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技术创新:新型光催化材料处理污水研究获突破

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-10-29  来源:长城网  浏览次数:510
       近日,记者从邯郸市科技局获悉,由河北工程大学承担的“三维开放微纳结构锌酞菁(ZnPc)/电纺二氧化钛(TiO2)纳米纤维异质结材料的构筑及其利用太阳光对邯郸市污水处理方面的应用研究”项目近日通过验收,该项目的通过将对污水处理技术的改造提升将产生重要作用。

 

目前,污水问题已经引起全社会的高度关注。鉴于对舒适健康生活环境的迫切需求,很多研究者都致力于污水处理研究工作。当前治理污水的方法主要有:沉降、絮凝、过滤、吸附、气浮、生物处理等,但这些方法都不可避免地带来二次污染,而且还有再生费用昂贵或处理周期长等缺点。生活污水虽然可用传统的生物处理法有效地处理,但数百种剧毒化合物不能用生物法处理,必须寻求新的合适、有效的处理方法。

光催化材料在光降解大气和水中污染物等方面有着重要的应用前景。在传统的光催化材料中,二氧化钛因其具有无毒、化学稳定性好、氧化能力强、无二次污染等优点而被广泛关注。然而,二氧化钛自身存在着缺陷,一是二氧化钛带隙较宽(约3.2 eV),其吸收的阈值波长小于387 nm,只能利用占太阳光能量4 %左右的紫外光,光响应范围过窄,对太阳光能吸收率较低;二是光生载流子的复合率很高,导致量子效率较低;三是分离和再生性及循环使用性能差,以上三点严重影响到了二氧化钛光催化剂的实际应用。

如何发展改进二氧化钛基光催化剂,使其能充分利用太阳光提高催化效率,降低光生载流子的复合率,同时降低其在实际使用中回收循环再利用的成本成为这个领域具有挑战性和重要性的一项前沿课题。

在众多新型光催化材料中,金属酞菁(MPc)因其较窄的禁带宽度(2.0 eV),在可见光区有强的跃迁,对600~700 nm的可见光具有强的吸收特性,使之与二氧化钛复合,能有效拓宽二氧化钛吸收光的波长范围,提高催化剂对太阳光利用率。

此外,MPc/TiO2异质结的构造,使得光致激发MPc价带上电子跃迁到导带上,继而电子自发传输至比MPc导带位置更低的二氧化钛导带上,相应的MPc价带上产生的空穴仍滞留在原处,阻止了电子-空穴对的复合,使光生载流子有效地分离,进一步提高二氧化钛的光催化效率。因此,MPc/TiO2异质结材料是一种具有很好应用前景的光催化材料,为我市在污水处理技术方面提供了新的思路。

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