综述题目：TiO2光催化法环保应用的研究进展学院名称：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工12-5 姓名：罗经纬学号 12402010535摘要：本文综述近年来有关以 TiO2在可见光照射下进行光催化降解作用的研究进展，阐述了TiO2的光催化机制和提高光催化能力的途径，介绍了近年来TiO2光催化反应的研究进展及今后的研究方向。
一：催化机理ZXL-001纳米二氧化钛光催化反应机理：纳米TiO2光催化降解机理共分为7个步骤来完成光催化的过程：1、TiO2+hv→eˉ+H+2、h++H2O→OH+H+3、eˉ+O2→OOˉ4、OOˉ+H+→OOH5、 2OOH→O2+H2O26、OOˉ+eˉ+2H+→H2O 27、H2O2+eˉ→OH + OHˉ8、h++OHˉ→OH9、当一个具有hv能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度Eg的光子射入半导体时，一个电子由价带(VB)激发到导带(CB)，因而在导带上产生一个高活性电子（eˉ )，在价带上留下了一个空穴(h +)，形成氧化还原体系。
溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。
OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在TiO2表面的有机污染物降解为CO2、H2O，把无机污染物氧化或还原为无害物。
杀菌机理：ZXL-001纳米二氧化钛具有很强的光催化杀菌作用。
通过对纳米TiO2光催化杀灭革兰氏阴、阳性细菌的致死曲线进行对比、常规培养验证和透射电镜观察得出结论：纳米TiO2光催化灭菌首先是从细菌细胞壁开始，其产生的自由基能破坏细胞壁结构，使细胞壁断裂、破损，质膜解体，然后进入胞体内部破坏内膜和细胞组分，使细胞质凝聚，导致细胞内容物溢出，可出现菌体空化现象。
从而证实了纳米TiO2的抑菌机理是在光催化作用下，纳米TiO2禁带上的电子由价带跃迁到导带，在表面形成高活性的电子-空穴对，并进一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通过一系列物理化学作用破坏细菌细胞，从而杀灭细菌。
二：对催化能力的改进针对二氧化钛光催化方面的缺陷，对TiO2进行掺杂或光敏化处理。
在TiO2晶格掺杂过渡金属离子的结果是在 TiO2禁带内产生一个内禁带，该能带小于TiO2的宽带隙。
由于内禁带与TiO2的导带或价带接近，因而可诱导吸收可见光。
从化学观点看，金属离子是电子的有效接受体，可捕获导带中的电子。
由于金属离子对电子的争夺，减少了TiO2表面光生电子e-与空穴h+的复合，从而使TiO2表面产生了更多的·OH，提高了催化剂的活性。
同样，TiO2中的非金属掺杂，晶格缺陷或杂质也能产生内禁带，导致TiO2对可见光的吸收①。
例如：从抑制电子-空穴对的复合思路出发有添加金属离子Fe3+，Ag+，Cu2+等、在TiO2表面担载惰性金属、氧化剂的影响、半导体材料的复合、稀土元素的添加、电场耦合、表面超强酸修饰等方法；从提高催化剂光催化光谱响应范围思路出发有非金属元素掺杂、利用磁场的协同作用、表面光敏化等方法②。
三：应用进展多相光催化反应在环境保护中的应用日益受到人们的重视，这项新的污染治理技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出优点，能有效地将有机污染物转化为 H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、卤素离子等无机小分子，达到完全无机化的目的。
许多难降解或用其它方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可利用此法有效去除。
此外，还可用于无机污染废水的处理③。
四：具体应用实例1：Ti02光催化去除废水中重金属离子：Cr光催化去除金属铬是电镀废水中常见的重金属，常以六价、三价离子形式存在。
六价铬以HCrO4-、Cr2O72-（酸性介质)和CrO42-(碱性介质)等离子化合物形式存在，毒性极强。
相比于六价铬，三价铬的毒性减少许多，而且在中性或碱性环境中易生成Cr(OH)3，沉淀。
研究表明，TiO2光催化法能将Cr还原成CP再通过调节pH生成Cr(OH)3，沉淀达到去除的目的。
在TiO2一Cr光催化体系中，Cr在催化剂表面的吸附、溶液pH、有机添加剂、无极阴阳离子等因素能影响其反应速率和还原效果。
酸性条件下，TiO2：表面带正电荷，有利于HCrO4-而Cr2O72-等离子在催化剂表面的吸附，而且Cr(Ⅵ)在酸性条件下的氧化能力远高于碱性环境。
pH越低， Cr 的还原电位越大，Cr越容易得到光生电子而被还原。
添加的有机物能直接或间接被光生空穴氧化。
阻止了电子空穴对的复合．提高了金属离子对光生电子的捕获效率。
文献④报道了30种不同有机物对光催化还原Cr的影响。
研究发现，有机物的光催化氧化与金属离子的光催化还原之间存在着较强的协同作用．且不同有机物对Cr的光催化还原反应的影响差异明显。
有机醇及芳香族化合物对Cr的光催化还原反应有明显的促进作用，而烷烃及氯代烷烃对Cr的光催化还原反应则表现出明显的抑制作用．且随着取代氯原子数目的增多抑制作用增强⑤。
光催化法空气净化相关2：TiO2我国现代化进程的加快导致大量人口流动和聚集，大型商场、铁路候车室、机场候机楼等公共场所的空气质量控制，对降低呼吸道传播疾病有重要意义。
现有的空气消毒技术如紫外线、乳酸薰蒸、消毒液喷洒等均存在使用上的限制。
颗粒是新型的光催化无机材料，近年有研究尝试将其用于抗菌或清除有TiO2机物污染。
本研究设计了包括纳米TiO光催化、HEPA滤网过滤和活性炭吸附等2光催化净化器工作原理是，在风机技术的空气净化消毒器。
本研究的纳米TiO2作用下，大量室内气体被吸人净化器的进风口，被吸入的空气通过初效过滤网滤掉漂浮的颗粒状污染物和纤维等，之后气体进入由纳米TiO网和紫外灯组成的2光催化反应器，破坏并分解空气中病原的蛋白质，再经过活性炭纤维立体网吸附，负离子发生器不间断地补充室内的负离子，增加室内负离子的浓度。
通过上述多个步骤实现消除空气污染的目的。
该装置的特点是催化剂具有良好的活性，提高其杀菌效果；反应器形状结构类似空调柜机，便于公共场所使用；光源选择紫外光，自身就有杀菌作用；被净化气体通过净化器的流速可控。
实验中笔者首先在实验室封闭环境下用已知菌种比较了紫外线法与纳米光催化法的空气消毒效果。
从实验室和实验人员的生物安全方面考虑，笔者TiO2选择了克雷伯菌ATCC700603株和E．coli ATCC25922株作为实验菌株，其中，克雷伯菌是典型的空气传播致病菌，临床上常见的肺炎致病菌； E．coil是环光催化技术消毒和净化空气的应用研究境卫生评价最常用的参照菌。
纳米TiO2在实验环境下，对比各时间点，纳米TiO光催化法和紫外线法在消毒空气中的2大肠埃希菌的能力差异无统计学意义。
对比各时间点，30min、60min两个时间光催化法灭菌效果优于紫外线，但90min、120min差异无统计学意点纳米TiO2光催化法和紫外线法均可以显著杀死空气中细菌。
义。
上述结果说明，纳米TiO2光催化空气净化消毒器用于一个700m3的公共场所实际试验发将纳米TiO2现，空气消毒效果从 30 min见效，在30 min、60 min、90 min空气菌落数与光催化空气净化消毒器可以应消毒前差异有统计学意义，此结果说明纳米TiO2用于大型公共场所实地空气净化和消毒。
但相比实验室的检测，现场检测的最佳效果出现时间延迟至设备工作后的60 min，推测与测试空间体积有关。
实验室空间为35．8m3，现场测试空间为700m3，对于该消毒器 835—1192m3／h的循环风量，显然在小空间的消毒效率更高。
目前公共场所最常采用的空气消毒方法是紫外线消毒，由于紫外线的穿透能力小，光线辐射距离短，覆盖空间小，还可直接伤害人类皮肤和眼睛，产生臭氧对呼吸道有刺激作用，因此必须在无人条件下消毒。
相比，本产品的臭氧浓度是<0．01mg／m3，我国环境空气质量标准(GB3095—1996)中规定臭氧的浓度限值(1 h平均)一级标准为0．12mg／m3，二级标准为0．16mg／m3；三级标准为0．20mg ／m3。
符合国家环境空气质量标准的要求。
按我国家用电器噪声声功率级的测定标准(GB4214)的有关规定进行测定，该设备的工作噪音<35dB，符合标准中的最光催化法对公共场所空气净化和消毒更显优势。
高限值<55dB。
因此，纳米TiO2光催化法均不能完全杀灭空气中的细但是，无论是紫外线法还是纳米TiO2菌。
笔者检测了消毒处理后残余细菌的形态，发现多数细菌带有芽胞。
芽胞具有极强的抵抗力，通常要高压蒸汽灭菌法才能将其杀死，显然，这些细菌的抵抗力超出了各种常规消毒手段的能力。
对人致病的芽胞菌主要是芽胞梭菌，存在于无氧环境。
空气消毒的目的尽管清除主要的呼吸传播病原，并不是要达到无菌程度，光催化空气净化消毒器符合空气净化和消毒的目标。
因此纳米TiO2综合上述实验，纳米TiO光催化空气净化消毒器具有良好的消毒净化功能，可2以替代紫外线成为公共场所的空气净化消毒设备⑥。
引用文献：光催化研究①胡长英,左金龙,谢汉君《黑龙江科技信息》 2013年19期 TiO2的进展与展望页码30②刘莹,杨毅华,刘守信《河北科技大学学报》 2014年1期提高TiO光催化处2理废水效率的研究进展页码60-61③沈伟韧,赵文宽,贺飞,方佑龄《化学进展》 1998年4期 TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用页码8④傅宏祥，吕功煊，李树本《物理化学学报》 1997(2) 有机物存在下C斓子的光催化还原页码106-112光催化去除废水中重金属离子的研究进⑤杨永凡,费学宁《工业水处理》 TiO2展2012年7期页码9⑥李秉杰,杨德慧,武帅钦,李伯森,孟浩,姜思朋,刘国军,赵月辉,崔洪波,周雪媚,钟照华《中华预防医学杂志》 2008年11期页码835。