光催化反应

摘要： 过氧化氢作为一种对环境友好的、重要的化学原料,被广泛用于化学工业、漂白剂和废水处理等领域.近几十年来,过氧化氢主要通过蒽醌工艺生产.然而,该方法需要多步蒽醌加氢和氧化反应,导致较高的生产成本和能量消耗,同时伴随着大量的二氧化碳排放.另一种替代策略是在贵金属催化剂的辅助下,由氢气和氧气的混合气体在高温下直接合成.但是,氢气和氧气的混合气体在高温下存在爆炸的危险,从而限制了其大规模应用.因此,探索一种低能耗、温和条件下生产过氧化氢具有重要的意义.太阳能驱动光催化生产过氧化氢是解决上述问题的理想途径.通常认为,过氧化氢是由直接双电子还原(E(O2/H2O2)=0.68 V vs.NHE)或间接单电子O2还原(E(O2/•O2−)=-0.33 V vs.NHE)产生的.氧化锌半导体具有很的稳定性好、环保和成本低等优点,因此经常被用于二氧化碳的光催化还原、污水处理和气体传感器等领域.氧化锌的导带电势(ECB=-0.5 V vs.NHE)比氧还原电势更负,意味着它在热力学上满足光催化过氧化氢生产的要求.然而,目前关于氧化锌的光催化生产过氧化氢的研究尚未受到较多的关注.本文采用简单的水热法制备了一维氧化锌纳米棒,在不同温度下热处理后,对其形貌和结构、光学性质和电化学性质进行了表征.同时,系统地研究了以乙醇为牺牲剂光催化生产过氧化氢的性能.结果表明,随着焙烧温度的升高,氧化锌纳米棒内部的氧空位被空气中的氧气重新填充,其催化生成过氧化氢的活性先升高后降低.经300ºC焙烧的氧化锌光催化产过氧化氢的活性最好,为285μmol L-1 h-1.同时,对过氧化氢的生成机理研究结果表明,该过程中为间接单电子O2还原过程.氧气先与一个电子反应生成超氧自由基,再与两个质子和一个电子反应生成过氧化氢分子.综上,本文为氧化锌纳米棒光催化产过氧化氢的机理研究提供了新认识,并提出了一种有前途的过氧化氢生产策略.

摘要： 使用水热法制备出Bi_(2)WO_(6)材料,通过静电纺丝法将其负载在聚乙烯醇(PVA)上,得到Bi_(2)WO_(6)/PVA复合材料。在可见光照射下,相比于纯PVA,14%Bi_(2)WO_(6)/PVA复合材料对As(Ⅲ)的氧化显示出较高的光化学活性。在最佳条件下[pH=10.0、Bi_(2)WO_(6)质量分数为14%、As(Ⅲ)质量浓度为3mg/L],反应120min后,As(Ⅲ)氧化率为47.45%。此外,Bi_(2)WO_(6)/PVA材料重复使用4次后,As(Ⅲ)的氧化率仍可达到37.38%。抑制剂试验表明,Bi_(2)WO_(6)/PVA可见光下氧化As(Ⅲ)的活性物质主要为空穴(h+)和超氧自由基(O_(2)^(-)·)。

摘要： 中环内酰胺是具有生物活性的一类有机分子结构,在天然分子合成和药物合成领域中有着重要的作用。使用石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))为光催化剂,可见光为驱动力,1-乙酰氧基-1,3-二氢-1λ3-苯并[d][1,2]碘杂氧杂环戊熳-3-酮(BI-OAc)为氧化剂,经条件优化能够以良好的产率实现九元内酰胺的光催化高效合成。该反应具有普适性,在最优条件下多种底物能以中等到优异(高达90%)的产率获得相应中环内酰胺产物。此外,提出了一种氮自由基参与的光催化扩环反应机理。本反应开拓了中环化合物合成的绿色、经济新方法。

摘要： CO_(2)资源化利用是降低CO_(2)排放,实现碳中和的重要方式。其中,CO_(2)与有机化合物耦合催化转化被认为是最有效的CO_(2)资源化路径之一。经典的热催化耦合反应由于反应条件较为剧烈,导致能耗较高且增加了碳排放,使其应用受到限制。研究表明,使用光、电催化CO_(2)与有机化合物耦合制备高附加值产品可直接利用清洁能源,不仅实现CO_(2)减排,促进可持续发展,还可获得碳酸酯及羧酸等高附加值化学品,创造更多经济价值。该类催化反应通常以有机分子活化为主,CO_(2)分子活化为辅,通过光或电活化底物分子,生成高能量的活性中间体,进而克服热力学障碍。从光、电催化的优势、反应效率和反应条件等方面综述近年来光、电催化CO_(2)与有机化合物耦合制备碳酸酯、羧酸等研究进展,详细讨论了针对不同类型有机化合物的活化策略以及各类反应的反应机理,最后提出了该领域当前仍面临的挑战并对未来进行展望。光催化多用于CO_(2)对C—O键、C—H键的插入,主要产物分别为酯和羧酸,反应多在常温常压下进行。其中CO_(2)与环氧化物的环加成反应研究较多,其多相催化反应已具有理想的转化率和选择性;CO_(2)与烃类反应对合适的底物可达到理想的羧酸产率,但需均相催化剂的催化。此外,光催化反应中普遍存在的反应速率不高、可见光不易利用等问题也亟待解决。电催化多用于CO_(2)在阴极端对C—X键、C=C键的插入,主要产物分别为羧酸和二羧酸,反应大多在常温常压下进行。其中,C—X键的还原羧化可在电极表面或溶液中存在催化剂时高效进行,但反应常生成烷烃等副产物;C=C键的还原羧化无需催化剂,但存在单羧酸和二羧酸的竞争,当底物为共轭二烯时产物更复杂。该体系研究中多采用活泼金属作为牺牲阳极,因此除提高某一产物的选择性外,未来该类型电催化反应还应考虑阳极的高效利用。

摘要： 随着人口增长和全球工业化进程加快,人们饱受环境污染和能源短缺问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、可持续、环境友好、有潜力的新技术,在环境净化和能源开发方面有着广阔的应用前景.到目前为止,人们已开发出多种半导体光催化剂,并广泛应用于污染物降解、氢气制备和二氧化碳还原等领域.其中,化合物K4Nb6O17具有典型的层状结构、合适的电子能带结构、结构易改性以及良好的电荷传输性能等特点,在光催化领域得到了广泛研究.然而,单纯K4Nb6O17仍存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,限制了K4Nb6O17的进一步应用.因此,需要对K4Nb6O17进行改性,拓宽其光吸收范围,提高其光生载流子分离效率,从而提高其光催化活性.本研究通过简单焙烧法制备Z型N-掺杂K4Nb6O17/g-C3N4(KCN)异质结光催化剂,其中石墨相氮化碳(g-C3N4)在复合材料中质量比约为50％.层状K4Nb6O17层板的电子结构通过N掺杂进行调控,拓宽其光响应范围,使其具有可见光响应;同时,形成的g-C3N4位于N-掺杂K4Nb6O17的外层以及内层空间,在这两种组分之间形成异质结,有利于提高光生载流子的分离效率.荧光光谱、时间分辨荧光光谱和光电化学测试表明,N掺杂和异质结的形成有利于增强光生电子-空穴对的传输和分离效率.通过在可见光照射下降解罗丹明B(RhB)和产氢来评估材料的光催化性能.相比g-C3N4(8.24μmol/h)和Me-K4Nb6O17(～1.30μmol/h),KCN复合材料光催化产氢效率(～16.91μmol/h)得到了极大提高,并显示出极好的光催化产氢稳定性能.对于光催化降解RhB体系,KCN复合材料也显示出较好的光催化活性和稳定性,并能很好地将RhB矿化.鉴于KCN复合材料具有较小的比表面积(9.9 m2/g)且无孔结构,认为比表面积对光催化活性影响较小.因此,与单组分相比,KCN复合材料光催化产氢和RhB降解活性都得到了极大提高,活性的增强主要归功于N掺杂和异质结形成的协同效应,其中N掺杂可以拓宽光捕获能力,异质结形成可提高电荷载流子的分离效率.电子自旋共振(ESR)谱表明,在KCN降解RhB体系中,超氧自由基(?O2?)、羟基自由基(?OH)和空穴(h+)作为主要活性物质都参与了反应.结合实验结果可以推测KCN复合材料满足了Z型光催化体系,该体系具有高效的光生载流子分离效率和较高的氧化还原能力.

摘要： 活性氧物种(ROS)在光催化选择性氧化过程中起着至关重要的作用.研究人员通过调控材料结构,优化其ROS产生的种类及浓度,可以有效提高相应光催化选择氧化反应的效率,为实现未来绿色工业搭桥铺路.本文将对常见的ROS产生过程进行解读,同时阐明其在各个催化反应中的作用机制,最后介绍不同ROS的检测和验证方法.本文可为光催化反应的优化提供新的思路.

摘要： 在紫外光照射下,考察了混合溶剂中甲醇和水的相对含量对二氧化钛(TiO2)催化3,4-二氯硝基苯性能的影响,对3,4-二氯硝基苯的降解率以及其还原产物(3,4-二氯苯胺)的产率进行了研究.结果表明:当V甲醇∶V水为5∶5时,在光催化反应前40 min内,3,4-二氯硝基苯的降解率可达26.81％;当V甲醇∶ V*为9∶1时,在240 min内,3,4-二氯苯胺的产率最高为78％.根据氧化还原电势和羟基自由基(·OH)荧光检测的结果,推测了可能的光催化反应机制:混合溶剂中水量越高,越有利于氧化反应的进行;甲醇的含量较高,越有利于还原反应的进行.甲醇作为溶剂和空穴捕获剂可促进3,4-二氯硝基苯的还原反应,而水作为反应介质有利于·OH的生成,进而促进氧化反应.

摘要： 开发了一种新型光催化反应器——多级串联槽式光微反应器,其中包含16个串联的微型圆柱槽,每个单元槽内有一个微型搅拌子从而实现充分搅拌.停留时间分布测试结果表明:无论是均相液体物料,还是含有固体颗粒的悬浮液物料,在反应器中都能够实现接近平推流的流动状态.制作了透明度高、化学稳定性好的石英玻璃反应器,在反应器中进行TiO2光催化降解染料的模型反应,运行10h无堵塞现象发生,且反应速率相对于烧瓶中的间歇反应速率提高约24倍.

摘要： 主要介绍了近年来钨酸铋的光催化活性改性手段,如形貌调控、离子掺杂和复合结构的构建等,并对钨酸铋提高光催化效率的手段进行了展望.

摘要： 光催化技术由于其成本低、安全性高、效率高、具有开发太阳能的潜力、可控性和发展性强受到了广泛关注.本文选取卤氧化铋作为研究对象,简要介绍卤氧化铋的特点与种类,简述了卤氧化铋光催化性能提升的研究方法,主要包括微结构控制、与半导体/金属/离子/新材料等杂化、结构设计三种改性手段,详细阐述了几种卤氧化铋近些年来的研究进展,最后对卤氧化铋提高光催化性能的改性手段进行展望.

摘要： 光催化反应不但能把各种有机化合物氧化分解,而且能将其彻底氧化成对环境无害的矿化产物。芥子气是一种典型的持久性糜烂类毒剂,在紫外灯的照射下,TiO2能够将与芥子气发生氧化还原反应,从而达到降解的目的。加深光催化降解2-CEES行为的理解,对于芥子气的去除,具有重要的指导意义。

摘要： 基于分子动力学、密度泛函理论和第一性原理分子动力学等分子模拟计算的介绍,简单综述了二氧化钛表面吸附水、二氧化钛表面光解水反应和电荷传递过程等的研究进展,并指出该领域当前研究存在的问题,同时探讨了未来可能研究的方向.

摘要： 随着机动车保有量的不断增加,高楼林立和人口密集的城市中NOx污染对环境和健康正造成严重影响。因为吸附和选择性催化还原(SCR)等技术难以满足这种大气中低浓度NO的去除,利用建筑物墙体表面等的光催化氧化去除NO的研究备受关注。本文采用溶胶凝胶法制备所得的锐钛矿TiO2负载Pt作为光催化剂。在环境温度下,以Ar(79％)和高纯氧气(21％)为反应平衡气,调节NO浓度为10～100ppm范围,光源采用300W的氙灯,产物用NOx仪测试。图1所示的实验结果为0.5％Pt/TiO2催化剂上,初始浓度为22PPM的NO光催化反应随时间的变化曲线。一部分NO被氧化为NO2,但总的NOx浓度比入口处NO的浓度约少了25％。这部分"损失"是由于NO被氧化形成了NO3-或进一步生成了N2以及N2O等产物导致。

摘要： 室温下不活泼C-H键催化活化进而完成cc偶联是有机合成上的课题之一.利用～80nm的UV照射TiO2光催化剂,有可能分别将一对电子转移的反应分别由价带和导带完成,最终将脱下的氢用分子氧来结合生成H2O2、H2O.这一方法的最大特点是,空穴具有非常强大的氧化活化任何C-H、C-C键的能力,因而可以替代传统的起始原料必须是C-X键、C-Si或C=C不饱和键的不利限制.但困难是选择性非常低,且导带的还原能力也非常受限制.因此,目前除活化醇、苄胺的α-C-H键和C-Si键获得了较为满意的选择性外,还没有一例直接活化脂肪族烷基C-H或芳香的C-H取得选择性高的光催化反应.其次,即使是苄醇、苄胺的α-C-H键的活化,也必须在有机相进行,实现水为唯一绿色溶剂的选择性仍然是一个难题。

摘要： 以纳米TiO2为光催化剂的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,因为纳米TiO2光催化氧化降解有机物的效率高,且本身为惰性无毒化合物不会造成二次污染,降解反应可在常温、常压下进行。但由于其最大吸收波长处于紫外光区,无法高效地利用太阳光进行光催化反应,因此为实际应用带来不便。染料敏化可以有效地拓宽TiO2的吸收光谱,主要的机理为染料被激发后将电子迅速转移到TiO2导带上,TiO2则作为收集和传导电子的载体。由于染料由于其本身具有溶于水的特性,所以敏化催化剂的稳定性和重复使用性能受到限制。颜料与染料一样具有可见光吸收特性,另外颜料常常是不溶于水和常见的有机溶剂,而且,某些高档有机颜料耐光性能很好,常用于户外的建筑涂料或汽车涂料中,所以利用一些特定的有机颜料敏化制备可见光催化剂具有潜在的应用价值。

摘要： 随着中国经济的快速增长以及现代化工业的迅猛发展,环境污染尤其是有机污染物污染已经成为制约中国经济可持续增长的关键难题之一.而高浓度且难降解的有机污染物分子往往存在于工业废水中,其包含大量多环芳烃、杂环类有机化合物等有毒有害物质,危险性极大,无论是对环境还是对人类健康都会带来巨大的威胁.由于工业废水中有机污染物含量较高且成分复杂,使得传统的一些物理化学的处理方法,如膜分离、物理吸附、絮凝等很难实现对有机污染物分子的完全矿化.

摘要： 随着中国经济的快速增长以及现代化工业的迅猛发展,环境污染尤其是有机污染物污染已经成为制约中国经济可持续增长的关键难题之一.而高浓度且难降解的有机污染物分子往往存在于工业废水中,其包含大量多环芳烃、杂环类有机化合物等有毒有害物质,危险性极大,无论是对环境还是对人类健康都会带来巨大的威胁.由于工业废水中有机污染物含量较高且成分复杂,使得传统的一些物理化学的处理方法,如膜分离、物理吸附、絮凝等很难实现对有机污染物分子的完全矿化.

摘要： 随着中国经济的快速增长以及现代化工业的迅猛发展,环境污染尤其是有机污染物污染已经成为制约中国经济可持续增长的关键难题之一.而高浓度且难降解的有机污染物分子往往存在于工业废水中,其包含大量多环芳烃、杂环类有机化合物等有毒有害物质,危险性极大,无论是对环境还是对人类健康都会带来巨大的威胁.由于工业废水中有机污染物含量较高且成分复杂,使得传统的一些物理化学的处理方法,如膜分离、物理吸附、絮凝等很难实现对有机污染物分子的完全矿化.

摘要： 随着中国经济的快速增长以及现代化工业的迅猛发展,环境污染尤其是有机污染物污染已经成为制约中国经济可持续增长的关键难题之一.而高浓度且难降解的有机污染物分子往往存在于工业废水中,其包含大量多环芳烃、杂环类有机化合物等有毒有害物质,危险性极大,无论是对环境还是对人类健康都会带来巨大的威胁.由于工业废水中有机污染物含量较高且成分复杂,使得传统的一些物理化学的处理方法,如膜分离、物理吸附、絮凝等很难实现对有机污染物分子的完全矿化.

摘要： 随着中国经济的快速增长以及现代化工业的迅猛发展,环境污染尤其是有机污染物污染已经成为制约中国经济可持续增长的关键难题之一.而高浓度且难降解的有机污染物分子往往存在于工业废水中,其包含大量多环芳烃、杂环类有机化合物等有毒有害物质,危险性极大,无论是对环境还是对人类健康都会带来巨大的威胁.由于工业废水中有机污染物含量较高且成分复杂,使得传统的一些物理化学的处理方法,如膜分离、物理吸附、絮凝等很难实现对有机污染物分子的完全矿化.

摘要： 本公开总体上涉及反应器系统，其包括：(a)具有可以至少部分地反射的内表面的壳体，(b)设置在壳体的内部的至少一个反应器单元，该至少一个反应器单元包括外壳和在设置在至少一个外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，其中外壳是光学透明的并且包括用于使反应物进入至少一个单元的至少一个入口、和用于使重整产物离开至少一个单元的至少一个出口，和(c)设置在壳体的内部和/或壳体的外部的至少一个光源。

摘要： 本发明公开了一种光催化反应器，包括呈平板式的反应器本体和透光板，所述反应器本体与所述透光板共同构成一封闭腔体，所述反应器本体内还设有连通所述封闭腔体的进液通道和出液通道，用于供反应液进出所述封闭腔体，所述进液通道和所述出液通道均通过若干小孔与所述封闭腔体连通，所述进液通道设于所述反应器本体的一个侧壁处，所述出液通道设于相对的另一侧壁处。由此，本发明的光催化反应器简化了反应釜的结构，通过小孔喷射液体产生的涡流代替原有的搅拌装置，通过将传统反应釜由圆柱体型更改为平板式，大大提高了接收光的面积，提高了反应效率，降低了生成成本。本发明还公开了一种光催化反应装置。

摘要： 本发明提供一种1000L光催化反应釜工程放大与生产氯苄与氟苯的光催化反应釜：包括光催化釜，光催化釜外表面设置有釜夹套，光催化釜内腔中设置有新型氯气分布器和灯管组；灯管组包括竖直设置的石英灯管与紫外灯管，紫外灯管位于石英灯管内，石英灯管与紫外灯管之间设置有间隙，光催化釜顶部设置有通氯口，通氯口与新型氯气分布器连接，光催化釜底部设置有放料口。本发明还提供一种1000L光催化反应釜工程放大与生产氯苄与氟苯的光催化反应釜的方法，解决了光催化反应氯化反应速率低，氯气损耗大，设备造价高，生产控制、安装检修复杂的问题，降低装备投资，取样分析方便，利于规模化大生产。

摘要： 本发明涉及一种光催化反应处理废水的方法，其使用固定化的TiO

摘要： 本发明公开了室温型高通量磁悬浮光催化反应装置及催化反应方法，所述箱体的内腔铺设有试管架固定板，所述试管架固定板的上端开设有若干个固定孔，若干个所述催化单元均固定安装在箱体的内腔，所述催化单元包括树脂套、电机、试管套，所述电机的上端与树脂套固定连接，且所述树脂套的内壁上端两侧均安装有一组条形磁铁，所述试管套的上端搭接在试管架固定板上，所述试管套的下端中心位置安装有光源，所述试管卡接在试管套的内腔，所述试管的内腔设有磁子，且所述磁子位于两组条形磁铁中间位置，有效的解决了磁子沉底影响光照面积而使光照不稳定的问题，从而增大光照面积，提高催化反应速率。

摘要： 本发明公开了一种带有金刚石电催化反应器和纳米光催化反应器的多级净水设备，包括进水口(1)和出水口(2)，所述进水口(1)和出水口(2)间设置过滤装置(3)，其特征在于所述过滤装置包括依次连接的前端过滤器、设置有金刚石电催化反应器的电催化反应过滤器(31)、设置有纳米光催化反应器的光催化反应过滤器(32)和后端过滤器。该设备可实现污染物的化学处理和细菌的电催化灭活，可望避免产生二次污染，可适用于因地质灾害而受污染的水源的净化。

摘要： 本实用新型公开了一种光催化反应器，包括呈平板式的反应器本体和透光板，所述反应器本体与所述透光板共同构成一封闭腔体，所述反应器本体内还设有连通所述封闭腔体的进液通道和出液通道，用于供反应液进出所述封闭腔体，所述进液通道和所述出液通道均通过若干小孔与所述封闭腔体连通，所述进液通道设于所述反应器本体的一个侧壁处，所述出液通道设于相对的另一侧壁处。由此，本实用新型的光催化反应器简化了反应釜的结构，通过小孔喷射液体产生的涡流代替原有的搅拌装置，通过将传统反应釜由圆柱体型更改为平板式，大大提高了接收光的面积，提高了反应效率，降低了生成成本。本实用新型还公开了一种光催化反应装置。

摘要： 本申请涉及光催化反应器、光催化反应器模块、入口模块和出口模块。光催化反应器(110)包括多个反应器盒或模块(111A‑111E)，该多个反应器盒或模块可以拼接在一起，以使这种反应器能够易于组装且随后例如为了修理、更换或修改而易于拆卸。模块化结构可以允许显著增加的量的催化剂设置在反应器内，或者不同和有区别的催化剂设置在反应器内，以提供多个和/或多阶段的处理方案。反应器盒或模块(111A‑111E)包括支承表面(118)和外壁(123)，支承表面用于可移动的光催化剂颗粒的层，其可以是定子，外壁从支承表面(118)围绕支承表面(118)的周边延伸。这些盒或模块(111A‑111E)可以配置、布置或适应于无限地与相邻的盒或模块(111A‑111E)堆叠，以用于无限制的应用和处理容积。

摘要： 本实用新型涉及一种光催化反应器及气相光催化反应测试系统，该测试系统是由动态配气、光催化反应及采样体系三部分组成；其中动态配气体系是由空气发生器、干洁空气流量计、加湿瓶、加湿空气流量计、甲醛配气瓶、恒温水浴箱、甲醛气体流量计以及气体混合瓶通过管道连通构成，用于制备含有甲醛的空气，光催化反应体系是光催化反应器，采样体系是采样器，动态配气体系配好的含甲醛的空气进入光催化反应体系中，利用光催化使甲醛降解，从光催化反应体系降解后的含甲醛的空气进入采样体系中采集样品，以便于进一步分析、计算；本实用新型结构设计简单，成本低，测定结果准确可靠，可将普通催化与光催化有效组合或分开演示，使用拆装方便，适于推广。

摘要： 本实用新型公开了一种带有金刚石电催化反应器和纳米光催化反应器的多级净水设备，包括进水口(1)和出水口(2)，所述进水口(1)和出水口(2)间设置过滤装置(3)，其特征在于所述过滤装置包括依次连接的前端过滤器、设置有金刚石电催化反应器的电催化反应过滤器(31)、设置有纳米光催化反应器的光催化反应过滤器(32)和后端过滤器。该设备可实现污染物的化学处理和细菌的电催化灭活，可望避免产生二次污染，可适用于因地质灾害而受污染的水源的净化。