有机污染物的光催化降解

氧化钨图片

三氧化钨光催化剂可以用于空气净化、VOCs、造纸废水、染料废水、一般工业废水、渗滤液、水面有机污染物膜等方面。

空气净化

三氧化钨在生活中的应用方面的研究上取得了很多的进展,也有很多有意思的发明。比如三氧化钨光触媒纸基竹帘、三氧化钨空心球、三氧化钨光触媒涂料,运用于电视机背景墙等。将三氧化钨光催化剂分散液均匀涂布于玻璃板或者其它地方上,使得溶剂成分充分蒸发掉,能够形成透明且膜强度优良的光催化剂膜,发挥空气净化、自净等光催化效果。

三氧化钨光催化剂涂料的制备方法:金属钨通过使用一定技术进行燃烧或升华,合成具有晶体结构的三氧化钨微粒,然后利用电收尘法(Electrical Dust Collection)收集,再将氧化钨微粒溶解于碱性水溶液中,得到更小的粒子,在通过添加粘合剂而制得。另外,通过对燃烧后的微粒进行加热处理,可以得到具有高且稳定的光催化剂。同时,需要注意的是,粘合剂的量也会影响光触媒涂料的活性,当未满1%时,作为涂膜的强度不够;当超过10%的量时,会降低光触媒的活性。

光催化剂清除建材的甲醛的原理在于:经紫外线照射后,光催化剂表面的氢氧离子会被电洞氧化成“氢氧自由基”,氢氧自由基会从其他的有机物(甲醛及各种挥发性有机物)抢走电子,而被抢走电子的有机物会因为失去键结能力而降解成为更小的分子,如二氧化碳、水。

VOCs治理

光催化技术治理VOCs经多年研究,在国内的工业废气净化领域上大规模使用,并不断完善而形成系列工业光催化有机废气净化装置。研究表明,三氧化钨光触媒是治理VOCs的一种十分有效的催化剂,它能通过光的作用,将挥发性有机物最终分解为无害的二氧化碳和水。因而,光触媒具有极强的杀菌、除臭、防霉、净化空气等功能。尤其是,复相三氧化钨光触媒,如掺杂氧化铈、氧化钇,由于掺杂其它金属元素,使得三氧化钨本身晶格发生变化,复相金属的有利结合增强了光催化剂的活性。但是,金属的掺杂量不宜过多,否则可能适得其反,反而降低光触媒的光催化活性。

处理造纸废水

高活性的自由基和双氧水能把废水中的醛氧化为羧酸;把其中纤维素、木质素、有机酸等有机物氧化为CO2, H20, N2;把无机物亚硫酸钠、硫化钠等氧化为硫酸钠、亚硫化钠,从而降低了废水中的COD及其色度。

实验结果表明,当采用WO3/α-Fe2O3/W为复合光催化剂,其组成为WO3:α-Fe2O3:W=75:24:1时,造纸废水的COD和色度去除率分别达到68.3%和71.2%。经光催化深度处理后的废水达到国家排放标准。

研究证明,随着催化剂用量的增加,COD和色度的去除率逐渐增大,但,存在一个极值,当超过这一极值,先是缓慢增加,而后反而变慢。其原理为,当催化剂投量过少时,单位时间内产生的空穴h+数量很少,反应速率自然很低;而当催化剂投量过大,会产生对光的散射作用,从而降低反应速率。

染料废水降解

WO3/CdS/W是一种复相半导体光催化剂,研究者使用WO3/CdS/W对印染废水进行深度处理,实验结果表明,在优化工艺条件下,光照10h,印染废水的COD和色度去除率分别达到69.8%和71.0%。其优化条件为:复相光触媒的组成为m(WO3)/m(CdS)/m(W)的质量比为60:39:1、试液pH为6.5、光照10h。

由中国和美国的科学家共同发明的三氧化钨-石墨烯光催化剂,能够在15分钟内完全降解染料罗丹明B,其速度远大于单一的三氧化钨和二氧化钛光催化剂的降解速度;并且,研发者们设想把这项具有巨大潜能的发明应用于染料污染物的可见光降解。

这种三氧化钨-石墨烯光触媒由于具有特殊的组成和多孔结构,而具优异的性能。三氧化钨的纳米框架能够通过多孔结构的多重反射,而有效的吸收可见光。其生成的电荷能够快速的转移到石墨烯,从而避免了电荷重组。另外,石墨烯纳米片暴露在光催化剂的表面,这保证了石墨烯和染料污染物之间的π–π共轭,进而引发催化剂材料基板上的高吸收率。这些性能结合起来,通过光催化作用增强了染料污染物的降解。

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