光化学反应在环境保护领域中的应用.ppt

转化过程：SO2和NOx在气相中氧化成H2SO4和HNO3以气溶胶或气体的形式进入液相；SO2和NOx溶入液相后，在液相中被氧化成SO42–和NO3–；SO2和NOx在气液界面发生化学反应转化为SO42–和NO3–。煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的SO2已通过气相或液相反应生成硫酸，其化学反应过程如下：2SO2+O2?2SO3SO3+H2O?H2SO4SO2+H2O?H2SO3H2SO3+O?H2SO4环境中的光化学事例第31页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三环境中的光化学事例显然在可以预见的未来，我们还不能控制大气中发生的各种光化学反应，污染物一旦进入大气，导致二次污染的各种光化学反应不可避免地要发生。我们尽可能地开展代用品的研究，减少氟利昂等污染物质地排放。认识光反应污染的机制，尽量减少碳氢化物、氮氧化物和硫氧化物等有害物质的排放。同时，可以做出例如改变能源结构，减少固体燃料的使用，增加液体和气燃料使用比例，改进燃料燃烧尽可能完全，使用燃料脱硫和消烟除尘技术，等等。→第32页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三治理环境污染的光化学技术由于经济的发展,人们生活水平的提高,工业的发展速度加快,导致污水的有毒、有害难降解物质增多,传统的水处理工艺已不能很好的处理这些有毒有害难以降解的污染物质,处理效果达不到排放标准。于是人们急需一门水处理技术来解决这些问题。这就要求污水处理方法更具针对性,水处理高级氧化技术就是针对污水中难降解的无机和有机物质而出现的水处理工艺。传统的处理方法可以除去水中的一些悬浮物质，但对低浓度可溶性有毒、有害物质处理效率低、成本高，有时甚至无法处理。光催化技术在环境污染物治理方面有着独特的优势，使用光催化方法可有效处理水中许多难降解的污染物质。第33页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三治理环境污染的光化学技术光化学氧化技术针对一般化学氧化和生物技术对于废水中某些有机物不能有效去除的情况，1987年格雷泽（Glaze）等人通过提出高级化学氧化或深度化学氧化的概念，就是将废水处理过程中用一般技术难以去除的有机污染物进行彻底氧化，主要将其氧化为水和二氧化碳，以达到无毒无害的目的。这种技术是基于在污水处理过程中，利用光照等条件，使产生足够量的羟基自由基，以达到有机污染物彻底氧化，这一本质实际上是一种光化学氧化技术。第34页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三治理环境污染的光化学技术光化学氧化技术是以廉价、清洁的阳光为能源，以氧气、臭氧和过氧化氢为氧化剂，将难降解的多种有机污染物彻底氧化。这一污染治理技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和等突出特点。按产生的氧化物中的氧化剂不同，这种光氧化技术有如下方法：（1）以分子氧为基础的光化学氧化反应1972年，著名日本科学家藤岛和本多发现在380nm波长的紫外光照射下，二氧化钛（TiO2）单晶电极能使水在常温常压下发生分解反应，产生氢气和氧气。这以半导体光催化分解水制氢技术虽未能实现，但人们却将这一技术用于治理环境污染。第35页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三治理环境污染的光化学技术这一方法的基本原理是，当半导体二氧化钛受到能量大于其禁带宽度的光照射时，其价带电子就被激发，跃迁到导带，产生原初电荷分离。迁移到表面的正孔穴，具有较强的接收电子的倾向，即具有很强的氧化能力。可以直接将有机分子氧化为正碳自由基，或者将表面的水分子氧化成羧基自由基。最终使有机污染物转化为二氧化碳、水和无机盐而达到矿化。利用受激二氧化钛导带的还原性（释放电子的能力），则能去除和回收有毒的重金属离子。二氧化钛具有耐紫外光、耐强酸强碱和强氧化剂、稳定性好、光量子产率高、无毒、氧化能力强等优点。第36页，讲稿共58页，2023年5月2日，星期三治理环境污染的光化学技术（2）以活化双氧水为基础的光化学氧化法天然水中的活性氧物质与天然水中发生的光化反应有密切关系,是影响化学品在水环境中的迁移、转化、归宿及生态效应的重要因素在天然水中,相对于单线态氧、羟基自由基等活性氧而言,过氧化氢的浓度较高且较稳定,因而它的生成、积累、光化学反应以及对水环境的影响更受人们的关注。特别是进入90年代以来,大气化学的研究表明过氧化氢是使得SO2氧化成H2SO4,形成酸沉降的最重要的氧化剂,能够破坏大气环境,明显地降低空气质量。第37页，讲稿共58页，