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              光化學反應器的未來在哪里?

              發布日期:2022-11-15      瀏覽次數:148

              什么是光催化?

              一般說來,催化分為均相催化、多相催化和酶催化,而光催化是多相催化的一個分支。光催化是利用光能進行物質轉化的一種方式是物質在光和催化劑共同作用下所進行的化學反應。光催化是催化化學、光化學、半導體物理、材料科學、環境科學等多學科交叉的新興研究領域。


              光催化的發展歷史

              1967年,碩士一年級的 Fujishima在 Honda 指導下開始實驗,發現在紫外光照射下, TiO2 電極可以將水分解為氫氣和氧氣,即 “本多 -藤島效應 " ( Honda-Fujishima Effect)。 1972 年,他們將這一現象發表在 Nature 上,揭開了多相光催化新時代的序幕。

              1976 年, Carey等發現 TiO 2 在紫外光條件下能有效分解多氯聯苯,被認為是光催化技術在消除環境污染物方面的創造性工作,繼而進一步推動了光催化研究熱潮。且 1983 年起,A.L.Pruden和 D.Follio發現烷烴、烯烴和芳香烴的氯化物等一系列污染物都能被光催化降解掉,擴大了光催化在環境領域的應用。  

              1977 年, Yokota T等發現在光照條件下, TiO 2 對丙烯環氧化具有光催化活性,拓寬了光催化的應用范圍,為有機物合成提供了一條新的思路。經過幾十年的發展,光催化在污染物降解、重金屬離子還原、空氣凈化、 CO 2 還原、太陽能電池、抗菌、自清潔等方面受到廣泛應用研究,是國際上熱門研究領域之一。

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              光催化反應機理

              (Ⅰ )當入射光能量 hv不小于禁帶寬度 Eg 時,價帶上電子 e-吸收光能躍遷至導帶,同時價帶上產生空穴 h+;
              ( Ⅱ) 產生的e- 、 h+在電場或者擴散作用下分別遷移至半導體表面;
              ( Ⅲ) 具有還原能力的e- 與具有氧化能力的 h+ 與吸附在半導體表面上的物質發生氧化還原反應,比如污染物降解、水分解制氫氣等。


              光催化的研究方向

              1)水污染治理
              隨著工業化和現代化的不斷發展,環境污染問題日趨嚴重,水污染是其中重中之重。相比傳統水污染治理方法,光催化法綠色環保、無二次污染。除了常見的各種染料,如亞甲基藍 (MB) 、羅丹明  B (RhB)、甲基橙  (MO)  等,其他無色的污染物,比如苯l酚、雙酚  A(BPA) ,或者各種抗生素農藥等都可以降解掉。此外,光催化還可以將水體中的有毒重金屬離子,如 Cr 6+ 、 Pt4+ 、 Au3+   等還原為低價離子,減弱其毒性。

              2)水分解
              傳統的化石能源儲量有限,且燃燒后會造成溫室效應和環境污染,如何制造清潔可再生能源是研究熱點。利用光催化將水分解為 H 2 和 O2 ,用氫能源取代化石能源,生態環保、成本低。但目前產氫效率還比較低,距離實際工業化應用還有很長的路要走。

              3) CO2 還原
              隨著大氣中 CO 2 濃度不斷增加,溫室效應越發明顯,極l端氣候頻發,如何降低大氣中 CO 2 含量是亟待 解決的重大問題。 利用光催化技術,將 CO 2 還原為甲烷、甲醇、甲酸等有機化合物,具有很高的應用價值。

              4)空氣凈化
              空氣中含有的污染物主要有氮氧化物 (NO2 , NO 等 ) ,硫氧化物 (SO 2 , SO3   等 ) ,各種揮發性有機化合物 (甲苯、苯、二甲苯、乙醛、甲醛等 ) 。目前處理空氣污染常見方法為物理吸附或者借助貴金屬降解,物理吸附適用面廣,但只適合于濃度較高污染物;貴金屬降解成本高,且條件苛刻,耗能高,效率低,只適用于有經濟條件的工廠。光催化作為一種新型的綠色環保技術,成本低,適用面廣,顯示出廣闊應用前景。

              5)抗菌
              抗菌材料分為有機和無機兩類,而有機材料抗菌性弱、耐熱性差、穩定性較差等特點限制了其使用,并逐漸被無機抗菌材料取代,而負載有銀、銅等金屬離子的無機殺菌劑能使細胞失去活性,但細菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分,如內毒素。而 TiO 2  等光催化劑不僅能殺死細菌,還能**降解有毒組分。

              6)有機合成
              傳統有機合成經常使用到有害有毒或者危險試劑,且一些反應條件苛刻,而光催化有機合成反應條件溫和,具備高選擇性,簡單環保,成為有機合成研究熱點。目前,光催化在有機合成中的應用有:
              (1) 醇、胺、烯烴和烷烴的氧化或芳香族化合物羥基化反應;
              (2) 用親核試劑活化、官能化 α-C-H 鍵以構建新的 C-C 或 C-X(X=O , N  或  S) 鍵;
              (3) 將硝基苯還原成氨基苯或偶氮苯等等。


              當然 光催化的研究方向絕不止上面提到的這些,比如自清潔、太陽能電池等等??偠灾?,光催化是一個充滿朝氣與挑戰的領域,其中一些技術能實現大規模生產和應用的話,將對人類生活帶來莫大的改善。


              光催化反應器生產廠家

              鄭州長城科工貿有限公司隆重推出光催化反應器,該儀器有反應溫控可調、內部空間有多種組合方式、有多種光源選配、光照強度可測、實驗過程可觀測等優點,提供多種實驗場景模擬,為光催化反應提供便利實驗條件。



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