光催化技术的应用

点击：3034时间：2019-10-15 14:38:47　来源: 创始人

^{1、 光催化在环保方面的应用}

1)有机污染物的处理：光催化反应能分解多种环保上关注的有机物，还可消毒、脱色等。值得一提的是，光催化能将许多物质降解得十分彻底，最终产物除了CO 和H₂O外，初始污染物中含有的卤素、硫、磷和氮等分别被转化为X^-、SO₄^2- 、PO₄^3- 、NO₃^-等无机盐离子，大大减轻甚至完全消除了危害性。

2)无机污染物的处理：光催化能够解决汞、铬、铅等重金属离子的污染问题。刘森等 以ZnO／TiO_₂为催化剂，以日光为光源，利用ZnO和TiO_₂ 的协同光催化作用对电镀含铬废水进行处理，使cr6+离子还原为Cr3+离子，再以氢氧化物形式除去后者，从而达到治理的目的。光催化过程同样能够处理其他污染性金属。光催化还可降解氰化物等剧毒污染物 ” 。另外SO₄^2-、NO₃^-等有害气体均可吸附于光催化剂表面，并在光的作用下转化。

2 、金属催化剂的制备和贵金属的回收

光催化过程除了用于治理重金属污染外，还可借助其催化还原能力，用于金属催化剂的制备和贵金属的回收。

1)金属催化剂的制备：Herrmann等研究表明，在锐钛矿型TiO_₂的作用下，H PtC1 溶液首先按方程(1)的反应在TiO_₂表面沉积出单个的Pt原子¨ ，然后以此为生长点，Pt离子按方程(2)逐步被还原生成单质金属微粒，得到性能改进的负载型催化剂Pt／TiO_₂。

Pt+2H₂0一→Ptu+4H +O (g) (1)

Pt⁴⁺+ 一→Pt⁴⁺ 一→Pt₂⁴⁺一→Pt₂ 一Pt₃⁴⁺ 一→…一→Ptm （2）

由Pt、Pd、Rh、Au、Ag和Ir等贵金属的盐溶液出发，均可在光催化作用下在TiO₂、ZnO、WO 等表面沉积出金属颗粒，或制成由半导体化合物负载的Pf— Rh、Ag—Rh、Pt—Pd等双金属催化剂。

2)贵金属的回收：利用光催化反应沉积金属离子可实现贵金属的工业提取，例如从银离子溶液中经类似于(1)的反应提取金属银。光催化提取贵金属适用于处理常规方法无能为力的极稀溶液，用较简便的方法使金属富集在催化剂表面后，再用其它方法将其收集回收。

3、纳米二氧化钛的应用

随着人们生活质量和水平的不断提高，对TiO_₂光催化杀菌性能进行了不断的开发和利用，并将其广泛应用于日常生活中。根据需要不同，纳米TiO_₂可制备成粉末或薄膜材料。将纳米TiO_₂薄膜涂覆于材料表面制备成抗菌材料，如抗菌陶瓷、抗菌玻璃、抗菌不锈钢等，将纳米TiO_₂粉末掺杂于其他材料中可制备成抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌纤维等。

涂覆TiO_₂纳米膜的抗菌瓷砖和卫生陶瓷在日本已进行了工业化生产。主要用于医院、食品加工等场所，但抗菌效果受到了光源条件的限制。为了充分利用室内的太阳光和弱光，人们又积极开发了新型的抗菌陶瓷。

制备的表面镀有纳米TiO_₂薄膜的自清洁陶瓷，在无光照条件下，15min 内对金黄色葡萄球菌的灭菌率超过80% 。制备的TiO_₂ 抗菌陶瓷，在普通荧光灯下，对金黄色葡萄球菌的灭菌率可达以85% 。

纳米TiO ₂ 薄膜涂覆于玻璃（如日用玻璃器皿、平板装饰玻璃等）表面，可制成有杀菌功能的玻璃制品，广泛应用于医院、宾馆等大型公共场所。雷阎盈[24]制备的TiO₂微晶膜玻璃，具有杀菌广谱高效的特点。自然光照射30 m in 后，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色珠菌的杀菌率均达到90% 以上。纳米TiO ₂薄膜涂覆于不锈钢表面可制备成具有杀菌性能的不锈钢，在食品工业、医疗卫生乃至一般家庭都有广泛的应用前景。汪铭[25]制备了涂覆有A g+/TiO₂ 薄膜的抗菌不锈钢，与普通不锈钢相比，其材料性能基本相同，抗菌性能随着膜层中含银量的增加而提高。当含银量大于2% 时，不锈钢的抗菌率可达到90% 以上。

4 、光催化在化学合成方面的应用

1)有机物合成：光催化反应不仅可以降解许多有机化合物，在适当的条件下还可用来合成一些有机化合物，尤其是有机聚合物。Hoffman等 研究了量子尺寸CdS光催化剂引发甲基丙烯酸甲酯的聚合反应，并与其它量子尺寸光催化剂作了比较，发现引发该反应的能力依次为：TiO₂，即CdS催化剂引发活性最高。与大尺寸半导体相比，量子尺寸的半导体表现出良好的引发聚合效率。

2)无机物合成：光催化反应还可用于水分解制氢 、合成氨 ¨等重要无机化学反应过程。利用半导体光催化剂催化水分解制氢，将太阳能转化成化学能，是当今光催化研究领域的热门课题。Karaktisou等的研究表明，当TiO₂的表面有其它金属存在时，有利于氢气的生成，双功能Pt—RuOx／TiO₂光催化体系是最有效的水分解制氢催化剂，氢的生成速率与溶液pH值呈指数关系，与光照强度和反应体系的搅拌速度呈线性关系。

5 、光催化在卫生保健方面的应用

由于光催化过程具有强氧化性，对大多数的微生物都有很强杀伤力。因此，可作为杀菌消毒的手段，尤其用于生活用水的净化。光催化不仅能够杀死普通的细胞和病菌，还能使某些癌细胞死亡。Cai等指出 ，以直径约300A的超细TiO₂悬浮液(100ug／m1)为催化剂，在紫外光下照射10min，可将恶性HeLa细胞完全杀死。光催化治癌并不局限于杀伤人工培养的细胞样品，同样也能杀伤实验动物体内的癌细胞。尽管目前距实际临床应用尚有大量工作要做，但光催化技术在卫生保健方面的潜在应用价值己得到广泛关注。