光催化水和污水处理和净化
由于非选择性羟基自由基的攻击,二氧化钛光催化可以几乎所有的有机污染物氧化分解各种无机阴离子。抛光水的质量取决于水和废水的性质和治疗参数,如3.5节中讨论。治疗应该决定的程度根据治疗的目的和法规。
表2总结了光催化氧化和降解的化合物(7号到9号,18)。广泛的阴离子如硝酸、硫化
集团 |
底物 |
无机阴离子 |
没有,,(nh +),硫化氢,sh - s2 - so3, s2o3,有h3po4 CN - |
重金属 |
重铬酸盐、铬(VI)、Pb2 + Mn2 +, Ti + Co2 + Hg2 +, Hg (II), HgCl2, CHaHgCl, Ag)(我),铜(II)、Cd (II),非盟(III), Pt (VI), Pd (II)、镍(II) |
烷烃 |
异丁烯、戊烷、庚烷、环己烷、石蜡、氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷 |
脂肪族化合物 |
甲醇、乙醇、丙醇、葡萄糖酸(丙,甲,ethanoic草酸,丁、苹果) |
烯烃 |
环己烯、氯乙烯、氯乙 |
芳烃 |
Bezene,甲苯、二甲苯、萘、氯苯chloronitrobenzene、联苯、多氯联苯、酸(羟基苯甲酸,氨基苯甲酸、邻苯二甲酸的水杨酸,氯苯) |
酚类化合物 |
苯酚、氯酚、fluorophenol、对苯二酚、邻苯二酚,methylcatechol,甲酚,硝基酚 |
表面活性剂 |
十二烷基硫酸钠、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠,磷酸三甲酯 |
除草剂和杀虫剂 |
阿特拉津、prometron propetryne,苯,灭草隆,滴滴涕,对硫磷,林丹 |
染料 |
亚甲蓝、罗丹明B、甲基橙、刚果红fluoroscein |
活性污泥 |
多种有机化合物的混合物 |
微生物 |
大肠杆菌、芽孢杆菌、短小,噬菌体 |
生物毒素 |
美国科学家(RR,年,洛杉矶) |
从参考文献来源:调整和修改。(7号到9号,18)。
从参考文献来源:调整和修改。(7号到9号,18)。
和亚硫酸盐,氰化物很容易氧化为无害或少有毒化合物(19 - 22日)。的元素,(N、S和P)通常转化为他们的最高氧化态。例如,亚硝酸盐是硝酸氧化硫化物和亚硫酸盐转化为硫酸。金属中发现水资源(尤其是工业废水、地下水和地表水在矿区)强加一个严重的问题。他们的毒性取决于价状态。是实际的二氧化钛光催化转换有毒金属更少的有毒或无毒的形式,或删除它们从水中流。金属离子(M),如果存在,降低了电子生成的二氧化钛的导带(方程19)[23]:
Mn + +东北”!M0 (19)
治疗可行性标准还原电位的金属。Ag) (I)、铬(VI), Hg (II)和Pt (II)很容易被二氧化钛光催化氧化还原反应,而Cd (II)、铜(II)和镍(II)还没有废去有效[24]。另一种金属切削方法是金属离子的photodeposition Pt-loaded二氧化钛[25]。例如,Pb2 +浓度Pt-TiO2悬挂据报道,随着时间的推移而降低二氧化钛的颜色发黄,暗示Pd Pt-TiO2表面的沉积。类似的结果观察与其他金属离子如Mn2 +, Ti + Hg2 + +和二氧化碳。
最常见的有机化合物中发现水和废水,包括酚类化合物、氯化化学品、表面活性剂、染料、杀虫剂,可以分解不管他们的分子结构由于非选择性羟基自由基的攻击。这些有机化合物被列为优先污染物由美国环境保护署(EPA)或在饮用水污染物候选人名单[26-31]。其结构通常影响反应动力学和中间体的形成。许多研究都集中在有机物的光催化降解性和反应机制,和识别反应副产物及其毒性。在许多情况下,阐明反应通路太复杂的详细步骤。
目标化合物的降解速度快。通常,有机化合物的双键容易氢氧自由基攻击。dearomatization芳香族化合物(如甲苯、苯和苯酚)快甚至在Cl等取代基的存在,NO2,芳环上甲基(13,32岁,33)。一个脂肪链绑定到芳环很容易片段但其二氧化碳矿化是明显放缓以来在反应中间体形成甲酸和乙酸离子等相对稳定(34、35)。到目前为止,完成几乎所有的有机化合物被发现的矿化。由于三嗪芳香环的稳定性较高,据报道s-triazine除草剂作为最终产品转化为无毒氰尿酸[36]。持续的氯代化合物,如氯酚、氯苯甲酸,氯离子很容易和删除dechlorinated化合物被用于生物处理系统(13日37)。氮含量化合物转化为NH +和不”[38]。含硫的化学物质被矿化硫酸盐离子[39]。有机磷农药生产磷酸离子[35 40]。
最新进展在高性能液相色谱等分析仪器,气相色谱,质谱能够检测和识别反应中间体在光催化降解有机化合物。最广泛的研究到目前为止在中间的识别和二氧化钛光催化降解途径是由詹金斯和他的同事(第四十一条、第四十二条)。使用4-chlorophenol (4-CP)作为模型化合物,他们实验证明光致激发过程和后一代的反应物种,一系列的级联反应(在3.3节)可能导致4-CP完全矿化。最初,4-CP发生分岔形成对苯二酚的替换[41]或4-chlorocatechol通过羟基化[42]的比率取决于反应条件。从hydro-xybenzoquinone对苯二酚发生进一步反应,1,2,4-benzenetriol, 1, 2, 4, 5-benzenetetraol(跟踪),和氧化苯环的乳沟c1或同样的债券形成无环衍生品。氧化环的乳沟1 2 4-benzenetriol发生通过电子转移形成的激进的阳离子化合物捕获超氧化物自由基阳离子的紧随其后。这种机制导致dioxetanes的形成,后来崩溃形成open-ring六元化合物的acid-aldehyde(打破同样的债券)或二酸(打破c1债券)。主要非循环的中间体(E) - (Z) 4-oxohex-2-enedioic酸,oxobutanedioic酸,propanedioic酸和草酸。其他较小的中间体,乙酸的形成之前,甲酸,甲醛,包括1、2-ethanediol和羟基乙酸。而退化4-chlorocatechol经历5-chloro-1的降解途径,包括形成,2,4-benzenetriol羟基化,1,2,4-benzenetriol替换,少量的4-chloropyrogallol羟基化。 Ring cleavage forms compounds as previously discussed and chlorine-bearing compounds such as (E)-3-chloro-4-oxohex-2-enedioic acid, 3-chloro-4,5-dioxopent-2-enoic acid, and chlorofumaric acid. Many other smaller intermediates in the degradations were identified by Jenks and his coworkers [41,42].
另外,二氧化钛光催化作用对微生物有很强的消毒功能。抗生素的广泛使用,在水中微生物的耐药菌株的出现促使立即需要开发替代消毒系统。二氧化钛光催化过程实际上是用于杀死病原微生物。羟基自由基是高毒性和活性微生物和其他有机物质。光催化失活的细菌,如大肠杆菌和芽孢杆菌、短小,以及几个噬菌体(43-45)已被调查。多不饱和磷脂组件的二氧化钛光催化最初促进过氧化脂质膜,从而诱发细胞的主要障碍和损害赔偿基本功能,导致微生物的死亡[46]。另外,二氧化钛光催化已经证明对生物毒素分解和排毒效率高,特别是蓝藻毒素的饮用水资源[47-49]。
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