金属离子的光催化还原

三氧化钨图片

光催化能够解决铬、汞、铅等金属离子的污染问题。通常,金属离子的光催化还原可以分为3种类型:

1.光催化还原除去有毒金属离子;

2.光催化沉积回收贵重金属;

3.光催化沉积负载金属以提高光催化剂的活性。

为此,WO3光催化剂可以用于土壤、工业废水、空气中的重金属污染治理。

WO3光催化剂处理铬污染

三氧化钨光催化剂对铬离子的光催化还原研究进展如下所示:

光催化剂

体系

反应特点

TiO2,WO3

敞口体系,酸性介质

催化剂活性:WO3>R-TiO2>A- TiO2>α-Fe2O3

Pt/TiO2,Ag/ WO3

Fe3+,CN-存在

Pt能提高催化活性,Fe3+的存在有利于Cr6+的还原

TiO2,WO3

Ar,N2气氛乙醇存在

WO3上吸附强且随pH上升而加强,O2不利于还原,有机物加速还原

金属铬是一种常见的无机污染物,Cr6+能引起局部肉瘤,使肺癌病率升高。其毒性比Cr3+大100倍,因此,工业上常将Cr6+转化为Cr3+来降低其毒害性,而后做进一步处理。1983年,韩英哲等采用三氧化钨为光催化剂对含Cr6+的废水进行研究,取得了满意效果。

WO3光催化剂处理汞污染

汞俗称“水银”,地壳中相当稀少的一种元素,是唯一的一种液态金属。汞是具有持久性、生物累积性和生物扩大作用的有毒污染物,对人体健康和生态环境有很大的负面影响;特别是,作为水中主要的重金属污染之一,汞污染(Hg2+)对人体神经系统危害极大。汞的排放源分为自然源和人为源两部分,其中自然源包括:火山活动、自然风化、土壤排放和植被释放等,人为源是由人类活动引起的汞排放,主要包括:汞的使用、物质中含有汞杂质以及废物处理引起的汞排放三大类。

研究表明,在三氧化钨光触媒对Hg2+的光催化还原实验中,Hg2+在三氧化钨上的吸附极强,并且,它的吸附量随着pH的增大而增大。另外,实验发现,被三氧化钨吸附的Hg2+仍以氧化态形式存在而未发生还原。这样,污水中的Hg2+就会被光触媒带走,从而消除汞污染。另外,回收的Hg2+与光触媒通过分离处理,在经一定的技术支持,就可以回收汞,实现资源回收利用。

烟气中含有大量的工业污染物,如硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、可吸入颗粒物和有毒重金属等。重金属由于更容易富集,并随着食物链流动,因而对人体的毒害性更大。文献指出,选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术的SCR催化剂(以五氧化二钒为主要活性物质,三氧化钨为助催化剂,二氧化钛为载体)可以促进汞的氧化,有利于后续PMCD及WFGD对汞的脱除。

三氧化钨光催化剂提取贵金属

贵金属主要指金、银和铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱、铂)等8种金属元素。工业上可以利用光催化使金属离子沉积以实现贵金属的提取。在三氧化钨和二氧化钛光触媒的光催化还原Hg2+的实验研究表明,Hg2+在三氧化钨上吸附极强,且其吸附量随着pH的增大而增大。再者,光照强度增大后,单位时间内光催化剂吸收的光子数会增加,能够明显加快贵金属的析出速度;此外,光触媒提取单质银的实验表明,回收银的量和催化剂的用量之比高达3:1。

光催化反应(三氧化钨光触媒等)提取贵金属的突出优点在于,它适用常规方法所不适用的极稀溶液,能够以较为简便的方法使得贵金属富集在催化剂表面,而后通过其它方法收集起来加工回收。更重要的是,光触媒甚至可以用于混合离子的分离,由于各种金属的氧化还原电位不同,当条件控制得当,它们将选择性地顺序析出。

研究发现,纯的三氧化钨易发生光腐蚀,对可见光利用率低等缺陷难以获得稳定的光催化特性,因此,常用金属离子掺杂,如钇(Y)、镨(Pr)等;非金属掺杂,如C;半导体复合,WO3/ZnO、WO3-TiO2等;多元掺杂等改性技术来提升其性能。

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