无机界矿物天然自净化功能之矿物光催化作用

摘要

在简述半导体光催化理论及TiO2多相光催化作用近30年研究现状的基础上,重点对国内外一直处于空白状态的天然含钒金红石光催化性能进行研究.天然含钒金红石中部分Ti4+被V5+包括Fe3+、Cu2+和Zn2+等杂质离子替代可引起其晶格畸变与缺陷.机械粉碎到70～80 μm后可使其晶胞膨胀0.33%,原位加热700～1 100℃其晶胞可膨胀0.93%～2.13%,淬火改性其晶胞收缩0.01%～0.07%.受热改性其体相中V5+向表面偏析.对晶格畸变的修复可表现为晶面重构和再结晶作用及微应力释放作用.粉碎的金红石对卤代烃三氯乙烯和四氯乙烯具有一定的降解效果而表现出良好的光催化活性.加热1 000℃,金红石对卤代烃的降解率明显提高.淬火1 000℃和1 100℃,金红石对卤代烃的降解速度大大加快.而电子辐射金红石对三氯乙烯的降解率则明显降低.通过52种金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的初步研究,发现大多数金属氧化物矿物产生光电子的波长范围是249～777nm,吸收光主要是可见光.而大多数金属硫化物矿物产生光电子的最大波长大于921 nm,吸收光主要是红外光,充分表明无机界具有光催化功能的半导体在可见光条件下就可以产生光电子与空穴.系统开展无机界矿物光催化作用研究,对揭示地球生命过程和环境演化有着不可替代的作用,对氧化降解地球表层系统中有机污染物尤其是不能自行降解的持久性有机污染物有着至关重要的作用.