影響光氧催化性能的因素有哪些?
影響光氧催化性能的因素有好幾種,源和環(huán)保小編整理了以下幾點,為大家作詳細介紹。
(1)催化劑品體結(jié)構(gòu)的影響
以TiO2為例,TiO2主要有兩種晶型一一銳鈦礦型和金紅石型,銳鈦礦型和金紅石型均屬四方晶系,兩種晶型都是由相互連接的TO6八面體組成的,每個T原子都位于八面體的中心,且被6個O原子圍繞。兩者的差別主要是八面體的畸變程度和相互連接方式不同。
金紅石型的八面體不規(guī)則,微顯斜方晶,其中每個八面體與周圍10個八面體相連(其中兩個共邊,八個共頂角):而銳鈦礦型的八面體呈明顯的斜方品畸變,其對稱性低于前者,每個八面體與周圍8個八面體相連(四個共邊,四個共頂角)。這些結(jié)構(gòu)上的差異使得兩種品型有不同的電子能帶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度Eg為3.3eV,大于金紅石型TiO的禁帶寬度(Eg為3.1eV)。銳鈦礦型TiO2較負的導帶對O2的吸附能力較強,比表面積較大,光生電子和空穴容易分離,這些因素使得銳鈦礦型TiO2光催化活性高于金紅石型TiO2的光催化活性。
(2)催化劑顆粒粒徑的影響
催化劑粒徑的大小直接影響光催化活性。當粒子的粒徑越小時,單位質(zhì)量的粒子數(shù)越多,比表面積越大。對于一般的光氧催化反應(yīng),在反應(yīng)物充足的條件下,當催化劑表面的活性中心密度一定時,表面積越大吸附的OH越多,生成更多的高活性的?OH,從而提高了催化氧化效率。當粒子大小在1~100nm級時,就會出現(xiàn)量子效應(yīng),成為量子化粒子,使得h++e-對具有更強的氧化還原能力,催化活性將隨尺す寸量子化程度的提高而增加。另外,尺寸的量子化可以使半導體獲得更大的電荷遷移速率,使h+與e-復合的概率大大減小,因而提高催化活性。
(3)光催化劑用量的影響
TiO2在光氧催化降解反應(yīng)中,反應(yīng)前后幾乎沒有消耗。TiO2的用量對整個降解反應(yīng)的速率是有影響的,在TiO2光催化降解有機磷農(nóng)藥研究結(jié)果中表明,有機磷農(nóng)藥降解速率開始隨TiO2用量的增加而提高,當量增加到一定時降解速率不再提高,反而有所下降。一開始速率提高是因為催化劑的增加,產(chǎn)生的?OH增加。當催化劑增加到一定程度時,會對光吸收有影響。
(4)光源與光強的影響
光電壓譜分析表明,由于TiO2表面雜質(zhì)和晶格缺陷影響,它在一個較大的波長范圍里均有光催化活性。因此,光源選擇比較靈活,如黑光燈、高壓汞燈、中壓求燈、低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等,波長一般在250~400nm范圍內(nèi)。應(yīng)用太陽光作為光源的研究也取得一定的進展,實驗發(fā)現(xiàn)有相當多的有機物可以通過太陽光實現(xiàn)降解。有資料報道,在低光強下降解速率與光強呈線性關(guān)系,中等強度的光照下,降解速率與光強的平方根有線性關(guān)系。
(5)有機物的種類、濃度的影響
H.Hidaka等研究表明,陽離子、陰離子及非離子型表面活性劑如DBS、SDS、BSD等易于光催化降解,分子中芳香烴比鏈烴結(jié)構(gòu)易于端裂而實現(xiàn)無機化。
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