统的一段式中，有两种不同的放电模式，一种是连续放电模式，一种是吸附放电模式。 连续放电模式是指含有VOCs 的气体连续不断的通入反应器中的催化剂，在催化剂所在的位置进行等离子体放电。而吸附放电模式是指含有VOCs 的气体通入反应器中，先进行吸附的过程，在这个过程中并不进行低温等离子体放电，直到催化剂吸附饱和、穿透，出口浓度约为初始浓度的10%，然后用干净空气代替含有VOCs 的气体连续不断的通入反应器，此时对反应器中的催化剂进行低温等离子体放电。评价指标：吸附量、穿透时间、转化率、矿化率、CO 2选择性、O 3浓度和能量效率。综合评价吸附催化一体化材料的吸附性能、催化性能、稳定性，以及分子特性及吸附性能与去除效果之间的关系。吸附放电可以大大缩短等离子体放电时间，降低能耗，并提高系统选择性。
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展
低温等离子体协同催化净化废气的研究进展 摘要:低温等离子体-催化协同净化技术是一项全新的处理技术,具有能耗低,处理效率高等优点,在处理VOCs、氮氧化物、机动车尾气方面都有着广阔的发展前景,但实际应用还很不成熟,需要加大力量进行更加深入的理论和实践研究,低温等离子体协同催化净化技术将在废气治理领域发挥重要的作用。 关键词:低温等离子体;协同作用;大气污染控制 目前,各种有毒有害气体的排放已造成严重的环境污染。低浓度有害气态污染物(如SO2、NOx、VOCs、H2S 等)广泛地产生于能源转化、交通运输、工业生产等过程中。国际条例加强了对这些有害废气的限制。传统的治理方法如液体吸收法、活性炭吸附法、焚烧和催化氧化等已很难达到国际排放标准。 近年来兴起的低温等离子体催化(non-thermal plasma catalysis)技术解决了传统的净化方法所不能解决的问题。用该项技术处理有机废气具有以下优点:①能耗低,可在室温下与催化剂反应,无需加热,极大地节约了能源;②使用便利,设计时可以根据风量变化以及现场条件进行调节;③不产生副产物,催化剂可选择性地降解等离子体反应中所产生的副产物;④不产生放射物;⑤尤其适于处理有气味及低浓度大风量的气体。但以下两方面还有待改进:①对水蒸气比较敏感,当水蒸气含量高于5 %时,处理效率及效果将受到影响;②初始设备投资较高。该项技术在环境污染物处理方面引起了人们的极大关注,被认为是环境污染物处理领域中很有发展前途的高新技术之一。本文将探讨其与污染气体的作用过程及两者协同作用机理,并概述这一技术在废气治理方面的进展。 1 低温等离子体技术原理与协同作用机理 低温等离子体技术原理 等离子体是含有大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成的物质的第四种形态。其总正负电荷数相等宏观上呈电中性,但具有导电和受电磁影响的性质,表现出很高的化学活性。根据体系能量状态、温度和离子密度,等离子体通常可分为高温等离子体和低温等离子体(包括热等离子体和冷等离子体)。高温等离子体的电离度接近,各种粒子的温度几乎相同,并且体系处于热力学平衡状态,它主要应用于受控热核反应研究方面。低温等离子体则处于热力学非平衡状态,各种粒子温度并不相同。 低温等离子体可通过前沿陡、脉宽窄(纳秒级)的高压脉冲放电在常温常压下获得,其中的高能电子和O、OH等活性粒子可与各种污染
光催化原理
光催化原理 光催化的原理： 1.光催化净化的基本原理是什么？ (1)它是一种利用新型的复合纳米高科技功能材料的技术。 (2)它一种是低温深度反应技术，光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下 受激生成电子一空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使 其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化一还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。 mm 伽的w啊轴刊蛉恳Mtn抽iok甜1■自翊HI II住萨轉棉割愉沛抽齢讨堰闵鋼離曲毗n 總需旳擁. 2. 光催化净化的技术特征? (1)低温深度反应： 光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁，即使用常规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。
（2）净化彻底： 它直接将空气中的有机污染物，完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染，目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物，只是将污染源转移。 （3）绿色能源： 光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化一还原反应，而且光催 化剂在反应过程中并不消耗。从能源角度而言，这一特征使光催化技术更具魅力。（4）氧化性强： 大量研究表明，半导体光催化具有氧化性强的特点，对臭氧难以氧化的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解，所以对难以降解的有机物具有特别意义，光催化的有效氧化剂是羟基自由基（HO , H0的氧化性高 于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等。 （5）广谱性： 光催化对从烃到羧酸的种类众多有机物都有效，美国环保署公布的九大类114 种污染物均被证实可通过光催化得到治理，即使对原子有机物如卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果，一般经过持续反应可达到完全净化。 （6）寿命长： 理论上，催化剂的寿命是无限长的。 3. 光催化空气净化器基本净化流程
光催化原理及应用
光催化原理及应用 起源 光触媒，是一个外来词，起源于日本，由于日本文字写成“光触媒”，所以中国人就直接把她命名为“光触媒”。其实日文“光触媒”翻译成中文应该叫“光催化剂”翻译成英文叫“photo catalyst”。光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“ 本多· 藤岛效果” （Honda-Fujishima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师----东京工艺大学校长本多健一的名字。 这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目，但由于很难在短时间内提取大量的氢气，所以利用于新能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行，日本的研究机构发表许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。因此二氧化钛相关的专利数目亦最多，其它触媒关连技术则涵盖触媒调配的制程、触媒构造、触媒担体、触媒固定法、触媒性能测试等。以此为契机，光触媒应用于抗菌、防污、空气净化等领域的相关研究急剧增加，从1971年至2000年6月总共有10,717件光触媒的相关专利提出申请。二氧化钛 TiO 2 光触媒的广泛应用，将为人们带来清洁的环境、健康的身体。 催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参加反应。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。 光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。光催化是在光的辐照下使催化剂周围的氧气和水转化成极具活性的氧自由基，氧化力极强，几乎可以分解所有对人体或环境有害的有机物质总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。 早在1839 年, Becquere 就发现了光电现象, 然而未能对其进行理论解释。直到1955 年, Brattain 和Gareet才对光电现象进行了合理的解释, 标志着光电化学的诞生。1972 年, 日本东京大学Fu jishmi a和H onda研究发现[ 3] , 利用二氧化钛单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去30 年里, 人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。 以二氧化钛为例, 揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制; 采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围; 通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒可以提高电子- 空穴对的分离效率, 提高其光催化活性。尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步, 然而受认知手段与认知水平的限制, 目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用, 亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。另一方面, 现有光催化材料的光响应范围窄, 量子转换效率低, 太阳能利用率低, 依然是制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子效率光催化材料是实现光能转换的先决条件, 也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。 光催化机理： 半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形
光催化剂
光催化剂概述 第一篇 通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。 光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。 世界上能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。在早期，也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料，但是由于这两者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性，故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料，部分工业光催化领域还在使用。 二氧化钛是一种半导体，分别具有锐钛矿(Anatase)，金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。 二氧化钛是氧化物半导体的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨 道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用，一般称之为二元论。该反应微区称之为二元协同界面。
二氧化钛光催化原理讲解学习
TiO2光催化氧化机理 TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。 如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，·OH 自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染 物，将其矿化为无机小分子、CO 2和H 2 O等无害物质。 反应过程如下： 反应过程如下： TiO2+ hv → h+ +e- (3) h+ +e-→热能（4） h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+(6) e- +O2→ O2- （7）O2 + H+ → HO2·(8) 2 H2O·→ O2 + H2O2(9) H2O2+ O2 →·OH + H+ + O2(10) ·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11) H+ + dye→···→ CO2 + H2O (12) 由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。 Ti02光催化氧化的影响因素 1、试剂的制备方法 常用Ti02光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制得的Ti02粉末的粒径不同，其光催化效果也不同。同时在制备过程中有无复合，有无掺杂等对光降解也有影响。Ti02的制备方法在许多文献上都有详细的报道，这里就不再赘述。
光催化材料的基本原理
二，光催化材料的基本原理 令狐采学 半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。 高效光催化剂必须满足如下几个条件：（1）半导体适当的导带和价带位置，在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能，在光解水应用中，电位必须满足产H2和产O2的要求。（2）高效的电子-空穴分离能力，降低它们的复合几率。（3）可见光响应特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红移，但效果还不够理想。因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是，现在的研究状况还不尽人意。 三，光催化材料体系的研究概况 从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物 氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，
Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。 硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等 氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb ／Ｎ等体系 磷化物：研究很少，如ＧaＰ 按照晶体/颗粒形貌分类： （1）层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 **钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9 **层状钽酸盐：RbLnTa2O7(Ln=La,Pr,Nd,Sm) （2）通道结构 比较典型的为BaTi4O9，A2Ti6O13（A=K，Na，Li，等）。这类结构往往比层状结构材料具有更为优异的光催化性能。研究认
半导体材料光催化作用的机理
半导体光催化机理 纳米二氧化钛主要有二种晶体结构，即：锐钛矿和金红石。它们的结构基本单位都是TiO 6八面体，其结构如图1-1所示。二种结构的不同在于八面体的扭曲程度和连接形式。锐钛矿结构由TiO 6八面体通过共边组成，而金红石结构则由共顶点且共边组成。利用纳米TiO 2为光催化剂，在溶液或空气中发生多相光催化降解污染物的反应过程大致包括以下几个主要步骤[5]： 1）TiO 2在光的照射下，被能量大于或等于其禁带宽度的光子所激发，产生具有一定能量的光生电子（e -）和空穴（h +）； 2）光生电子（e -）和空穴（h +）在TiO 2颗粒的内部以及界面之间的转移或失活； 3）光生电子（e -）和空穴（h +）到达TiO 2粒子表面并与其表面吸附物质或溶剂中的物质发生相互作用，即发生氧化还原反应，从而产生一些具有强氧化性的自由基团（?OH ，O 2-）和具有一定氧化能力的物质（H 2O 2）。 4）上述产生的具有强氧化性的自由基团和氧化性物质与被降解污染物充分作用，使其氧化或降解为CO 2与H 2O 。 Fig. 1-1 Ti －O 6 octahedron 图1-1 钛氧八面体 H OH Organic h e +—E g O 2O 2-H 2O ·OH +H 2-water O 2H 2 Compounds CO 2H 2O VB CB sun hv +-·OH Fig. 1-2 Schematic diagram of photocatalytic degradation on semiconductor photocatalysts (TiO 2) [6]