TiO2通用技術(shù)說明
光催化氧化處理污染物是一種新興的技術(shù),其中納米TiO2 光催化應(yīng)用技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,利用自然光即可催化分解細(xì)菌和污染物,具有高催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、無二次污染、無刺激性、安全無毒等特點(diǎn),且能*有益于生態(tài)自然環(huán)境,是具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化技術(shù)之一.此外,由于顆粒的細(xì)微化,納米材料還具有塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng).
1 TiO2 的光催化機(jī)理
半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能價(jià)帶構(gòu)成,它們之間的區(qū)域稱為禁帶.禁帶是一個(gè)不連續(xù)區(qū)域.當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此半導(dǎo)體催化劑時(shí),處于價(jià)帶的電子（e）就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上,價(jià)帶生成空穴（h+）,從而在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對(duì).TiO2 的帶隙能為 3.2ev,相當(dāng)于波長為 387.5nm光子的能量,當(dāng)TiO2 受到波長小于 387.5nm的紫外光照射時(shí),處于價(jià)帶的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上去,從而分別在價(jià)帶和導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性的光生空穴和光生電子.在電場(chǎng)的作用下,電子與空穴發(fā)生分離,遷移到粒子表面的不同位置.熱力學(xué)理論表明,分布在TiO2表面的空穴可以將吸附在其表面的OH-和H2O分子氧化成·OH.而電子（e-）具有很強(qiáng)的還原性,可使得TiO2
固體表面的電子受體如O2 被還原.O2 既可以抑制光催化劑上電子和空穴的復(fù)合,提高反應(yīng)效率,同時(shí)也是氧化劑,可以氧化已經(jīng)羥化的反應(yīng)產(chǎn)物,是表面羥基自由基的另一個(gè)來源.締合在Ti4+表面的·OH的氧化能力是水體中存在的氧化劑中zui強(qiáng)的,能夠氧化大部分的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物,將其zui終降解為CO2、H2O等無害物質(zhì),并且對(duì)反應(yīng)物幾乎無選擇性,因而在光催化氧化中起著決定性的作用.從理論上說,只要半導(dǎo)體吸收的光能大于等于其帶隙能,就能被激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴,該半導(dǎo)體就可以作為光催化劑,但從實(shí)際來看,一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體光催化劑必須具有化學(xué)穩(wěn)定性、光照穩(wěn)定性、高效性和選擇性及較寬的光譜響應(yīng),同時(shí)還要考慮到材料成本和光匹配性等因素.
2 TiO2 光催化氧化處理有機(jī)污染物
TiO2 具有無毒、催化活性高、光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是光催化氧化法中常用的催化劑,其催化活性與催化劑的粒徑、表面狀態(tài)及晶型等因素有關(guān), 同時(shí)TiO2 還可通過貴金屬及金屬氧化物、金屬離子摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體、外加電場(chǎng)等方式來提高光催化降解的效率.Jenks實(shí)驗(yàn)組研究了在TiO2懸浮液中 4-氯*的光解過程,發(fā)現(xiàn) 4-氯*在光催化作用下降解很*,zui后可開環(huán)礦化為H2O、CO2、Cl-等無機(jī)小分子化合物;Lgldo等人考4-硝基*在TiO2（銳鈦礦型）/TiO2（金紅石型）光催化劑作用下的降解過程,并與TiO2（銳鈦礦型）/Al2O3 進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩種催化劑都有活性,而且它們的活性隨銳鈦礦型TiO2 含量的增加而提高;TiO2 負(fù)載Pt后能將有機(jī)磷殺蟲劑光催化降解的速率提高 4.5~6 倍.。
1 TiO2 的光催化機(jī)理
半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能價(jià)帶構(gòu)成,它們之間的區(qū)域稱為禁帶.禁帶是一個(gè)不連續(xù)區(qū)域.當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此半導(dǎo)體催化劑時(shí),處于價(jià)帶的電子（e）就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上,價(jià)帶生成空穴（h+）,從而在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生具有高度活性的空穴/電子對(duì).TiO2 的帶隙能為 3.2ev,相當(dāng)于波長為 387.5nm光子的能量,當(dāng)TiO2 受到波長小于 387.5nm的紫外光照射時(shí),處于價(jià)帶的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上去,從而分別在價(jià)帶和導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性的光生空穴和光生電子.在電場(chǎng)的作用下,電子與空穴發(fā)生分離,遷移到粒子表面的不同位置.熱力學(xué)理論表明,分布在TiO2表面的空穴可以將吸附在其表面的OH-和H2O分子氧化成·OH.而電子（e-）具有很強(qiáng)的還原性,可使得TiO2
固體表面的電子受體如O2 被還原.O2 既可以抑制光催化劑上電子和空穴的復(fù)合,提高反應(yīng)效率,同時(shí)也是氧化劑,可以氧化已經(jīng)羥化的反應(yīng)產(chǎn)物,是表面羥基自由基的另一個(gè)來源.締合在Ti4+表面的·OH的氧化能力是水體中存在的氧化劑中zui強(qiáng)的,能夠氧化大部分的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物,將其zui終降解為CO2、H2O等無害物質(zhì),并且對(duì)反應(yīng)物幾乎無選擇性,因而在光催化氧化中起著決定性的作用.從理論上說,只要半導(dǎo)體吸收的光能大于等于其帶隙能,就能被激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴,該半導(dǎo)體就可以作為光催化劑,但從實(shí)際來看,一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體光催化劑必須具有化學(xué)穩(wěn)定性、光照穩(wěn)定性、高效性和選擇性及較寬的光譜響應(yīng),同時(shí)還要考慮到材料成本和光匹配性等因素.
2 TiO2 光催化氧化處理有機(jī)污染物
TiO2 具有無毒、催化活性高、光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是光催化氧化法中常用的催化劑,其催化活性與催化劑的粒徑、表面狀態(tài)及晶型等因素有關(guān), 同時(shí)TiO2 還可通過貴金屬及金屬氧化物、金屬離子摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體、外加電場(chǎng)等方式來提高光催化降解的效率.Jenks實(shí)驗(yàn)組研究了在TiO2懸浮液中 4-氯*的光解過程,發(fā)現(xiàn) 4-氯*在光催化作用下降解很*,zui后可開環(huán)礦化為H2O、CO2、Cl-等無機(jī)小分子化合物;Lgldo等人考4-硝基*在TiO2（銳鈦礦型）/TiO2（金紅石型）光催化劑作用下的降解過程,并與TiO2（銳鈦礦型）/Al2O3 進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩種催化劑都有活性,而且它們的活性隨銳鈦礦型TiO2 含量的增加而提高;TiO2 負(fù)載Pt后能將有機(jī)磷殺蟲劑光催化降解的速率提高 4.5~6 倍.。
NBL光催化氧化技術(shù)核心
催化劑比表面積；寬譜紫外線波長小于387nm的比例；催化劑的固化技術(shù)；紫外線燈的使用壽命構(gòu)成了NBL的四大核，1：催化劑的比表面積，NBL催化劑的比表面積1m2:1000m3設(shè)計(jì)裝配，是目前同類產(chǎn)品中比表面積zui大的，光觸媒載體經(jīng)科學(xué)選料，特殊處理，耐高溫，耐腐蝕，呈燒結(jié)態(tài)；2：催化劑的固化技術(shù)，催化劑的脫落是催化劑固化的常見現(xiàn)象，催化劑和載體表面的附著力是困擾催化劑固化的主要問題，NBL首先采用真空固化技術(shù)，zui大限度除去載體表面的油性和水份，同時(shí)在凈油過程中又要防止載體表面的釉面的破壞，導(dǎo)致催化劑的滲入，真空固化的載體，再經(jīng)高溫烘烤，使光觸媒涂層呈燒結(jié)態(tài)和立體凹凸，在固化的同時(shí)增加催化劑的比表面積；3：寬譜紫外線波長小于387nm的比例，通用型的紫外線燈包括高臭氧燈，185nm以下的光波比例不到3%；185nm-387nm的也不到14%，瞬間光強(qiáng)催化的能力有道提高，紫外線燈的壽命國產(chǎn)只有5000小時(shí)，進(jìn)口也不超過10000小時(shí)，主要的原因是電極被氧化，NBL采用無極燈技術(shù)，克服了傳統(tǒng)由于電極氧化造成的紫外線燈燒毀，設(shè)計(jì)壽命達(dá)到50000小時(shí)，由于無極燈采用高頻激發(fā)技術(shù)，185nm以下波長的比例明顯提高，合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到12%，同時(shí)由于高頻技術(shù)的空間傳播特性，微波本身就具有催化功能，因此某種程度上講，系統(tǒng)具備了雙重催化功能。
催化劑比表面積；寬譜紫外線波長小于387nm的比例；催化劑的固化技術(shù)；紫外線燈的使用壽命構(gòu)成了NBL的四大核，1：催化劑的比表面積，NBL催化劑的比表面積1m2:1000m3設(shè)計(jì)裝配，是目前同類產(chǎn)品中比表面積zui大的，光觸媒載體經(jīng)科學(xué)選料，特殊處理，耐高溫，耐腐蝕，呈燒結(jié)態(tài)；2：催化劑的固化技術(shù)，催化劑的脫落是催化劑固化的常見現(xiàn)象，催化劑和載體表面的附著力是困擾催化劑固化的主要問題，NBL首先采用真空固化技術(shù)，zui大限度除去載體表面的油性和水份，同時(shí)在凈油過程中又要防止載體表面的釉面的破壞，導(dǎo)致催化劑的滲入，真空固化的載體，再經(jīng)高溫烘烤，使光觸媒涂層呈燒結(jié)態(tài)和立體凹凸，在固化的同時(shí)增加催化劑的比表面積；3：寬譜紫外線波長小于387nm的比例，通用型的紫外線燈包括高臭氧燈，185nm以下的光波比例不到3%；185nm-387nm的也不到14%，瞬間光強(qiáng)催化的能力有道提高，紫外線燈的壽命國產(chǎn)只有5000小時(shí)，進(jìn)口也不超過10000小時(shí)，主要的原因是電極被氧化，NBL采用無極燈技術(shù)，克服了傳統(tǒng)由于電極氧化造成的紫外線燈燒毀，設(shè)計(jì)壽命達(dá)到50000小時(shí)，由于無極燈采用高頻激發(fā)技術(shù)，185nm以下波長的比例明顯提高，合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到12%，同時(shí)由于高頻技術(shù)的空間傳播特性，微波本身就具有催化功能，因此某種程度上講，系統(tǒng)具備了雙重催化功能。
NBL光催化氧化技術(shù)是有NBL公司微波低溫等離子體廢氣凈化設(shè)備（號(hào)ZL201020269930.4）升華而成，污染物分子有引風(fēng)機(jī)引入光催化區(qū)，大體要經(jīng)歷電子轟擊、強(qiáng)氧化劑-OH的氧化、185nm以下紫外線光解、臭氧氧化、電子轟擊、強(qiáng)氧化劑-OH的氧化、臭氧氧化、正氧離子氧化等過程；從結(jié)構(gòu)空間上講，污染物依次經(jīng)過光觸媒催化區(qū)、無極燈光解區(qū)、光觸媒催化區(qū)、氧化區(qū)，設(shè)計(jì)停留時(shí)間1.5s，雙層催化劑結(jié)構(gòu)不但保證了催化比表面積；同時(shí)發(fā)揮了均布導(dǎo)流的高能，在有限的空間zui大限度保證空間上和紫外線無極燈的充分接觸，增加和提高活性粒子和污染物的接觸機(jī)會(huì)和時(shí)間。
