第7章-環(huán)境污染修復(fù)的光化學(xué)技術(shù)PPT課件.ppt

1、第7章 環(huán)境污染修復(fù)的光化學(xué)技術(shù) 內(nèi) 容第1節(jié) 環(huán)境光化學(xué)第2節(jié) 環(huán)境光化學(xué)基礎(chǔ)第3節(jié) 土壤表面的光化學(xué)過程第4節(jié) 光化學(xué)技術(shù)及應(yīng)用第1節(jié) 環(huán)境光化學(xué)概念：環(huán)境光化學(xué)是研究環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)在陽光作用下的化學(xué)特性、行為和效應(yīng)以及利用光化學(xué)的原理與方法控制化學(xué)污染的一門學(xué)科。環(huán)境光化學(xué)是環(huán)境化學(xué)的一個(gè)重要分支和前沿領(lǐng)域。范疇：大氣光化學(xué) 水環(huán)境光化學(xué) 土壤表面光化學(xué) 環(huán)境光生物化學(xué) 污染控制光化學(xué) 大氣光化學(xué)大氣物質(zhì)在陽光作用下發(fā)生的化學(xué)過程，主要涉及對(duì)流層、平流層中痕量組分（O3、NOx、硝酸/亞硝酸及其酯、鹵代烴、醛等有機(jī)物）的大氣光化學(xué)、自由基反應(yīng)；大氣水相（云水、霧水、雨滴）中微量化學(xué)成分及

2、氣溶膠等顆粒物的光化學(xué)反應(yīng)；大氣污染的光化學(xué)煙霧模式等。水環(huán)境光化學(xué)水體表面透光層中化學(xué)物質(zhì)的光化學(xué)反應(yīng)；水中有機(jī)物光化學(xué)降解；光化學(xué)過程對(duì)溶解有機(jī)質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的影響；不同形態(tài)金屬和類金屬元素的光化學(xué)反應(yīng)及氧化還原循環(huán)；水生生物引發(fā)和參與的光化學(xué)過程。 土壤表面光化學(xué)土壤表面有機(jī)物（主要是農(nóng)用化學(xué)品、土壤有機(jī)質(zhì)）的降解；光化學(xué)過程對(duì)化學(xué)物質(zhì)從土壤表面相大氣中的遷移。 環(huán)境光生物化學(xué)主要研究化學(xué)物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)及其化學(xué)原理、過程和機(jī)制；生物引發(fā)或參與的光化學(xué)過程及其對(duì)某些重要元素的生物地球化學(xué)循環(huán)的影響。 污染控制光化學(xué)污染控制光化學(xué)是一個(gè)新型的污染控制化學(xué)領(lǐng)域，它與環(huán)境工程學(xué)、

3、化學(xué)工程學(xué)有密切的關(guān)系。它研究與污染控制有關(guān)的光化學(xué)機(jī)制與工藝技術(shù)中的光化學(xué)基礎(chǔ)性問題，以便最大限度地控制化學(xué)污染，為開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的污染控制技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。 第2節(jié) 環(huán)境光化學(xué)基礎(chǔ) 電磁波譜電磁輻射波譜圖2.1 光的能量 一個(gè)光子的能量（E）可表示為： E hvhc/h為Planck常數(shù)，6.626 x 10-34 J.s./光量子v為光的頻率，s-1；c 光速，2.9979 x 108 m s-1波長(zhǎng)1 mol光子定義為一個(gè)Einstein。ENA hvNA為阿伏加德羅常數(shù)，6.02 x 1023/mol 2.2 光化學(xué)定律 光化學(xué)第一定律： 也稱Grothus-Draper定律。只有被分

4、子吸收的光，才能有效地引起分子的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)第二定律： 也稱StarkEinstein定律。發(fā)生光化學(xué)變化是由分子吸收一個(gè)光量子的結(jié)果?；蛘哒f，在光化學(xué)反應(yīng)的初級(jí)過程，被吸收的一個(gè)光子，只能激活一個(gè)分子。量子產(chǎn)額： 光化學(xué)反應(yīng)的效率通常用量子產(chǎn)率（ ）來表示，其定義為： 分解或生成的分子數(shù)/ 吸收的光量子數(shù) 第3節(jié) 土壤表面的光化學(xué)過程 土壤表面光化學(xué)所要研究的基本問題:當(dāng)分子吸附在土壤固相表面時(shí)，在光照下，被吸附分子的光活性與其自由分子的光活性有什么區(qū)別？被吸附的分子如何被降解？降解的效率如何？降解的條件和影響因子是什么？3.1 土壤介質(zhì)的基本組成土壤是由固、液、氣物質(zhì)組成的疏松多孔體，

5、其中土壤固相約占50，土壤氣、液相約占50%。土壤固相主要是土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)組成。土壤礦物土壤膠體 土壤膠體的概念： 指土壤中粒徑為0-100 nm的微小固體顆粒。主要由礦質(zhì)膠體和有機(jī)膠體組成。無機(jī)膠體和有機(jī)膠體常結(jié)合成有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體。 礦質(zhì)膠體：粘土礦物，含水氧化鐵、鋁膠體， 水鋁英石，含水氧化硅膠體 有機(jī)膠體：各種腐殖質(zhì)，還有少量的木素、蛋白質(zhì)、纖維素等 有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體：3.2 土壤表面與有機(jī)分子的相互作用黏土礦物對(duì)有機(jī)無機(jī)物質(zhì)吸附后，在光作用下表現(xiàn)出特殊性質(zhì)。過去十多年來，黏土礦物逐漸被用作無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)的吸附材料或通常所說的載體，成為新的功能性無機(jī)混合材料。而最近幾年，黏土礦

6、物被用作光功能性有機(jī)無機(jī)混合系統(tǒng)主體材料以及光化學(xué)各向異性反應(yīng)場(chǎng)的特性而受到關(guān)注。 蒙脫石能有效的將不同的有機(jī)混合物(離子和分子)吸附于其夾層中（interlayers）。這種內(nèi)嵌作用（intercalation）可以很容易的在懸浮液溶液中甚至是直接在固相中通過電磁攪拌實(shí)現(xiàn)。硅氧四面體oxygen-silicon tetrahedron鋁氧八面體1:1型 (高嶺石)結(jié)構(gòu)鋁氧片硅氧片1:1型 (高嶺石)結(jié)構(gòu)鋁氧八面體層 硅氧四面體層 層間氫鍵 OOH2:1型 粘土礦物的結(jié)構(gòu) 硅氧四面體層 鋁氧八面體層 硅氧四面體層 OSiAlThese minerals consist of two silic

7、on tetrahedral layers and one aluminum octahedral layerSiOAlFe Mg NaH 吸附在黏土表面的客體有機(jī)分子的吸收光譜特性會(huì)發(fā)生變化。如，染料R6G在合成鋰皂石表面吸附后形成二聚體的光譜特性發(fā)生變化，內(nèi)部二聚體的吸收發(fā)生“紫移”，而外部二聚體發(fā)生“紅移”。這種有機(jī)客體分子在土壤表面吸收光譜的“紅移”是發(fā)生可見光或陽光光解和光敏化作用的重要原因。 采用現(xiàn)代分析手段，如XRD、中子散射或高分辨電子顯微鏡、NMR、ESR、穆斯堡爾譜（Messbauer spectroscopy）等來表征主體客體相互作用和客體存在的確定方位。3.3 土壤表面

8、有機(jī)物光解的影響因子 土壤是非均質(zhì)的復(fù)雜體系。隨著各種不同的污染源污染后，其成分更加復(fù)雜。土壤表面的光降解不同于水溶液中的光降解。甚至土壤內(nèi)部于表面之間，懸浮體系和干燥土壤體系之間也存在較大差異。（1） 土壤組成： 土壤對(duì)有機(jī)物有很強(qiáng)的催化活性，這種活性取決于土壤的化學(xué)構(gòu)成。已知黏土礦物是加速許多農(nóng)藥光解的最有效因素，特別是對(duì)于光催化降解而言，吸附作用是起決定作用的。然而，由于其復(fù)雜性，光降解方式與土壤組分之間的聯(lián)系并沒有完全建立。（2） 光敏劑一些農(nóng)藥（有機(jī)物）不吸收可見光，需要光敏物質(zhì)的存在才能進(jìn)行。光敏劑和光猝（cu）滅劑分別作為光的載體和受體，可改變有機(jī)污染物的光穩(wěn)定性，加速或延緩污染

9、物的光解，對(duì)農(nóng)藥的藥效、殘留、環(huán)境行為及環(huán)境安全性評(píng)價(jià)和污染有重要作用腐殖質(zhì)、TiO2就是最常見的光敏劑。（3）自由基在光照條件下，土壤表面有大量的單重態(tài)氧的生成。單重態(tài)氧的生成，特別對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的光解起主要作用。（4）水分含水量增加降低有機(jī)物的吸附量。在含水量低于3持水量，顆粒表面沒有形成水膜，有利于吸附作用。水分蒸發(fā)，有利于有機(jī)物在土壤表層聚集，因而有利于光解進(jìn)行。（5）有機(jī)物土壤有機(jī)質(zhì)影響土壤顏色，從而影響光的穿透深度。一般有效的光解深度為）0.1-0.5mm。有機(jī)物的遷移，影響污染物的遷移過程有機(jī)物的結(jié)合3.4 有機(jī)物在土壤表面的光解效果土壤是農(nóng)藥直接應(yīng)用或應(yīng)用后的主要?dú)w屬，也是農(nóng)藥在

10、土壤環(huán)境去除的重要途徑。1955年 Hill首次注意到除草劑用于土壤后因光解造成效果下降。3.4.1 農(nóng)藥在土壤中的光解常見農(nóng)藥種類：有機(jī)氯農(nóng)藥：DDT，六六六有機(jī)氮農(nóng)藥：阿特拉津有機(jī)磷農(nóng)藥：甲基對(duì)硫磷菊酯類農(nóng)藥：除蟲菊酯有機(jī)氯農(nóng)藥：趙自強(qiáng)等研究-666在土壤中降解于土壤有機(jī)質(zhì)和鐵含量的關(guān)系。降解速率隨有機(jī)質(zhì)含量增加而降低，但隨鐵的增加而增加。有機(jī)氮類農(nóng)藥葉常明研究阿特拉津在土壤中受陽光和紫外光降解的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果：1）降解速率隨土粒粒徑變小而增加；2）土壤含水有利于降解；3）酸性和堿性土壤均對(duì)降解有促進(jìn)作用，但中性土壤降解速率最低。4）土壤腐殖質(zhì)和表面活性劑存在促進(jìn)降解。有機(jī)磷類農(nóng)藥岳永德等以

11、500W氙燈為光源，研究了毒死稗在砂土和黏土上的降解。結(jié)果：1）降解速度快，半衰期為1926 h；2）TiO2、Fe3+、對(duì)光解有顯著促進(jìn)作用；3) 土壤水分對(duì)降解的影響與質(zhì)地有關(guān)。菊酯類農(nóng)藥氯菊酯時(shí)性質(zhì)較為穩(wěn)定的除蟲菊酯。光分解對(duì)擬除蟲菊酯起重要作用。氯菊酯的重要特性時(shí)親酯性很強(qiáng)，能被任何一種土壤迅速吸附，可避免化合物因水的淋失而損失。菊酯類農(nóng)藥可被陽光迅速降解。3.4.2 其它化合物在土壤表面的光解PCBsPCBs的光化學(xué)反應(yīng)以氫取代氯的脫氯反應(yīng)為主，在水或醇等極性溶液中，還有羥基化反應(yīng)。PCDDs土壤表面的PCDDs在太陽輻射下，能很快降解脫氯生成低氯的同系物，但降解深度極為有限，只有0

12、.1-0.5mm。甚至更低。土壤中加入有機(jī)溶劑（光敏劑），可以提高紫外光降解率，加快反應(yīng)速度。四氯化碳和苯1998年Tao等人研究了四氯化碳和苯在黏土礦物上的降解。（1)蒙脫石的降解效果高于高嶺石，經(jīng)過Zn2 交換處理的蒙脫石更有利于降解。（2）苯與四氯化碳的降解反應(yīng)產(chǎn)物四苯甲酸、苯甲酮、碳正離子。金屬化合物多相光催化體系包括氧化和還原雙重反應(yīng)機(jī)制。對(duì)于多數(shù)有機(jī)污染物而言，主要是光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的單重態(tài)氧參與的氧化機(jī)制；對(duì)于高氧化態(tài)的重金屬污染物如Cr（VI）、Hg（II）等，主要是光化學(xué)產(chǎn)生的強(qiáng)還原物質(zhì)（如光生電子、有機(jī)自由基，如草酰自由基等、亞鐵等）參與的還原機(jī)制。主要是Hg2、Cr（VI）

13、的還原。第4節(jié) 光化學(xué)技術(shù)及應(yīng)用 4.1 光氧化技術(shù)光氧化技術(shù)是指利用強(qiáng)氧化劑Fenton、O3、H2O2等在UV輻射下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的.OH氫氧自由基來處理降解污染物的技術(shù)。光氧化技術(shù)的特點(diǎn)：1) 反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量氫氧自由基，對(duì)有機(jī)物的降解速度快；2）對(duì)許多難降解有機(jī)物的降解效果好；3）光氧化的反應(yīng)條件對(duì)溫度、壓力沒有特別要求；4）作為生物處理技術(shù)的前處理，可以大大提高難降解物的可生物降解性。4.1.1 UV/Fenton技術(shù)Fenton試劑：100多年前，HJ Fenton發(fā)明的一種由H2O2和催化劑Fe2構(gòu)成的氧化體系，后來稱之為Fenton試劑。Fenton試劑具有很強(qiáng)的氧化能力

14、，特別適用于難生物降解物的處理和一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。比如垃圾滲出液、氯酚類污染物等。Fenton試劑的氧化機(jī)理Fe2+ + H2O2 Fe3+ +HO. +HO-Fe3+ +H2O2 Fe2+ + HOO. +H+Fe2+ +HO. Fe3+ +H+HOO.+Fe3+ Fe2+ +O2 +H+HO. + H2O2 HOO. + H2OFe2+ +HOO. HO2- + Fe3+ 單用Fenton試劑處理成本較高，一般多連用其它方法處理，以降低成本或提高氧化效率，來拓寬Fenton試劑 的應(yīng)用范圍。光助Fenton技術(shù)就是其中很重要的一例。紫外光引入Fenton試劑中，可以

15、大大提高其氧化能力，節(jié)約H2O2用量，降低處理成本。UV/Fenton氧化法的氧化機(jī)理(1) H2O2 hv 2 .OH(2) Fe2+ hv Fe3+ Fe(OH)2+ Fe2+ +HO.(3) UV還可以加快Fenton中的各種反應(yīng)(4) 有機(jī)物在氧化過程中會(huì)產(chǎn)生中間產(chǎn)物草酸，草酸與鐵離子形成的草酸鐵絡(luò)合物是光化學(xué)活性很高的物質(zhì)。(5)反應(yīng)體系中產(chǎn)生的.OH還可以與有機(jī)物HRH產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生有機(jī)自由基RH., 發(fā)生自由基反應(yīng)。UV/Fenton氧化技術(shù)的應(yīng)用UV與Fenton試劑結(jié)合可以產(chǎn)生濃度更高的氫氧自由基。對(duì)于濃度為0.1mmol/L的除草劑（2,4-D），如果用單獨(dú)用Fenton試劑

16、處理，即使H2O2濃度高達(dá)500mm/L，也只能進(jìn)行不到70的不完全降解。但如果結(jié)合UV輻射，則可使除草劑完全礦化，同時(shí)速度增加2倍以上， H2O2濃度僅用5mmol/L。 UV/Fenton氧化技術(shù)在處理高濃度、難降解、有毒有害廢水方面表現(xiàn)出比其它方法更多的優(yōu)勢(shì)，成為世界水處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。但單純采用UV/Fenton氧化技術(shù)處理工業(yè)廢水成本還偏高，還應(yīng)該研究光氧化技術(shù)和其它技術(shù)相結(jié)合的辦法。比如，采用光氧化技術(shù)對(duì)難降解的廢水進(jìn)行預(yù)處理，破壞一些難降解的和毒性大的有機(jī)物，以提高廢水的可生化性，再采取生化法處理。影響UV/Fenton反應(yīng)的因素（1）處理有機(jī)廢水水質(zhì)的影響。主要是水質(zhì)影響光透

17、性。（2） 亞鐵離子的影響。亞鐵離子過高對(duì)H2O2的消耗性過大，不利于自由基的生成，從而使反應(yīng)速率降低。過低又不利于H2O2的分解產(chǎn)生自由基，也會(huì)使速率下降。因此，濃度要合適。影響UV/Fenton反應(yīng)的因素（3）載氣的影響。以氧氣最好，但成本太高，還是用空氣為好。（4） H2O2濃度。增加濃度有利提高反應(yīng)速率和降解率。（5）pH和溫度。溫度影響不大。但在pH35之間最好。但其它類型的Fenton 試劑系統(tǒng)pH影響不大。4.1.2 UV/O3氧化技術(shù)是將臭氧與紫外輻射技術(shù)結(jié)合的一種高級(jí)氧化技術(shù)。這種技術(shù)不是利用臭氧直接與有機(jī)物的反應(yīng)，而是利用臭氧在紫外光下分解產(chǎn)生的活潑態(tài)次生氧化劑來氧化有機(jī)質(zhì)

18、。反應(yīng)條件溫和、氧化能力特別強(qiáng)，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展非常迅速。UV/O3氧化技術(shù)應(yīng)用UV/O3是光氧化技術(shù)的一種。這一方法在造紙廢水、二次廢水、頁(yè)巖油加工廢水、農(nóng)藥生產(chǎn)廢水、及農(nóng)藥應(yīng)用廢水。染料生產(chǎn)廢水、紡織廢水處理有廣泛應(yīng)用。UV/O3氧化技術(shù)應(yīng)用UV/O3起初主要用于廢水處理，以解決有毒無法生物降解的物質(zhì)處理問題。1980s以來，擴(kuò)大到飲用水的深度處理。有人用UV/O3工藝對(duì)自來水中苯胺、對(duì)硝基苯和植酸的去除效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該工藝對(duì)自來水中的UV254有很高的去除效果，反應(yīng)1h后，去除率達(dá)80。影響UV/O3氧化反應(yīng)的因素光照：主要是光源和紫外光波長(zhǎng)的選擇。光強(qiáng)：合適的光強(qiáng)，不但提高氧化效

19、果，而且大幅度降低投資和運(yùn)行成本。pH：不同的pH具有不同的反應(yīng)機(jī)制。臭氧投加量：溫度：溫度提高一方面提高自由基反應(yīng)速率，但同時(shí)降低臭氧的溶解度。合適的溫度需要實(shí)驗(yàn)決定。4.1.3 UV/H2O2氧化技術(shù)有些有機(jī)污染物僅使用H2O2 不能將其降解，但結(jié)合UV輻射聯(lián)合工藝，能有效地降解一些單獨(dú)使用H2O2不能降解的有機(jī)物。UV/ H2O2氧化機(jī)理：H2O2在紫外光下吸收光能后，使OO鏈斷裂產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的.OH自由基和氧原子。生成的自由基具有強(qiáng)氧化性，與有機(jī)物反應(yīng)可將有機(jī)物最終礦化為水和二氧化碳和無機(jī)鹽。UV/H2O2氧化技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）氧化性很強(qiáng)；（2） 經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢(shì)，設(shè)備成本及運(yùn)行成本低（

20、3）運(yùn)行穩(wěn)定和操作方便?？勺龀梢苿?dòng)裝置，用于不同地點(diǎn)。UV/H2O2氧化技術(shù)特點(diǎn)缺點(diǎn)： （1）只適合處理低濃度（ppm級(jí)別地）的污水（2）對(duì)于有色或高濃度廢水處理效率不高。因?yàn)?，這些廢水阻止光的穿透。（3） 受pH影響。堿性溶液不利反應(yīng)，可能是與H2O2的堿催化分解有關(guān)。4.2 光催化技術(shù)Fujishima和Honda（1972）在Nature報(bào)道，光輻射的TiO2半導(dǎo)體電極和金屬電極所組成的電池中，可持續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生H2。這一發(fā)現(xiàn)的意義在于，通過半導(dǎo)體可以把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。 1976年，Cary報(bào)道TiO2水濁液在紫外光的照射下，可使PCBs脫氯。在TiO2的水體系中，光照可以是

21、有機(jī)物降解成CO2和H2O。1980s，我國(guó)學(xué)者開始進(jìn)行半導(dǎo)體光催化研究。半導(dǎo)體光催化是目前光化學(xué)方法應(yīng)用于污染控制諸多領(lǐng)域中最活躍的領(lǐng)域，成為污染化學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，形成了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。主要研究?jī)?nèi)容：半導(dǎo)體光催化材料的篩選、制備；半導(dǎo)體光催化活性產(chǎn)生的機(jī)制；TiO2光催化劑的固定化和尺寸量子化；半導(dǎo)體催化礦化各種有機(jī)物的機(jī)理;半導(dǎo)體催化反應(yīng)器;水和大氣中各種污染物光催化降解的動(dòng)力學(xué) 已經(jīng)研究過的半導(dǎo)體催化劑：TiO2、CdS、WO3、Fe2O3、ZnO、ZnS、SnO2等。其中，CdS和TiO2催化活性最強(qiáng)，但CdS在光照條件下自身不穩(wěn)定容易發(fā)生化學(xué)和光化學(xué)腐蝕，而TiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且

22、成本低、無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)，所以最常用。但是，TiO2吸收太陽光能僅3，因此，圍繞TiO2改性、提高太陽能轉(zhuǎn)化率，改進(jìn)光催化方法和光反應(yīng)器，提高光催化效率，是研究者進(jìn)行的課題。4.2.1 光催化機(jī)理催化劑受光照射，吸收光能，發(fā)生電子躍遷，生成電子空穴對(duì)，對(duì)吸附于表面的污染物直接進(jìn)行氧化還原，或氧化表面吸附的OH-，生成強(qiáng)氧化性的氫氧自由基.OH，將污染物氧化。電子空穴對(duì)（e- - h+）的產(chǎn)生 TiO2 , hvTiO2- TiO2 (e-) TiO2 (h+) 與金屬不同，半導(dǎo)體電子空穴對(duì)的壽命較長(zhǎng)。TiO2光催化機(jī)理TiO2的光生空穴氧化電位為3.0V, 比O3的2.07V和氯氣

23、的1.36V高許多，具有很強(qiáng)的氧化性。高活性的光生空穴具有很強(qiáng)的氧化能力，可以將吸附在半導(dǎo)體表面的OH-和H2O氧化，生成.OH。 同時(shí)，空穴本身也可以?shī)Z取吸附在半導(dǎo)體表面的有機(jī)污染物中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被直接氧化分解。 某些有毒金屬，如Hg2、Ag、Cr6、Cu2+也能接受光生半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的高活性電子而被還原為無毒的金屬分子。.OH + dye degradation of dyeTiO2(h+) +dye dye + oxidation of dyeMx+ + xTiO2(e-) M0Mx+ + yTiO2(e-) M(x-y)+Hg2Cr64.2.2 影響光催化活性的因素在半

24、導(dǎo)體光催化反應(yīng)體系中，光催化活性的高低是確定光催化反應(yīng)速率快慢的主要因素，它主要包括催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、催化劑投加量、污染物濃度、反應(yīng)溫度、溶液pH、光源和光照強(qiáng)度等。（1）催化劑的晶體結(jié)構(gòu)TiO2主要由3種晶型：銳鈦礦型(anatase) 、金紅石型(rutile)和板鈦礦型(brookite) 。其中，銳鈦礦型的催化活性要高的多。銳鈦礦型(anatase)板鈦礦型(brookite)金紅石型(rutile)(2) 催化劑顆粒大小的影響粒子越小，表面積越大，吸附量大，活性越高。當(dāng)粒子大小在110nm時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)量子化效應(yīng)，成為量子化粒子，從而使電子空穴對(duì)具有更強(qiáng)的氧化還原能力，催化活性大大提高

25、。但是，粒子過小，導(dǎo)致TiO2光敏化程度減弱，對(duì)光能利用率下降。因此，要選擇適當(dāng)?shù)牧椒秶＃?）催化劑投加量催化劑投加量具有飽和效應(yīng)，就像反應(yīng)底物一樣，開始時(shí)增加迅速，隨后出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，即反應(yīng)速率不隨添加量增加而增加。（4）反應(yīng)溫度的影響光催化降解有機(jī)物對(duì)溫度的依賴性并不大，但吸附、解吸、表面遷移和重排等過程受溫度的影響。一些吸熱和放熱反應(yīng)也受溫度的影響。如，酚的降解開始時(shí)隨溫度上升而增加，而三氯甲烷的反應(yīng)速率隨溫度上升而下降。（5）溶液pH的影響pH影響很大。TiO2的等電點(diǎn)約為pH6。pH較低時(shí)，TiO2表面質(zhì)子化，帶正電荷，這對(duì)光電子向TiO2表面轉(zhuǎn)移有利。當(dāng)pH較高時(shí)，由于OH-大量

26、存在，TiO2帶負(fù)電荷，有利于空穴由顆粒內(nèi)部向表面轉(zhuǎn)移。 在高pH和低pH時(shí)都可能出現(xiàn)光催化反應(yīng)的高峰速率。這隨不同的污染物而變。蔣偉川等對(duì)分散深藍(lán)和分散大紅溶液的光催化降解脫色實(shí)驗(yàn)表明，pH3時(shí)，溶液經(jīng)30min照射，染料脫色率分別是96和98。pH11時(shí)，脫色率為37和35。而孫尚梅利用太陽光降解毛紡織場(chǎng)廢水染料，發(fā)現(xiàn)，pH從4.21到10.1時(shí)，脫色率由60升到80。4.2.3 光催化技術(shù)的應(yīng)用光催化技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用普遍受到重視，這是因?yàn)槔霉獯呋夹g(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1) 反應(yīng)條件溫和，能在紫外光和太陽光下進(jìn)行，能耗低；2）反應(yīng)速度快，一般幾分鐘到幾小時(shí)3）降解沒有選擇性，幾乎能降解任何有機(jī)物4）操作簡(jiǎn)單，可減少二次污染。有機(jī)化合物的光催化降解美EPA公布的129個(gè)基本污染物中，有機(jī)物占114個(gè)。自1980s以來，水中的各種污染物均已被嘗試用光催化氧化法進(jìn)行分解。結(jié)果顯示了光催化計(jì)算在水中有機(jī)污染物治理的良好前景。無機(jī)污染物的光催化還原水中的無機(jī)污染物主要為CN-、H