表面活性劑光降解催化

表面活性劑光降解催化第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2安徽大學

化學工程與工藝第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四3表面活性劑光催化降解

材料搜集：09小李ppt制作:09小劉演講：09小多第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四4目前，針對表面活性劑的降解處理常用方法有吸附降解、焚燒降解、生物降解等，而最有應用前景、研究最活躍的技術是光催化降解技術。表面活性劑第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5光催化降解1.概述2.降解機理3.光降解催化劑4.影響光催化降解的因素5.發(fā)展前景表面活性劑第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四6概述

光催化降解技術是近30年才發(fā)展起來的降解方法。

1972年藤島等發(fā)現(xiàn)受光輻射的TiO2上可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應，產(chǎn)生HO。之后人們就開始研究光催化氧化水中的有機污染物的降解。表面活性劑第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四7

該方法的優(yōu)點：光催化降解在常溫常壓下就可以進行，反應原料僅需要太陽光、氧氣和水。更重要的是，光催化降解具有成本低、降解率高、二次污染少，且最終能將有機污染物徹底分解為CO2，H2O和其他無機鹽等優(yōu)點。表面活性劑第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四8降解機理1.光催化降解動力學機理

Hidaka等首次利用人工光源研究了陰離子表面活性劑LAS和陽離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基氧化銨BDDAC在Ti02做催化劑下的降解。應用Langmuir—Hinshelwood（朗繆爾-欣謝爾伍德）模型得出降解速率表達式為：

1／r=1／(kKc)+1／k

其中：K為與表面活性劑結構相關的常數(shù)，k為降解反應常數(shù)，只與光源、催化劑活性、反應介質(zhì)有關，而與表面活性劑結構無關。表面活性劑第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四92.光催化降解熱力學機理

Gim—YangPee提出光催化空化降解的熱力學模型，定義在空化降解中的熱量可以表示為：其中：m為基質(zhì)的質(zhì)量，Cp為基質(zhì)比熱容，為在超聲波輻射下，溫度隨時間的變化率，Tp為溫度的比熱容，A為表面活性劑濕的表面積，x為管壁的厚度，為管壁的密度表面活性劑第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四10光降解催化劑

光催化劑的作用機理是當光照射至催化劑表面時，能量大于禁帶寬度的光電子被吸收，而將價帶的電子激發(fā)到導帶，在半導體中產(chǎn)生光電子和空穴。所產(chǎn)生的光電子和空穴分別具有強還原性和強氧化性，與表面活性劑發(fā)生強的氧化反應，從而達到降解效果。表面活性劑第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四11主要催化劑有：1.半導體催化劑

2.鐵離子和負載型的鐵系光催化劑

3.雜多酸光催化劑

4.金屬酞菁光催化劑

5.復合型光催化劑

6.層狀結構的光催化劑

7.絡合物光催化劑表面活性劑第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四121.半導體光催化劑

主要以TiO2和ZnO為主，原因是其難溶、無毒、成本低，幾乎能降解所有的表面活性劑，生成或易降解的小分子，且光催化穩(wěn)定性高等。表面活性劑第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四13

雖然TiO２等半導體光催化降解技術還不是很完善，但是由于反應條件溫和，操作條件容易控制，氧化能力強，無二次污染，加之TiO2化學穩(wěn)定性高、無毒等優(yōu)點，因此仍是一種很有前景的表面活性劑降解技術。表面活性劑第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四14應用探究：

納米Ag／ZnO光催化劑催化降解壬基酚聚氧乙烯醚

TiO2光催化劑催化降解十二烷基苯磺酸鈉(DBS)

表面活性劑第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四152.鐵離子和負載型的鐵系光催化劑

由于鐵離子催化分解氧化分解水體中的表面活性劑污染物(如典型的費頓反應)具有廉價、環(huán)境優(yōu)化和無二次污染等特點，一直是降解的研究熱點。表面活性劑第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四16應用探究：

季銨鹽類陽離子表面活性劑(QAC)的降解

（QAC應用廣泛，在日常生活中用作殺菌劑、消毒劑，防水柔軟劑、浸潤劑、抗靜電劑等，近年來在赤潮治理中用作除藻劑。研究表明，季銨鹽類陽離子表面活性劑，如季銨鹽十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)進入環(huán)境后，對環(huán)境微生物有抑制作用，進入污水處理系統(tǒng)對處理效果產(chǎn)生不利的影響，排人環(huán)境水體會對水體環(huán)境中有益微生物產(chǎn)生抑制，破壞水體的自凈功能，CTAB還可抑制其它有機污染物的降解。）表面活性劑第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四17影響光催化降解的因素

目前，對光催化降解的影響因素中，除了環(huán)境因素、表面活性劑類型、濃度、氧化劑種類等，還有以下幾個因素：pH值自然光源的利用催化劑的利用工藝的組合表面活性劑第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四181.pH值

pH值對光催化的影響主要是通過影響催化劑表面特性、表面吸附和化合物存在形態(tài)來起作用。另外，pH值還可以通過改變表面活性劑的氧化還原電位，從而改變其中催化劑表面的吸附來影響反應速率。一般認為，溶液pH值處于“零電荷”時，催化活性最高。表面活性劑第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四192.自然光源的利用太陽光中有1％～3％的近紫外光(300nm～400nm）利用太陽光中波長直至388nm的近紫外光激發(fā)，代替昂貴的和有害的人造光源，（如水銀燈(185nm)所發(fā)出的短波波長的紫外光，）具有良好的應用前景。研究十二烷苯苯磺酸鈉(DBS)在自然光照下的降解，發(fā)現(xiàn)DBS在江水中的降解速度比在純水中快。表面活性劑第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四203.催化劑的改進

通過對光催化劑的表面修飾，提高激發(fā)電荷的分離，抑制載流子復合以提高量子效率，擴大其吸收光的波長范圍、改變產(chǎn)物的選擇性或產(chǎn)率，提高光催化劑的穩(wěn)定性。另外，將光催化劑納米化也有利于其光催化性能的提高。表面活性劑第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四214.工藝的組合表面活性劑的降解有其復雜性和多樣性，單一處理方法往往達不到處理含有多種表面活性劑和有機污染物的預期目的。近幾年，將光催化降解與超聲波、微波、生物降解等技術聯(lián)合起來，進行工藝優(yōu)化組合，特別是對于那些有毒、難生物降解的有機污染物的后續(xù)深度處理，取得較好的處理效果。表面活性劑第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四22發(fā)展前景

由于光催化降解是近30年發(fā)展起來的新研究領域，現(xiàn)在還基本停留在理論研究階段，實際應用很少，而我國對這方面的研究還剛剛起步。從國外研究的趨勢來看，我國今后表面活性劑生物降解性方向主要集中在以下幾個方面：表面活性劑第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四231)通過對光降解催化劑的表面修飾，載體的固化，提高光降解催化劑的催化活性和選擇性。2)反應裝置是使半導體催化降解由理論變?yōu)楝F(xiàn)實的必要技術手段，研究新型的反應裝置，提高光的利用率，以提高降解效率。3)目前對許多表面活性劑的光催化降解機理尚不清楚，仍需進一步研究。表面活性劑第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四24參考文獻：衷平海表面活性劑原理與應用配方江西科技出版社趙世民表面活性劑—原理、合成、測定及應用中國石化出