污水处理中的光催化技术

污水处理中的光催化技术（通用10篇）

污水处理中的光催化技术 篇1

纳米TiO2在废水处理中的光催化活性

介绍了纳米TiO2光催化降解废水中有机污染物的机理,系统评述了纳米TiO2的粒径、晶型、掺杂、负载和废水处理体系中催化剂投加量、pH值、外加氧化剂、无机盐及光强等因素对其催化活性的影响.展望了纳米TiO2在降解工业废水处理中的应用前景,认为:提高纳米TiO2的光催化效率,扩展纳米TiO2的吸收光谱范围和开发纳米TiO2的`负载技术是光催化法处理废水应用研究领域今后的主要发展方向.

作 者：王晓钰 祁巧艳 孙剑辉 作者单位：河南师范大学化学与环境科学学院,河南省环境污染控制重点实验室,河南,新乡,453007刊 名：工业水处理 ISTIC PKU英文刊名：INDUSTRIAL WATER TREATMENT年，卷(期)：200525(1)分类号：X703.1关键词：纳米TiO2 光催化 废水处理

污水处理中的光催化技术 篇2

目前应用最广的光催化剂为TiO2[5~6],TiO2的能带隙为3.12eV,只有波长小于388nm的紫外光辐射才能使TiO2产生电子-空穴对,但在太阳光谱中紫外光(400nm以下)不到5%,为了有效地利用太阳光,研究在可见光下具有高效光催化活性的催化剂势在必行。

Cu2O是一种对可见光响应的P型半导体材料,Cu2O能级差约为2.0eV,完全可在太阳光的辐射下引发光催化反应。自从1998年,Ikeda等[7]宣布用Cu2O作光催化剂可在阳光下将水分解成氢气和氧气以来,Cu2O在可见光下的催化性能成为研究的热点,其应用于污水处理方面已有报道[8~11]。此外,铜元素在地球上含量丰富,氧化亚铜生产成本低且无毒,Cu2O必将成为继TiO2后应用前景最广的光催化剂。本实验采用自制的Cu2O处理台盼蓝溶液,考察台盼蓝在不同工艺条件下的脱色率。

1 实验部分

1.1 主要试剂

实验中所用的硫酸铜、葡萄糖、氢氧化钠、水合肼(80%)、台盼蓝、无水乙醇均为分析纯,所有试剂均没有进一步纯化。

1.2 氧化亚铜的合成

将6.13g的硫酸铜和12g的氢氧化钠分别溶于100mL水中,取3g葡萄糖加入250mL烧瓶中,将溶解的硫酸铜和氢氧化钠加入到烧瓶中,溶液由蓝色变为深蓝色。调节反应温度为20℃,在不断搅拌的条件下加入0.6mL水合肼,一直反应到溶液完全变为红色为止。反应结束后,自然沉降分离,然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤4次。50℃真空干燥得到超细Cu2O,待用。

1.3 氧化亚铜光催化性能研究

取一定体积的台盼蓝溶液加入一定量的Cu2O,控温进行脱色处理,脱色处理后,离心分离取上层清液用可见光分光光度计在595nm进行检测,计算台盼蓝的脱色率。为减小误差,太阳光照条件尽量一致,并做3次平行实验,取其平均值。

1.4 分析方法

利用扫描电镜(SEM)和X衍射仪(XRD)对Cu2O进行表征。

采用可见分光光度计在最大波长下(595nm)测定溶液的吸光度,用脱色率来定量表示Cu2O处理染料的能力,台盼蓝溶液处理前后的吸光度之间的关系为:

脱色率/%=(A0-A)/A0×100%

式中:A0-未经处理的染料溶液的吸光度;

A-脱色处理后溶液的吸光度。

2 结果及讨论

2.1 氧化亚铜的表征

根据1.2制备的氧化亚铜的表征如图1所示。

由图1(a)可看出制备的颗粒为粒径约1μm的类球形,且分散比较均匀。由图1(b)可以看出,产品在衍射角度2θ分别为29.66°,36.54°,42.41°,61.59°,73.73°处有强吸收峰,这和标准谱库氧化亚铜立方晶体谱图(JCPDS 05-667)一致,证明产物为Cu2O。图1(b)中可看出其他杂质的衍射峰很弱,证明氧化亚铜的纯度较高。

2.2 温度对脱色率的影响

各取40mL的15mg·L-1的台盼蓝溶液分别在10℃,20℃,30℃,40℃,50℃下加入0.2g Cu2O,太阳光照150min后测定其脱色率,结果如图2所示。

由图2可看出,随着温度的升高,台盼蓝溶液的脱色率先增加后减小。这是因为在光催化降解过程中涉及的反应可能如下[14]:

(1)样品+hυ→h++e-

(2)e-+O2→O2-

(3)O2-+2H2O+e-→H2O2+2OH-

(4)H2O2+e-→·OH+OH-

(5)有机物+·OH+O2→CO2+H2O+其它产物

日光照射后,Cu2O价带上的电子吸收光能转移至较高能级的导带上,而空穴则留在能级较低的价带上,但是在Cu2O光催化体系中,Cu2O的价带空穴电位低于H2O的氧化电位,因此不能将H2O氧化生成·OH。但Cu2O有很强的吸附分子氧的能力,Cu2O表面的电子能将吸附的O2转变为O2-,O2-进一步与水和电子作用生成H2O2和·OH。羟基自由基(·OH)具有很强的氧化性,可以将有机污染物氧化成无机物。

当处理台盼蓝的温度较高时,价带上的电子更容易被激发跃过禁带进入导带,并在价带上形成相应的空穴(h+),最终生成具有高活性的超氧负离子(O2-)和强氧化性羟基自由基(·OH),更有利于光催化降解,如图2的10~30℃区间。但温度过高时,电子运动更加无规则,反而抑制光催化降解。

2.3 光照时间对脱色率的影响

取40mL的15mg·L-1的台盼蓝溶液在30℃下加入0.2g Cu2O,考察太阳光照时间对台盼蓝脱色率,结果如图3所示。

从图3可看出,刚开始台盼蓝的脱色率随着光照时间的延长而增加,在光照时间为150min时基本稳定,脱色率最高达96.7%。这可能是由于电子在光照下不断被催化剂表面的溶解氧分子俘获,最终生成具有高活性的超氧负离子(O2-)和强氧化性物质羟基自由基(·OH),·OH具有很强的氧化性能将染料氧化,达到光催化降解的目的[15]。Cu2O的氧化作用打断了染料的生色基(-N=N-),并使助色基脱落,使染料失去了显色能力。随着光催化时间的增长,电子不断被溶解氧捕获,脱色率逐渐增加。150min后,电子捕获基本结束,脱色率达到稳定。

2.4 催化剂用量对脱色率的影响

取0.2g Cu2O分别加入到15mg·L-1不同体积的台盼蓝溶液中,在30℃下,光催化降解150min后,台盼蓝的脱色率如图4所示。

由图4可看出随着催化剂加入量的增加其脱色率先增加后减小。0.2g Cu2O加入到50mL的溶液中时,脱色率最高达98.8%,最佳固液比为4g·(L溶液)-1。这主要是因为台盼蓝溶液多时,催化剂用量不足,色度去除不理想;台盼蓝溶液少时,催化剂过多,过多Cu2O粒子产生光散射现象,使得有效光强降低,溶液底部的催化剂对光的利用率降低导致整个催化效果下降。由这个结论可推测,当有效光强增加时,催化剂的投量可相应增加。

2.5 初始物浓度对脱色率的影响

分别取浓度为5 mg·L-1、15 mg·L-1、25 mg·L-1、35mg·L-1、45mg·L-1的台盼蓝溶液40mL置于反应器中,在30℃下分别加入0.2g的Cu2O,在搅拌和太阳光照条件下催化150min,结果如图5所示。

由图5可看出,脱色率在浓度5~15mg·L-1之间逐渐增加,而过了15mg·L-1之后逐渐降低。在初始物浓度为15mg·L-1时脱色率达到最大,达到96.7%。这可能是因为在初始物浓度较低时,Cu2O的用量相对多,过多氧化亚铜粒子产生了光散射作用,使有效光强度降低,进而使得脱色率较低。随着初始物浓度的增大,Cu2O的用量和台盼蓝量趋于平衡,在台盼蓝初始浓度为15mg·L-1时,脱色率达到最大。随着初始溶液浓度的进一步增加,Cu2O的用量相对少,脱色率降低。因此在初始物浓度较高时,可适当增加Cu2O的用量以提高脱色效果。

2.6 催化剂稳定性

取40mL的15mg·L-1的台盼蓝溶液在30℃下加入0.2g Cu2O太阳光照150min后测其脱色率,离心处理后将Cu2O回收,再将同样的台盼蓝溶液加入到反应容器重复测试Cu2O的脱色效果,结果如表1所示。

由表1可看出,Cu2O重复使用后,脱色率逐渐下降,但并不明显,在使用4次后,其对台盼蓝溶液脱色率为87.8%,表明氧化亚铜光催化剂具有较高稳定性。

3 结论

污水处理中的光催化技术 篇3

关键词：棚室蔬菜；光照；温度；土壤；调控技术

中图分类号：S625.5文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0191-03

目前我国大型园艺设施219.3万hm2，占亚欧美三大洲的92.3%，其中塑料棚室218万hm2，占94.1%[1]。2010年，全国设施蔬菜面积344.3万hm2，占亚欧美三大洲的94.8%[2]。蔬菜作物的生长发育及产品器官的形成，一方面取决于本身的遗传特性，另一方面取决于外界环境条件。由于棚室内的土壤、光照、温度等诸多环境因子都发生了重大变化，使棚室蔬菜栽培技术远不同于露地，本研究结合生产实践经验就相关环境调控技术做一综述。

1土壤环境

1.1棚室内土壤环境特点

设施土壤长期覆盖栽培缺少降雨淋溶，改变了土壤自然条件下的水热平衡，其温、光、水、肥、气等管理与露地不同。随着设施蔬菜的专业化和规模化生产的发展，设施土壤地表高度集约化经营，设施内的连作障碍问题也就日趋严重，土传病虫害、次生盐渍化和自毒作用是引起连作障碍的主要原因。设施内大型机械设备进出不便，设施土壤缺乏深耕翻，土壤耕层变浅，通气透水性变差。过量的不合理的施肥造成土壤营养元素失衡、土壤酸化、土壤中有机物的矿化与分解速率减缓、土壤中养分的有效性降低。

1.2棚室内土壤环境与作物生长

土壤是指陆地上能够生长植物的疏松表层，土壤之所以能生长植物，是因为土壤具有肥力，指土壤供给和协调植物生长发育所需要的水分、养分、空气、热量、扎根条件和无毒害物质的能力。土壤组成物质是土壤肥力的基础，任何一种土壤都是由固液气3相物质组成。固体部分包括矿质土粒、有机质、土壤微生物。土壤是植物扎根立足的场所，它的组成、性质、颗粒大小和配合比率也是土壤性质的产生和变化的基础，直接影响土壤肥力。

我国不同地区、不同种植年限的设施土壤都有不同程度的盐渍化发生。土壤中盐离子浓度过高，会降低植物根际土壤溶液渗透势，导致其根细胞失水枯萎以致死亡。盐害症状从影响种子发芽到根系发育不良，气温高时植株表现萎蔫；再到地上部植株一直表现矮小，叶色浓绿，心叶卷缩黄化，即使能开花结果也出现早衰、畸形果等症状；甚至植株直接萎蔫枯死[3-4]。有研究表明，长期连作，黄瓜、西瓜、番茄、芦笋等作物的根系分泌物和残茬易引起自毒作用[5-8]。自毒物质会影响植株根系活力，从而影响植株生长和产品产量、品质等。作物残体在其分解过程中也会产生某些植物毒素影响下茬作物的生长。连作条件往往又使土壤有益微生物种群和数量降低，有害微生物增加。连作中作物根系分泌物和植株残体也为病原菌提供了营养及赖以生存的寄主和繁殖场所，加之棚室又具有相对适宜的繁殖条件，土壤缺乏雨水淋洗；设施生产中化肥、农药的过量施用，土壤环境质量劣化，导致土壤中病原菌抗药性不断提高。如黄瓜枯萎病、茄子黄萎病，发生危害逐年加重，都与温室栽培连作有关；喜湿病害如黄瓜霜霉病、番茄灰霉病在一些粗放管理的高温高湿的温室环境中发生尤为严重；白粉虱、美洲斑潜蝇等因棚室栽培，不仅能发生危害，而且为大田提供了大量病原菌，形成周年循环危害[9]。过量不合理的施肥，使得养分供求比例严重失衡；再加上单一作物连作对某些养分选择性吸收，使得土壤中某些矿质营养元素特别是微量元素相对缺乏，从而导致植株体内营养失调出现生理性病害，如番茄脐腐病、青椒小果、黄瓜苦味、莴苣叶烧病等[10]。设施栽培条件下土壤酸化明显，并且设施种植年限越长，土壤的pH值下降越明显。土壤酸化影响作物根系正常生长发育，从而影响根系对土壤中水分和养分的吸收，特别是影响磷、钙、镁等的吸收，因此易于发生某些生理性病害，如白菜根肿病、芹菜裂茎、萝卜糠心等的发病率显著增加[11]。土壤酸化也影响作物产量及地上部一些器官的生长发育。

1.3棚室内土壤环境的调控

由于棚室自身环境特点、长期连作、不合理的施肥以及管理方式不当等原因，使得棚室蔬菜生产中出现了严重的土壤生态问题。现根据存在问题结合实践和文献资料，提出相应技术措施。

1.3.1土壤处理技术（1）秸秆还田与地膜覆盖。施用稻草等作物秸秆不仅能提高土壤有机质含量，也能显著改善土壤理化性质，用地膜覆盖或地面撒施木屑，可减少土表水分蒸发，有良好的抑盐效果。沙国栋等研究指出，施用 75 000 kg/hm2 腐熟的稻草深翻35 cm以上可以增加土壤有机质，保持土壤疏松，形成较深的耕作层，改良作物根系环境[12]。张春兰等研究指出，土壤中施用稻草可以降低土壤电导率，提高土壤养分的有效性，而且稻草在分解过程中形成的中间产物——有机酸及酚类化合物还有抑制土壤传染性病害的作用[13]。

（2）高温闷棚与深耕翻、喷滴灌。土壤深耕30 cm以上，形成较深的耕作层，增加土壤通气透水性，利于作物根系生长发育，增强作物抗逆性。深耕翻要与有机肥的施用相结合，充分耕翻确保肥料均匀。高温闷棚15 d以上，利用持续的高温杀灭棚室内土表的病菌，棚室内蓄积热量栽培畦温度升高，加速土壤熟化。地膜覆盖的栽培畦在持续高温强光条件下产生的气体对地下害虫及根际线虫有很好的杀灭作用。采用膜下滴灌措施，减少水分蒸发，防止土壤盐分向上层积聚，能有效防止土壤盐渍化，对盐分高的土壤在栽培前浸泡1次透水洗盐；夏季利用换茬空隙，用喷灌或撤膜淋雨溶盐，使土壤表层盐分随雨水流失或淋溶到土壤深层。

（3）增加有益微生物。微生物肥料可以扩大和加强作物根际有益微生物的活动，增加作物养分和改善营养条件，是有机栽培的一种辅助性肥料，使用时应选择国家允许使用的优质产品。如EM原露（一种有效微生物活菌制剂）在改良土壤、提高肥力、抑制土壤有害微生物的生存与繁殖、增强植物代谢功能等方面可收到较好效果，能在一定程度上缓解连作障害、土壤酸化、盐渍化等问题[14]。

1.3.2合理平衡施肥根据土壤养分状况和不同蔬菜作物的需肥特性制定施肥方案。增施有机肥，化肥减量配施，并推广应用水肥一体化技术。汤宏等发现在适宜的范围内施用有机肥，能提高蔬菜产品的维生素C含量，蔬菜可溶性糖含量随着有机肥用量的增加而增加，同时能降低蔬菜中硝酸盐的积累[15]。但是不同种类的有机肥对主要蔬菜种类重要品质参数的影响也有所差别，因此有必要进一步找出和摸清有机肥种类及用量-产量-品质三者之间促进、制约、消长与平衡的规律，以便为制定和推荐蔬菜有机肥的合理施用技术提供理论依据。王冰清等研究报道化肥减量及配施不同比例的有机肥对黄瓜、苦瓜、甘蓝的产量没有显著影响，但能显著提高这3种蔬菜的可溶性糖、维生素C、蛋白质含量，降低蔬菜中的硝酸盐含量[16]。施肥分成有机和无机两部分，有机肥作为基肥，而无机肥可以根据作物各阶段的需要配成营养液，随滴灌一起施入土壤中。营养液滴灌既可做到定时定量，又能减少养分的损失和防止养分过多的积累。

1.3.3连作障碍防治将生态适应性差异较大的不同科作物实行轮作，可以从源头切断病虫害的繁殖和蔓延，还可以改变连作对土壤养分吸收的片面性。在专业化程度高的地区，对一些不耐连作的作物可采用嫁接技术。目前，生产上西瓜、甜瓜、黄瓜、番茄、茄子都不同面积地采用了嫁接技术。在土传病害和次生盐渍化严重的地区，采用基质栽培技术是彻底解决这些土壤生态问题，实现作物高产稳产优质高效的有效途径。另外，根际自生细菌的应用已成为一个新的研究方向，目前正处于采用转基因技术改造根际自生细菌，以改变土壤微生物结构，消除连作造成的微生物结构的破坏，有效防治土传病虫害发生的阶段[17]。

2光照环境

2.1棚室内光照环境特点

设施用的玻璃或塑料薄膜具有大量透过短波辐射，很少透过长波辐射的特性，温室或塑料大棚内白天大量透过太阳辐射，被地面和物体吸收，棚室内向外发出的长波辐射大部分被截留，这样使太阳能转化为热能，蓄积在棚室内，使温度升高。

2.2棚室内光照环境与作物生长

光照是植物进行光合作用最重要的能量源，它可直接影响光合碳循环中光调节酶的活性，也可通过影响植物生长环境，如温度、湿度等来间接影响植物的生理生化过程。它也是花芽分化、开花结果等形态建成和控制生长过程的能量源。因此，光照是园艺设施中及其重要的环境因素。光照对植物生长发育的影响主要表现在光照强度、光周期、光质3个方面。由于受棚室方位、骨架结构、覆盖材料特性及其洁净程度以及深秋、冬季和早春季节性不良气候条件的影响，常会造成光照强度与光照时间不足，使喜强光的果菜作物长期生长在弱光逆境中，导致植株生长细弱、落花落果、果实发育迟缓、含糖量降低、产量下降、品质变劣。沙国栋等研究指出，黄瓜在寡照条件下，首先表现为植株软弱，子房发育迟，果实膨大慢；随着寡照持续时间增加，中上部叶的叶缘向外测或内侧微卷，生长点附近的新叶黄化，经测定在持续寡照条件下，大量元素吸收相对过剩，钙、镁等中量元素吸收相对不足，营养失调导致生育障碍[12]。据曹阳报道，近年来国内外研究了从光质、照度、光照时间方面对冬季温室进行补光均对果菜类蔬菜的生长发育、产品品质、生理生化的不同方面产生了不同程度的积极影响[18]。如红光处理的番茄幼苗营养生长旺盛、干物质积累多、叶面积扩展快、叶绿素含量升高、气孔导度及蒸腾速率增加、光合速率显著高于其他处理。4 000～10 000 lx范围内，随着补光强度的增大，植株增高、茎粗增加、叶面积变大，叶绿素含量升高、果实可溶性糖与可溶性蛋白含量上升，明显促进黄瓜幼苗生长。季节的辐射变化强烈影响番茄的早期产量，给番茄相同的辐射日总量，短光照时间比长光照时间更能促进开花。此外，适当提高照度、优化光质、延长光照时间都能显著降低蔬菜中的硝酸盐含量，在LED光照栽培下仅通过优化光质便有可能使蔬菜的硝酸盐含量降低20%以上[19]。

2.3棚室内光照环境的调控

2.3.1棚室建造合理根据当地的地理位置和气候条件选择适宜的园艺设施，并按照适当的方位建造。北方重点是发展节能日光温室；长江流域是发展以防寒、保温、遮阳、避雨栽培为主的大棚；华南地区是以扩大昼夜温差为主要目的，发展冬季塑料大棚[1]。确定好适合的园艺设施还要确定合理的前后邻栋棚室的间距，如在日光温室小区的建设规划中，为了保证10～14 h前栋温室对后栋温室不遮光和充分合理地利用土地，南北相邻两栋温室之间的距离应不小于前栋温室脊高（含草苫卷起后的高度） 的2.8倍与前栋温室后坡水平投影长度和后墙厚度之和的差[20]。同时日光温室还要设计优化前坡面采光角度。

2.3.2选用优质的塑料薄膜选用透光性好、防尘抗老化、无滴透明膜。最好采用新膜，新膜使用一段时间后也要经常冲洗棚面的灰尘、水滴等以保持棚面清洁，增加棚膜的透光率，下雪天要及时清除棚面积雪，以免影响光照。

2.3.3应用适宜的增光补光技术日光温室可在后墙上挂上反光膜，地膜铺设也能增加光照。连续阴雨天可用LED灯、生物效能灯等进行人工补光。李萍萍等发现，镝灯补光效果最好，光谱能量分布接近日光[21]。对温室番茄人工补充紫外线B可提高番茄红素含量10%、维生素含量16%[22]。

2.3.4采用合理栽培管理技术选择南北行向，宽窄行栽植，栽植密度合理，及时进行整枝、打杈、摘心、摘除老叶等田间管理。冬季早春栽培时要适时揭盖保温材料，延长见光时间，也要及时清除棚膜灰尘，以保证透光性能。

3温度环境

3.1棚室内温度环境特点

棚室内温度的变化具有升温快、温差大、晴天气温变化剧烈、阴雨天变化平缓和分布不均等特点。棚室内光照条件不仅影响蔬菜的生长，而且还直接影响温度、湿度等其他条件。温室大棚的薄膜反射了一部分光照，加上薄膜的老化、尘埃水滴的附着等影响透光，设施内光照度仅为设施外的50%～80%。

3.2棚室内温度环境与作物生长

温度对植物生长的影响很大程度上可归因于它对酶系统活性的影响。当温度升高时，基质和酶分子的动能增大，反应速度较快，但是如果温度超过了限度，酶就会急剧变性。无论何种生物的生命活动都需要在一定的温度范围内才能进行，生物的每一生命活动都有其最高温度、最低温度和最适温度。温度与影响植物生长的所有其他因素的共同点是，它的影响永远不能孤立地去考虑，而是随着植株的年龄或部位、植株的水分与营养状况，以及它所经历的温度状况与辐射能量水平而变化。温度对光合作用的影响很大，随着温度的升高，其光合作用逐渐增强，到达某个温度时，光合速率达到最大，温度如果继续升高，由于呼吸消耗增加，净光合作用反而下降。如不同叶龄的黄瓜叶片对温度的反应也不相同，完全展开10 d内的叶片光合速率高，对温度的反应也敏感；完全展开20 d后的衰老叶片不仅光合速率低，而且对温度变化的反应也不敏感。黄瓜光合作用的最适温度为25～32 ℃；光合作用的温度下限为3～6 ℃，上限为42～44 ℃。35 ℃以上光合作用开始下降，40 ℃以上光合作用急剧衰退，代谢机能受阻[23]。温度从3 ℃升高到 33 ℃，番茄光合产物的传输速度加快。如夜间温度较低只有8 ℃，白天的光合产物中有相当大的一部分滞留在叶片中，对翌日的光合作用产生不良影响；如夜间温度较高大于13 ℃，光合产物的转输速度加快，但因呼吸作用加强而消耗量增加[24]。

3.3棚室内温度环境的调控

3.3.1变温管理方法随着昼夜光照时间的变化，作物的生理活动中心不断转移，依据作物生理活动中心将1 d分为若干时段，并设计出各时段适宜的管理温度，以促进同化产物的创造、运转和合理分配，同时降低呼吸消耗。白天为增进光合作用时间带，傍晚至前半夜为促进光合作用运转时间带，后半夜为抑制呼吸消耗时间带，变温管理适温的具体指标，不同作物种类、品种、生育阶段，以及白天照度等不同而有所差异。设计变温管理的目标温度时，一般上午和中午为增进光合作用时间带，温度控制在白天适温上限左右；下午作物需要转化上午的光合产物，出现光合效率下降趋势，温度控制在白天适温的下限左右；傍晚4～5 h比夜间适温上限提高1～2 ℃以促进运转，其后以下限温度作为通常的夜温；后半夜温度保持在能正常生育的最低界限温度抑制呼吸消耗。各个时间带的长度及时间分界点，还有待进一步深入研究。

3.3.2保温设施与技术南方地区冬季栽培可以采用多层覆盖的方式达到保温效果。可采取大棚内套中棚，中棚内套小棚，小棚上覆盖棚膜外再加1层无纺布，这样可以较好保持设施内的温度。北方地区的日光温室多采取在设施外覆盖草帘、保温被等材料进行保温。由于部分日光温室存在设施不规范、设计不科学、施工不规范等问题给设施蔬菜冬春季的生产造成诸多不利影响，可以根据实际需要对这些温室作出适当整改。如樊平声等设计的淮北地区新型材料日光温室就有建造成本不高、光热环境合理、保温效果好等优点[25]。还可以对棚室内地面覆盖地膜、铺草等，以减少水分蒸发和热量损失；在温室的前沿及两侧设置防寒沟，以防止地中热量的横向流出。

3.3.3加温管理技术覆盖后还不足以保持设施内的温度，还可以采用临时加温措施，如电热加温、炉火加温等。电热加温耗电多、电热线耐用年限短，一般多用于育苗床；炉火加温一定要架设烟道，避免有害气体在设施内的累积。

3.3.4降温管理技术通风换气管理主要是降温，兼顾排除湿气、补充CO2，是设施栽培最主要的技术措施之一。夏季温室大棚内的温度过高，利用自然通风换气降温，容易达到作物生长要求的温度。也可以在通风换气时直接向作物喷雾，用叶面水分蒸发降低作物体温。此外，还可以加盖遮阳网，改良棚室结构等以达到降温目的。如冯伟民等设计的改良型通风防虫大棚，通过加大两侧通风口高度、增开两端通风窗、将大门与通风窗覆盖20目防虫网，在5月的晴热天气可以比普通大棚降低7.5 ℃[26]。

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污水处理中的光催化技术 篇4

TiO2纳米粒子的光催化活性与光伏响应特性研究

We investigated the photovoltaic properties of series of TiO2 photocatalysts by means of SPS and found that the thresholds of TiO2 particles blue shift with their particle sizes decreasing and crystal phases changing from rutile TiO2 to anatase TiO2. Combining with the photodegradation activities of TiO2 on C7H16, it was concluded that the photocatalytic activities of TiO2 increase with their thresholds increasing,which can be explained using energy band theory. We also investigated the relationship beween the photovoltaic properties and photocatalytic activities of BTiO2 before and after photooxidation on C7H16, SO2 and C7H16+SO2, respectively and found adsorbates at the surface of TiO2 affect their photocatalytic activities and conduction types of surface layer.

作 者：朱连杰 王德军 谢腾峰 尚静 徐自力 杜尧国 ZHU Lian-Jie WANG De-Jun XIE Teng-Feng SHANG Jing XU Zi-li DU Yao-guo  作者单位：朱连杰,王德军,谢腾峰,ZHU Lian-Jie,WANG De-Jun,XIE Teng-Feng(吉林大学化学系,)

尚静,徐自力,杜尧国,SHANG Jing,XU Zi-li,DU Yao-guo(吉林大学环境科学与工程系,)

刊 名：高等学校化学学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 年，卷(期)： 22(5) 分类号：O643.32 关键词：TiO2   光催化   表面光电压   光降解  

污水处理中的光催化技术 篇5

摘要：用一种等离子体-光催化复合技术净化污水处理泵站臭气,研究表明该复合技术具有较显著的协同促进效应,通过改变等离子体发生单元与光催化单元的距离以及在两者之间放置去静电网,可消除等离子体单元产生的负电荷对光催化单元的不利影响,进一步提高其复合效应.同时还对这一复合技术产生协同效应的`机理进行了分析,并在污水处理泵站实地考查了这种复合技术对臭气的净化效果.该技术对臭气中NH3的降解率可达46.1%,对H2S的降解率可达67.3%.作 者：刘伟 陈爱平 李春忠 陈刚 牛炳晔 Liu Wei Chen Aiping Li Chunzhong Chen Gang Niu Bingye 作者单位：刘伟,陈爱平,李春忠,Liu Wei,Chen Aiping,Li Chunzhong(华东理工大学超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海,37)

陈刚,牛炳晔,Chen Gang,Niu Bingye(上海锦惠复洁环境工程有限公司,上海,33)

污水处理中的光催化技术 篇6

纳米TiO2光催化剂在工业废水处理中的应用进展

摘要：综述了近年来纳束TiO2光催化剂在表面贵金属沉积、表面耦合、表面敏化、掺杂和催化剂固定化等方面的改性研究;介绍了纳米TiO2光催化剂在对含油度水、药物废水、印染废水、造纸废水、表面活性剂废水、重金属度水和无机物非金属废水等处理过程中的应用;最后展望了纳束TiO2光催化剂的发展和应用前景.作 者：邹思坤 作者单位：贵州大学资源与环境工程学院,贵阳,550003期 刊：科技创新导报 Journal：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD年，卷(期)：,(12)分类号：X703关键词：纳来TiO2 光催化剂 改性 废水处理

污水处理中的光催化技术 篇7

目前的海水淡化技术中最成熟的是热法 (蒸馏法) 和膜法 (反渗透法) 。反渗透法以其投资省、能耗低、占地小、成本低、建造快、启动快的优点, 已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段。但海水中的藻类、细菌和微生物以及胶体、有机污染物等会污染反渗透膜, 严重影响反渗透海水淡化效率和提高海水淡化成本, 因此反渗透法海水淡化对海水预处理的要求非常严格。有研究表明, 海水预处理的成本最高可达淡化水成本的50%以上。因此, 作为反渗透海水淡化技术的重要组成部分, 海水预处理工艺对延长膜寿命、降低淡化成本起着举足轻重的作用。

1 海水淡化预处理研究现状

反渗透海水淡化装置正常运行需要预防结垢和防止有机物与生物污染, 因此必须采取有效的预处理手段。目前海水淡化预处理方法包括絮凝沉淀法和膜法预处理技术。传统絮凝沉淀法投资少, 但占地多, 不能很好地降低海水中的溶解有机物含量, 同时由于加入化学试剂而引进了新的污染物, 对海洋环境造成二次污染;膜法海水预处理技术是目前一种先进的反渗透预处理技术, 具有占地少, 处理效果好的优点, 该技术包括微滤 (MF) 、超滤 (UF) 和纳滤 (NF) 海水预处理技术及其集成。其中微滤可除去藻类、胶体颗粒和细菌;超滤技术对浊度、COD等均有很好的去除效果;但这几种预处理技术均不能去除海水中的溶解有机物。虽然纳滤可以去除海水中的大分子有机污染物, 但同时也容易造成纳滤膜的污染, 并且不易除去活性小分子有机物。

光催化技术是深度水处理的重要手段之一。理论上, 光催化方法可以将所有有机污染物降解为CO2和无机小分子;将有机物中的P, S和卤素分别被氧化为PO43-, SO42-和X-;将含N物质转化为NH4+或NO3-。

光催化产生的羟基自由基可以杀死海水中的单细胞藻、原生动物和细菌, 并可将其分解为水、CO2和微量无机盐;同时还可以去除海水中的C O D、DOC (或TOC) 及浊度。腐殖酸是海水中一种常见的溶解有机物, 不仅其本身能导致反渗透膜的污染, 而且能与次氯酸钠作用生成三卤甲烷。Ti O2光催化可以将水中的腐殖酸完全氧化为CO2等简单无机物。海水中的腐殖酸等有机物也可以通过光催化降解。

对此, 本研究立足于光催化氧化技术, 用二氧化钛和二氧化锰作为光催化剂, 降解真实海水中溶解有机物 (TOC) , 为光催化降解海水中溶解有机物做可行性探索。

2 光催化海水淡化预处理实验

如图1所示, 反应器为自制, 本实验采用间歇反应方式, 待处理的海水通过网筛1初步过滤, 除去杂质, 在缓冲罐2中储存, 在泵4的作用下进入光催化反应器 (此时不再进水) 。该反应器包括紫外灯管9 (500W紫外光灯, 特征波长为365nm) , 反应器中有0.5g/500m L的P25型Ti O2催化剂或Mn O2 (10) 。8为空气曝气管 (气流速度:400ml/min) , 反应温度:25±1℃, 海水经紫外光照射和光催化剂催化氧化, 有机物被分解成CO2等无毒无机物质。分解完后, 在泵4的作用下, 经陶瓷微滤膜6过滤, 液体被抽出, 催化剂被截留在反应器中, 实现催化剂重复使用。过滤后的液体被泵入反渗透膜组件进行下一步海水淡化, 实验用水为新鲜海水, 用GF/F玻璃纤维滤膜 (英国Whatman公司) 过滤并储备;DOC用岛津 (TOC-VCPN) 总有机碳分析仪测定, p H用D E L T A 3 2 0 0 p H计 (瑞士METTLER TOLEDO) 测定。

1.筛粗颗粒过滤器;2.海水缓冲罐;3.流量计;4.泵;5.阀门;6.陶瓷膜组件;7.搅拌器;8.暴气管;9.紫外灯管;1 0.光催化剂

如图2所示, 海水中溶解有机碳在P25Ti O2或Mn O2光催化降解120分钟后, 呈显著下降趋势。

对于普通近岸海水来说, 紫外光不能有效地降低海水中溶解有机物, 1 2 0分钟内只有1 4.5%的DOC被降解成CO2, 而Ti O2或Mn O2光催化降解120分钟后DOC分别被降解了64.7%和51.3%, p H值分别由7.71变为8.04和8.01变为7.93, 基本无变化。

3 结论

本实验初步探索了半导体光催化在海水淡化预处理方面的应用, 发现光催化能快速、有效地降解海水中的DOC, 并且p H值基本不变, 这点十分有利于对有机膜的保护, 并且光催化剂能重复利用, 有利于降低成本, 还无二次污染, 如果能应用高活性催化剂或摸索反应条件, 大幅度提高光催化效果, 相信此预处理方法有一定的实际应用前景, 通过光催化过程去除海水中的有机污染物, 可以为反渗透海水淡化提供优质、稳定的进水, 减少对膜的污染, 延长膜的使用寿命;同时使R O清洗周期延长, 膜更换率降低, 通量增加, 水回收率增加, 最终实现降低海水淡化成本的目的。

参考文献

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[2]白敏菂, 邓淑芳, 等.先进氧化法处理海水的试验研究.水处理技术, 2005, 31 (2) :13～16

那些生命中的光与影 篇8

追求艺术的灵光

5年前，55岁的车吉心爱上摄影纯属偶然，从最初用奥林巴斯的傻瓜相机开始，到慢慢模仿明信片式的风光摄影，后来发现，自己也可以拍出漂亮的“明信片”，从此一发而不可收。神州大地的神奇瑰丽，滋润着他的灵性；在生活的海洋中，他感悟着艺术的灵光，对摄影艺术开始了不懈的探索和追求。近年，他倾心造化，在名山大川间奔走，以超越常人的吃苦精神，抓住了一个个瑰丽的瞬间，拍下了一幅幅震撼心灵的画面。

车吉心与神州的自然风光结下了不解之缘，风光摄影的最大特色就是要看老天爷脸色，很多自然的美景都是转瞬即逝，如何最好地捕捉到它是件很寂寞和充满耐力的事情。风光摄影师并不像人们想象的那样风光和潇洒，他要跋山涉水、风餐露宿；要经受恶劣的气候和突发自然灾情的考验；要知天象、晓地理，把握时辰；有时为了拍到一个理想的镜头，要在恶劣的环境下经历长时间的等待和煎熬，正可谓“无限风光在险峰”。

当年，为了拍到最美的珠穆朗玛峰，他孤身一人，冒着严寒，在海拔5000多米的高度寻找最佳的视角，等候“女神”掀起神秘的面纱。珠峰地处中国与尼泊尔边界东段，四周地形极为险峻，气象瞬息万变。在山脊和峭壁之间，分布着数百条大小冰川，稍不留神，就可能铸成大错。作为世界之巅，珠峰是世人向往的地方，更是摄影人梦中的“圣地”。4座8000米以上的雪山一字排开，连绵的雪山群峰迭起，周围是38座7000米以上的山峰，那种壮观的景象令他毕生难忘。

当他向珠峰靠近时，周围是无边的雪山，头顶上的云朵也越来越厚，这么近那么远。在高原上面对一座200米的山，虽然离它近在咫尺，但是每走一步就要付出巨大的代价。也许是精诚所至，在夜幕降临之前，“女神”露出了她的真面目 白雪皑皑的珠峰，像一座巨大的金字塔，昂首屹立在天地之间。此时的车吉心早已忘记自己正身处险境，他用颤抖的手，不停地按动快门，把最美的珠峰留在了镜头中，总算圆了他一个梦寐以求的心愿。

发现自然之美

在车吉心的摄影集《天籁之音》中，有娴熟的文笔和对生命深切的体验。他以敏锐的视觉感触，以静止的瞬间语言，以充满哲理的警句，赋予每幅画面以生命，留给观者无限的遐想空间。在你眼前的是一幅幅风起风落之后依然绽放的花朵、雨过天晴之后依旧辛勤哺育繁衍的禽鸟，让你看到的远不是翎毛花鸟的繁华色彩和瞬间的美丽：画面中有形色各异肤色不同的人物肖像、有富含内容的肢体语言所构成的景观，让你联想到的也远远不止是欢乐的情节和动人的故事；饱览这里无边的水色风光、生命的迎风展翅，让你体验到的也不仅仅是光与影的旋律和色彩的魔幻。在每幅画的后面似乎都在展现生命中的一个标点，像不同的句式标示着不同的寓意，让每一位观者都不得不因这些句子而生出自己的思索和联想。

自从拿起照相机，车吉心便和天鹅结下不解之缘，拍下了一系列天鹅作品。在他的家乡山东荣成，天鹅每年春节前后都来这里过冬。

车吉心每次去“天鹅湖”，与其说是在摄影，不如说是一种心灵的净化和超脱。白天鹅那洁白如雪、颈项硕长、体态优美的“身姿”，特别是它们一起一落在蓝天碧水与青山白云之间那飘然若仙的风姿，还有那低空掠过湖面时的气势磅礴，都令人目不暇接，叹为观止，给人一种原始神奇、激情涌动的超越与神往。在那段日子里，车吉心日日与天鹅为伴，他的镜头为人们的“天鹅情结”提供了新的诠释。

感悟生命

车吉心以摄影为诗，托光影言志，借哲理性的文字倾诉理想、怀抱和热情。这里有关于人生的思考，既有生命“两分半钟”的比喻，又有“三天”之说。追踪那些顶礼膜拜虔诚祈祷的藏民，他不仅仅是冷静的记录者，他的镜头中既有叩问，又有回答，还又饱含人文关怀的标注：“上帝在哪里？在天上，在地下?上帝就在你的心窝里，上帝就是你自己。”基于这样的信念，他才有了“人生，因为选择而平淡，也因选择而灿烂”；“只有征服自己，才能征服生活中的一切”；“坦荡是一种和谐的生活方式”：所以，他也充分体验到了灵性的生活方式，“思索是人生旅途中最可靠的向导”，“创造者才是真正的享受者”。

探讨室内设计中的光和色 篇9

是室内主调的定位（色彩应用）

色彩是设计中最具表现力和感染力的因素，它是装修中的灵魂，正是因为它的存在居室才有了独特的个性，更能彰显居室风格，体现主人的喜好和品味。只有色彩迎合了人们的需求，居住者才能得到舒心愉悦居家生活。色彩通过人们的视觉感受产生一系列的生理、心理和类似物理的效应，形成丰富的联想、深刻的寓意和象征，所以除了主人自己的喜好外，还要使色彩满足其功能和精神要求，使人们感到舒适。

色彩还具有着丰富的含义和象征，利用得当则锦上添花，应用不恰当会给人产生心理上、生理上的不适感。人们对不同的色彩表现出不同的好恶，这种心理反应，常常是因人们生活经验以及由色彩引起的联想造成的，此外也和人的年龄、性格、素养、民族、习惯分不开。例如看到红色，联想到太阳，万物生命之源，从而感到崇敬、伟大，也可以联想到血，感到不安、野蛮等等。看到黄绿色，联想到植物发芽生长，感觉到春天的来临，于是把它代表青春、活力、希望、发展、和平等等。色彩在心理上的物理效应，如冷热、远近、轻重、大小等；感情刺激，如兴奋、消沉、开朗、抑郁、动乱、镇静等；象征意象，如庄严、轻快、刚、柔、富丽、简朴等，被人们象魔法一样地用来创造心理空间，表现内心情绪，反映思想感情。所以同一种色彩应用在不同的地方也会有不同的效果。

居室不同的功能对色彩的要求也是不同的。正是因为上述的原因，居室色彩的选择不能完全以自己的喜好为主，而应多听听专业设计师的意见，使之更符合舒适健康的要求。

以下是从居室的具体功能来说看：

1.客厅的色彩

客厅是全家展示性最强的部位，色彩运用也最为丰富，客厅的色彩要以反映热情好客的暖色调为基调，并可有较大的色彩跳跃和强烈的对比，突出各个重点装饰部位。浅玫瑰红或浅紫红色调，再加上少许土耳其玉蓝的点缀是最“快乐”的客厅颜色，会让人进入客厅就感到温和舒服。

2.卧室的色彩

卧室是人们睡眠休息的地方，色彩的选择应注重使人宁神静气的，利于入眠的。寒冷地区可采用暧色调，但要注意色彩应选择一些柔和的，避免过于强烈的色彩对人体的感官刺激，使人兴奋度过高，难以入眠。而较热的环境则应用冷色调，如浅蓝、浅绿等，给人一种清凉感，使人身心舒畅。

3.餐厅的色彩

餐厅要应用色彩突出其乐融融的环境氛围，因为它是全家人汇聚的共同空间，进餐时应是温馨、愉悦的，体现家庭的凝聚力。在色彩运用上应根据家庭成员的爱好而定，一般应选择暖色调，突出温馨、祥和的气氛，同时要便于清理。以接近土地的颜色，如棕、棕黄或杏色，以及浅珊瑚红接近肉色为最适合，灰、芥末黄、紫或青绿色常会叫人倒胃口，应该避免。如果你正是节食减肥，可把餐厅布置成使人产生凉爽感的蓝色、绿色或灰色，你还会感受到食物的美味，但你胃口却“变小”了。

4.厨房的色彩

食品的制作加工主要是在厨房进行，卫生问题就显得犹为重要了。总体色调应选用一些清爽的、明快的，过于深的色调使人不易觉查出卫生状况，容易留下卫生隐患。但厨房使用中易受污染，过于浅的颜色清洁工作过于困难，加大的使用者的劳动量，也是不易采用的。而明快的颜色则会给人带来愉悦感，厨房中也可多加利用。

5.书房的色彩

书房是认真学习、冷静思考的空间，一般应以蓝、绿等冷色调的设计为主，以利于创造安静、清爽的学习气氛。棕色、金色、紫绛色或天然本色，都会给人温和舒服的感觉，加上少许绿色点缀，会觉得更放松。

居室光源调控

室内设计中光源包括自然光及灯光。光线不但能影响到人的心理反应，长期也会影响到人的心理反应。

如卧室的光不可过强，光过强则体现不出温馨安全感。夜间外面的路灯等光源射入室内，则会导致睡眠不安，如窗子过大外界光源过多，则要选用厚实一点的窗帘，否则会给人潜意识中造成不安全感，让人无法入住深睡眠状态，长此以往会对人的身体健康造成影响。但也要注意对光源的过份遮挡，如像酒店一样使用遮光帘，一但拉上，一丝光都不透，人在睡眠中无法感受到从黑夜到白天的自然光线的变化，扰乱人体的生物钟，就形不成自然的睡眠规律，将导致出现一系列睡眠问题。

营造夜晚氛围最简单、最有效的方法莫过于灯光的应用了。当然也要注重灯光的照明功能。柔和的灯光最能令人身心放松。但是需要注意，这种柔和的灯光还是要有一定的亮度，不能给人以昏暗、压抑的感觉。此外，光线不要直打。光集中在一个焦点上，产生该处过亮而其他部位过暗的不均衡感，会使人感觉不舒服。在灯光设计中，除了天花板上的顶灯外，还可以多一些台灯、壁灯及立式灯，通过灯光的设计使空间产生变化和层次感。至于重点照明，可以用较便宜的射灯来做一些有创意的设计。例如，将射灯夹在盆景下，而且还可将枝叶摇曳的光影投射在天花板上。

灯光设计不单单与灯具的选择有关，还涉及到居室的色彩、物体的图案、灯具本身的造型、装饰材料的特性等各种因素。由于各功能区对灯光的要求不同，因此灯光设计的侧重点也有所不同。

在卫浴间，合适的灯具不是顶灯，而是壁灯。天花板上的顶灯会造成鼻下的阴影，连刮胡子都不方便。当然，应该选购防水气的壁灯，以避免因漏电而造成的危险。厨房的灯光设计容易被人忽视。如果在灯具的安排上也考虑不周，主妇就只好“背光”操作了。如果有条件，可考虑除了顶灯外，还在操作台上方的吊柜下装灯。明亮的灯光可以使人充分享受烹饪的乐趣，也便利食品的清洁卫生工作的开展。

掺杂钒酸铋的光催化性能研究 篇10

1 实验

1.1 试剂与仪器

实验所用的试剂均为分析纯:Bi(NO3)3·5H2O,天津市博迪化工有限责任公司;NH4VO3,天津市福晨化学试剂厂;KOH,天津市化学试剂三厂;浓HNO3,西安化学试剂厂;亚甲基蓝,北京染料厂。

500W氙灯光源(CEL-LAX500,北京中教金源科技有限公司);紫外可见分光光度计(TU-1901,北京普析通用仪器公司);X射线衍射仪(D/Max-rA,日本理学公司),测定条件为Cu靶Kα,管电流50mA,管电压40kV;扫描电镜(SEM,JEOL JSM-6510LV,日本电子公司);透射电镜(TEM,JEOL JSM-3010,日本电子公司);紫外可见漫反射光谱仪(UV-2450,岛津,BaSO4作参比)。

1.2 BiVO4合成

水热法合成BiVO4参见文献[12]。

固相法合成BiVO4步骤:将5.0mmol (2.45g) Bi-(NO3)3·5H2O与5.0mmol (0.58g) NH4VO3混合均匀研磨直至全部变成橙黄色,于120℃干燥24h,然后在马弗炉中700℃煅烧6h即得到产物。

掺杂BiVO4的合成:取1g水热法合成的BiVO4,将其放在相应掺杂元素的硝酸盐、Na2SiO3、Na2WO4溶液(浓度以各自的氧化物计算,均为2.0%(质量分数))中,50℃搅拌下缓慢蒸干,然后400℃煅烧2h得到掺杂产物。

1.3 光催化实验

光催化实验在自制的夹套式光反应器中进行,取10mg/L的亚甲基蓝和0.1g的BiVO4,超声10min,避光搅拌30min,使溶液和催化剂达到吸附平衡后,打开氙灯,每隔30min取1次样,8000r/min离心分离,然后取上层清液,用分光光度计测量其200～800nm范围内的吸收光谱。

2 结果与讨论

2.1 XRD物相分析

图1为水热法(标记为CH,下同)和固相法(标记为SSR,下同)合成产物的XRD谱图。两种方法合成的产物谱图与标准衍射卡片(JCPDS号:83-1699)相比基本一致,无杂相,说明产物为单斜相,空间群I2/b,晶胞参数a=5.196Å,b=5.094Å,c=11.705Å,β=90.383°。由图1可以看出该样品的峰形窄而强,说明其结晶较好。

2.2 形貌分析

图2(a)-(c)、(d)分别为水热法合成产物的TEM照片和高温固相法合成产物的SEM照片。从图2(a)可以看出,水热法合成产物BiVO4呈枝晶状生长;由图2(b)可知,产物颗粒粒径较小,一般为约100nm的聚集体;由图2(c)可知,高分辨电镜显示图示晶格条纹间距为0.467nm,与BiVO4的{011}面一致;由图2(d)可知,高温固相法合成产物BiVO4接近球状,样品颗粒形状较大,一般在2～15μm,样品表面较光滑。图3为水热法合成产物的能量色散图。由图3可知,除TEM所用的铜网引起的Cu信号外,产物的元素组成为Bi、V、O,无其他杂质元素存在。

2.3 紫外可见漫反射图谱

图4为水热法和固相法合成的BiVO4的紫外可见漫反射谱图和带宽计算图。从图4(a)可发现两种方法合成BiVO4在可见光范围内均有吸收,水热法产物的吸收边小于固相法产物。半导体的禁带宽度可由Kubelka-Munk公式计算:

αhυ = A(hυ-Eg)n/2 (1)

式中:α为吸光系数,h为普朗克常数,υ为入射光子的频率,A为比例系数,Eg为禁带宽度。由于BiVO4属于直接跃迁类的半导体,因此n取1,根据该方程以(αhυ)2为纵坐标,hυ为横坐标,得到(αhυ)2与hυ的关系曲线,如图4(b)所示。将曲线中的直线部分延至(αhυ)2=0处,则其与X轴的交点即为禁带宽度。由图4(b)可以估算出水热法合成的BiVO4的带宽约为2.52eV,固相合成产物为2.37eV,与相关文献报道的带宽较接近(2.29～2.51eV)[12]。带宽的不同是由纳米效应造成的,水热法合成的粒子为纳米级别,吸收边蓝移,带宽变宽。

2.4 产物的光催化性能

图5为不同掺杂元素的BiVO4在664nm附近对亚甲基蓝的最大吸光度和降解时间的关系及以Cu掺杂为代表的产物降解产物的吸收光谱与时间的变化关系。

由图5(a)可见,对9种掺杂元素和未掺杂的产物,吸光度均随时间的延长而减小。曲线的斜率反映了降解速率,从曲线的斜率看,Cu、Ag、Co、Ni等元素的掺杂提高了降解速率,其中Cu掺杂产物的降解速率最大,2h后亚甲基蓝的吸光度降至0.172(脱色率82%);La、W、Si、Fe掺杂产物降解速率几乎与未掺杂产物相同;Ce掺杂产物则降低了光催化速率。从t=0的吸光度来看,掺杂各种离子的产物吸附性能均有一定提高,其中掺杂W、Si则大大提高了产物的吸附性能。由图5(b)可知,亚甲基蓝在665nm有1个吸收主峰,在616nm有1个吸收肩峰。随时间的延长,亚甲基蓝的最大吸收峰减小,且最大吸收峰随时间的延长有蓝移现象,这可能与光降解产物的影响有关。

3 结论

水热法合成了单斜相的BiVO4粉体,粒径在100nm左右,与固相法相比,其吸收边蓝移,禁带宽度降低。用浸渍法制备了不同掺杂元素的BiVO4,光催化实验表明:Cu、Ag等元素掺杂增大了光催化的速率,而Ce掺杂产物则降低了光催化速率,Cu掺杂产物2h对亚甲基蓝的脱色率可达到82%;不同元素掺杂均提高了产物的吸附性能,Si掺杂产物的吸附性能最好。

摘要：以Bi(NO3)3.5H2O和NH4VO3为原料,水热法合成了单斜相BiVO4粉体。利用X射线衍射、透射电镜、紫外可见漫反射对所合成产物进行了表征,并与高温固相法合成的产物进行了对比。用浸渍法对水热法合成产物进行了9种元素的掺杂,对掺杂BiVO4进行了光催化降解亚甲基蓝性能的研究。结果表明,Cu掺杂BiVO4显示出最大的光催化降解速率,2h降解率可达82%,而Ce掺杂降解能力降低,Si掺杂提高了吸附性。

关键词：BiVO4,水热合成,掺杂,光催化

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