光催化反应及其环境应用
1.2 环境问题
2、大气污染
全球每年排放SO2 2.9亿吨，NOx约为5千万吨，可吸入粉尘 →酸雨、光化学烟雾、呼吸道疾病•••
洛杉矶光化学烟雾
酸雨效应
甘肃沙尘暴
光催化反应及其环境应用
1.2 环境问题
113重点城市空气质量级别
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1.2 环境问题
3、荒漠化
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1.3 出路与对策
1、环境污染的全球化关注
半导体光催化是有希望的技术，可以大
量的应用于环境保护，例如，空气净化， 有毒废水处理，水的净化等。
绿色合成化学，如光催化有机合成
光催化反应及其环境应用
1.3 出路与对策
2、寻求可再生、清洁能源
人口和生活质量的提高，全球能源消耗每年仍以2％速 度增加，唯一出路是新增部分由可再生能源补充。
• 为此，发展先进的分析化学，生物化学，物理化学技术消除大气 ，土壤，水中的有毒化学物质势在必行。
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2.2、污染物的处理方法简介
• 常规污染物方法包括：高温焚烧，活化污泥处理，消化，厌氧消 化和一些常规物理化学处理。
• 化学处理方法： 1. 化学氧化法：如，Fenton试剂和臭氧氧化法。 2. 树脂吸附法：大孔吸附树脂具有大比表面、容易再生、能够回收
▪ 三峡库区的主要农药污染源依然是有机磷农药中“1605”、甲 胺磷和有机氮农药中呋喃丹三个品种，这三个品种的排毒系数 之和占总排毒系数的91.4%。
• 生物多样性：每10年5～10％物种消失。
Ref:国家环境保护总局.《长江光三催峡化工反程应及生其态环与境环应用境监测公报》
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1.2 环境问题
光催化反应及其环境应用
全球每年排放的CO2 高达 240亿吨之巨，几乎未经任何处理!
光催化反应及其环境应用
1.2 环境问题
目前全球臭氧层正以每年2%至3%的速度削减，如 果任其发展，在21世纪末平流层臭氧含量将降至目 前的一半以上，届时人类将会面临一场空前的浩劫!
南极上空的臭氧层空洞
气候的变化，将对全球生态带来不可估量的影响。 对于人类而言，灾难可能就出现在“后天”
太阳能的利用：转换：光化学合成、太阳能光解水，热解制氢；
利用：光电化学电池
太阳能热利用
光伏效应
O2
e
H2
光电化学电池
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sc
M
H2O
光↔化学能转化
1.3 出路与对策
3、环境与能源问题的基本解决方案 光催化环境净化 光催化有机合成 太阳能电池 太阳能光解水、甲醇、生物质制氢 ......
有机物等优点。 3. 乳状液膜分离：综合了固体膜分离法和溶剂萃取法的优点，特别
适合于分离水溶液中呈溶解态的有机污染物。 4. 半导体光催化氧化法：
光催化反应及其环境应用
二、光催化的主要理论
2.1、一般背景
• 有毒废水通常采用氧化塘，地下储水池和垃圾场等手段处理。其 结果是使土壤，地下水和地表水被污染。
• 污染通常涉及重金属，运载工具燃料，溶剂和去污剂以及有毒有 害化学物质等。
• 有毒有害有机物包括：溶剂，挥发性有机物，氯代有机物，二恶 英，三氯乙烯(TCE)，高氯酸乙烯(PCE)，CCl4，HCCl3，CH2Cl2 ，P-氯苯，六氯环五烷二烯。
环境与能源材料
—二氧化钛等半导体材料在环境催化与太阳
能利用领域的研究进展
光催化反应及其环境应用
一、研究背景
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1.1 能源问题
1、化石能源的不可再生性
煤、石油、天然气均是亿万年地球运动积累而成，不能循 环使用，也不可能大量地人工合成，不可能回收。
光合作用是唯一可利用CO2 和水合成有机物的反应－地球上最伟 大光催的化反反应应及其环境应用
1.1 能源问题
2、资源分布的不均匀性
石油：中东地区的剩余可开采储量约占世界总量的2/3。 煤炭：美、俄、中占剩余可开采储量 50%以上 。 天然气：中东和前苏联地区剩余可开采储量占70％以上。
地区间政治、经济和军事冲突的主要原因
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1.1 能源问题
3、资源的短缺性
在过去100年里，人类消耗了1420亿吨石油和2650亿吨煤， 消费了世界56％的石油和60％以上的天然气，以及50％以上 的重要矿产资源。
不可再生能源—一旦开采枯竭，便不能再恢复。如煤、石油、核燃 料等
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1.1 能源问题
5、能源材料：
• 与能源开发、运输、转换、储存和利用等过程相关的材料. • 包括：储能材料、节能材料、能量转换材料和核能材料.
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1.2 环境问题
1、温室效应
全球气候在近几十年同步变暖，明显开始发生温室效应。
60年
《BP世界能源统计2007》的数
据表明，全球石油储量可供生产
40年，天然气和煤炭则分别可以
供应65年和162年
40年
160年
亿万年形成的化石燃料不过支持了约300年的现代工业文明！如果几 十年里不能发展出替代能源，石油危机也就不可避免了。
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1.1 能源问题
4、能源分类
按产生方式不同: 一次能源(primary energy)：自然存在的、可以直接利用的能源
森林破坏速度：每年1130万公顷，以0.35毁灭； 荒漠化面积：～地球陆地1/4;
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1.2 环境问题
4、水体污染
▪ 染料废水：是目前难降解的工业废水之一，其毒性大，色泽深， 严重危害了生态环境。
▪ 农药：我国每年农药产量大约20万吨，还从国外进口农药75万 吨。通过喷施、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。
化石燃料 风能
水力能
太阳能
地热能
核能
二次能源(secondary energy)：无法从自然界直接获取，必须经过 一次能源的消耗才能得到的能源。如电力，汽油，煤气，蒸气等
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1.1 能源问题
按可否再利用： 可再生能源(renewable energy)—不断获得补充的能源，如，太 能、生物质能、化学电源、氢能等
TW=1012W
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1.3 出路与对策
可再生能源的特点
自然能(风能、太阳能等)的特点： • 周期性：一年四季，早晚变化 • 分散性：总体能量巨大，单位面积能量密度很低； • 地域性：人口密集区往往自然能源不多
高效地收集、转换、储存？
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1.3 出路与对策
储存：化学相变储热、光化学储能；