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高级 氧化 技术 概述吕康乐吕康乐 2008/09/011 我的简历n出生年月出生年月：1972.09n籍贯籍贯：湖北/黄石/阳新n学习和工作经历学习和工作经历：1992.09-1995.07 长安大学长安大学工业分析专业 1995.07-1996.09 浙江临海市华城化工联营公司技术员 1996.10-2000.08 浙江华海药业股份有限公司技术员 2000.09-2003.06 浙江工业大学浙江工业大学工业催化专业硕士（工学硕士）2003.092006.09 浙江大学浙江大学化学专业博士(理学博士)联系方式：联系方式：138 7125 2242 2参考教材现代光化学，张建成，王夺元，化学工业出版社，2006 光催化，张金龙，成峰，何斌，华东理工大学出版社，20043问题问题 高级氧化技术？41、环境污染治理的、环境污染治理的高级氧化技术高级氧化技术n传统的污水处理方法有物理吸附、化学氧化、微生物处理和高温焚烧等。但这些方法都存在某些缺点，如效率低、能耗高、适用范围窄和处理不彻底，容易产生二次污染。n开发高效、低能耗、使用范围广和有深度氧化（advanced oxidation）能力的污染物净化处理技术一直是环保研究者所追求的目标。5高级氧化技术高级氧化技术的的定义与特点n上世纪八十年代，上世纪八十年代，Glaze等人将等人将高级氧化技术高级氧化技术（Advanced Oxidation Process,AOP）定义为：以）定义为：以羟基自由基羟基自由基（.OH）为主要氧化剂的氧化过程。）为主要氧化剂的氧化过程。nAOP特点：特点：（1）产生大量）产生大量非常活泼非常活泼的的.OH等自由基，直接与废水中等自由基，直接与废水中的污染物反应，将其降解或矿化为为二氧化碳和水，的污染物反应，将其降解或矿化为为二氧化碳和水，不会产生二次污染；不会产生二次污染；（2）反应速度很）反应速度很快快，能在很短时间内达到处理的要求；，能在很短时间内达到处理的要求；（3）既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配。）既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配。（如：可以作为生化处理前的预处理，降低污水处理（如：可以作为生化处理前的预处理，降低污水处理的成本）。的成本）。6AOP的代表：TiO2光催化 以半导体TiO2光催化氧化为代表的高级氧化技术（AOPs）能够克服传统污水处理方法的缺点。它可以利用太阳能和空气中的氧气，就可以降解和矿化水中的有机污染物。该方法适用范围广、对有机污染物氧化彻底，不会带来二次污染，因而其适用化研究日益受到重视。72.TiO2光催化的发展过程没有没有光光 就没有就没有 人类人类文明文明*89神奇的光10历史性事件：历史性事件：TiO2光解水光解水ECBe-h+hvEVBEFSemiconductor TiO2at TiO2 electrode H2O+2h+(1/2)O2+2H+at Pt electrode 2H+2e-H2Overall reaction H2O+2hv (1/2)O2+H211TiO2光催化发展的历史n1972年，TiO2光解水（标志）n1976年，TiO2/UV光催化能降解联苯和氯联苯 n1977年，首次证明TiO2可以光解水中的氰化物 n8090年代，光催化的研究的活跃阶段 n今天，光催化成为新兴的化学边缘学科 12ISI Survey by TiO2 or Titanium Dioxide and PhotoThompson&Yates.2006 Chem.Rev.2006200013More*3.TiO2光催化的应用14 有机物降解有机物降解环境净化环境净化卫生保健卫生保健 半导体光催化以其强劲的半导体光催化以其强劲的氧化能力可以分解破坏许多氧化能力可以分解破坏许多有机物。详细研究过的已达有机物。详细研究过的已达100余种以上余种以上 汞、铬、铅等金属离子的汞、铬、铅等金属离子的污染问题污染问题a.氧化还原性氧化还原性应用151617Adv.Funct.Mater.,2007,17,2728-2738.Tunable Synthesis of Various Wurtzite ZnS Architectural Structures and Their Photocatalytic Properties18 有机物降解有机物降解环境净化环境净化卫生保健卫生保健 对环境中的污染物具有对环境中的污染物具有强烈的氧化降解能力，强烈的氧化降解能力，使有机物分解为水和二使有机物分解为水和二氧化碳，所以是净化环氧化碳，所以是净化环境的优良功能材料境的优良功能材料a.氧化还原性氧化还原性应用19 有机物降解有机物降解环境净化环境净化卫生保健卫生保健 光催化的氧化性对大多光催化的氧化性对大多数微生物都有强杀伤力数微生物都有强杀伤力,因因此可以考虑作为杀菌消毒此可以考虑作为杀菌消毒的手段的手段,尤其是用于生活用尤其是用于生活用水的净化。光催化不仅仅水的净化。光催化不仅仅能杀死普通的细菌和病毒能杀死普通的细菌和病毒,它还能使某些癌细胞失活它还能使某些癌细胞失活 a.氧化还原性氧化还原性应用20b.b.亲水性亲水性应用防雾透明防雾透明自清洁自清洁 镜子表面一旦形成雾膜，反射像镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得模糊不清。当水在变得模糊不清。当水在TiO2薄膜表面薄膜表面的接触角小于的接触角小于15时具有高的水流动性，时具有高的水流动性，小于小于10时有自清洁效果，小于时有自清洁效果，小于7时有时有防雾效果。因此高度亲水化表面可起防雾效果。因此高度亲水化表面可起到防止水分子在表面凝聚成小液滴防到防止水分子在表面凝聚成小液滴防雾效果。用于浴室的镜子、农用暖房雾效果。用于浴室的镜子、农用暖房薄膜、仪器仪表的显示屏、汽车交通薄膜、仪器仪表的显示屏、汽车交通工具的门窗玻璃及反光镜工具的门窗玻璃及反光镜 21b.b.亲水性亲水性应用防雾透明防雾透明自清洁自清洁 建筑、交通运输工具、广建筑、交通运输工具、广告牌、路牌等表面上，雨水会告牌、路牌等表面上，雨水会自动将其清洗干净。室内装饰自动将其清洗干净。室内装饰及室内用具，表面达到高度的及室内用具，表面达到高度的亲水性而便于清洗，上面吸附亲水性而便于清洗，上面吸附的尘埃很容易擦净，非常有利的尘埃很容易擦净，非常有利于保持表面的洁净。汽车车身于保持表面的洁净。汽车车身表面涂有这种涂料可减少洗车表面涂有这种涂料可减少洗车用水用水90%。22 a.TiO2光催化氧化法 TiO2光催化氧化法，可以使污水中的染料、农药、表面活性剂、卤代物、油类等多种有机物进行降解。4.高级氧化技术举例23(300nm)（UV/H2O2 法）法）b.b.活化活化H H2 2O O2 2的光催化氧化法的光催化氧化法242,4-2,4-二硝基甲苯二硝基甲苯的光催化降解的光催化降解25 UV/Fenton反应反应 (quick)Fenton反应反应26 c.c.紫外光紫外光-臭氧臭氧光氧化法光氧化法(O O3 3/UV/UV)臭氧的氧化电位为2.07V。紫外光-臭氧净化水的效果较单纯使用臭氧效果更好。(1)(2)(3)27d.d.活化分子氧活化分子氧O O2 2的光催化氧化法的光催化氧化法 单线态氧(1O2)的氧化电位为2.2V，高于分子氧的氧化电位1.19V。285.AOP的共性活性氧物种的产生3.4V 2.8V 2.4V 2.2V 2.0V 1.8V 1.2V 0.77VCl2/2Cl-(1.40)MnO4-/MnO2(1.70)F2/F-(2.87)Fe3+/Fe2+(0.77)29