㈠ 二氧化鈦光催化反應機理
作用機理
ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應機理：
納米TiO2光催化降解機理共分為7個步驟來完成光催化的過程：
1、 TiO2 + hv→ eˉ+ h+
2、 h+ + H2O→OH + H+
3、 eˉ+ O2→OOˉ
4、 OOˉ+H+ →OOH
5、 2OOH → O2 + H2O2
6、 OOˉ+ eˉ+ 2H+ →H2O2
7、 H2O2 + eˉ→OH + OHˉ
8、 h+ + OHˉ→OH
當一個具有hv能量大小的光子或者具有大於半導體禁帶寬度Eg的光子射入半導體時，一個電子由價帶(VB)激發到導帶(CB)，因而在導帶上產生一個高活性電子（eˉ )，在價帶上留下了一個空穴(h +)，形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用，最終產生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強氧化性，能把大多數吸附在TiO2表面的有機污染物降解為CO2、H2O，把無機污染物氧化或還原為無害物。
殺菌機理
ZXL-001納米二氧化鈦具有很強的光催化殺菌作用。通過對納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽性細菌的致死曲線進行對比、常規培養驗證和透射電鏡觀察得出結論：納米TiO2光催化滅菌首先是從細菌細胞壁開始，其產生的自由基能破壞細胞壁結構，使細胞壁斷裂、破損，質膜解體，然後進入胞體內部破壞內膜和細胞組分，使細胞質凝聚，導致細胞內容物溢出，可出現菌體空化現象。從而證實了納米TiO2的抑菌機理是在光催化作用下，納米TiO2禁帶上的電子由價帶躍遷到導帶，在表面形成高活性的電子-空穴對，並進一步形成·OHˉ、 ·O2ˉ、·OOHˉ通過一系列物理化學作用破壞細菌細胞，從而殺滅細菌。
㈡ 二氧化鈦可光催化降解哪些動東西
納米TiO2以其無毒，光催抄化活性高，穩定性高，氧化能力強，能耗低，可重復使用等優點而成為最優良的光催化材料。
1、有機物的降解
TiO2能有效的將廢水中的有機物降解為TiO2、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機小分子，達到完全無機化的目的。染料廢水、農葯廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等都可以被TiO2催化降解。
2、無機廢水的處理
利用二氧化鈦催化劑的強氧化還原能力，可以將污水中汞、鉻、鉛、以及氧化物等降解為無毒物質。
㈢ 納米二氧化鈦的光催化反應機理
納米二氧化鈦光生空穴的氧化電位以標准氫電位計為3.0 V，比臭氧的2.07 V 和氯氣的1.36 V高許多，具有很強的氧化性。高活性的光生空穴具有很強的氧化能力，可以將吸附在半導體表面的OH-和H2O 進行氧化，生成具有強氧化性的·OH [20]。從幾種強氧化劑的氧化電位大小順序：F2>·OH>O3>H2O2>HO2·>MnO4->HCLO>Cl2>Cr2O72->·ClO2，可以看出·OH 具有很高的氧化電位，是一種強氧化基團，能氧化大多數的有機污染物及部分無機污染物。同時，空穴本身也可奪取吸附在半導體表面的有機污染物中的電子，使原本不吸收光的物質被直接氧化分解。在光催化反應體系中，這兩種氧化方式可能單獨起作用也可能同時作用，對於不同的物質兩種氧化方式參與作用的程度視具體情況有所不同。另一方面，電子受體可直接接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原。環境中的某些特定污染物—有毒金屬，如Hg2+、Ag1+、Cr6+、Cu2+等也能接受光生半導體表面產生的高活性電子而被還原成無毒的金屬分子。納米二氧化鈦光催化反應過程：
·OH+ dye → 染料降解 8-25
TiO2（h+）+ dye →·dye+ →染料氧化 8-26
Mx++xTiO2（e-）→M0 8-27
Mx++y TiO2（e-）→M(x-y) + (x>y) 8-28
從以上納米二氧化鈦光催化反應過程可知，在光催化反應體系中，表面吸附分子氧的存在會直接影響光生電子的轉移，如式8-5～8-8，影響反應高活性自由基和反應中間體·OH、·O2-、HO2·、H2O2 的生成、光催化氧化反應速率和量子產率。向半導體光催化體系內通入氧氣可加快有機物的降解速率，因為當溶液中有O2 存在時，光生電子會和O2 作用生成·O2-，進而與H+作用生成HO2·，最終生成·OH氧化降解有機物[21]。在這諸多氧化性物質共存的反應體系中，由於催化劑的表面有大量的羥基存在，因此在液相條件下光催化反應主要通過羥基自由基反應降解有機污染物。
目前針對有機物質的光催化氧化在催化劑表面上還在溶液里發生，至今仍有爭議。Richard 和Lemaire 用ZnO 光催化氧化FA（糠醇）時，發現加入異丙醇起抑製作用，由此推論反應發生在溶液里。因為在鹼性介質中乙酸鹽幾乎不在負電納米二氧化鈦表面上有吸附，但隨溫度升高·OH 氧化乙酸鹽形成乙醇酸鹽的量也升高。說明·OH 是從催化劑的表面擴散到溶液里氧化乙酸鹽，證明光催化反應發生在溶液里。與此相反，當納米二氧化鈦表面帶負電荷時，三氯乙酸鹽降解受到抑制。從而推斷反應過程發生在催化劑表面。Turchi 和Ollis 通過精細地研究，提出因為活性·OH 能夠在溶液里擴散幾個埃，所以光催化氧化過程不必在催化劑表面發生，而其它的研究者提出，在光照的納米二氧化鈦中，·OH 的擴散長度可能是幾個原子的距離或更小。最近，更多的研究者贊同光氧化過程發生在表面位置上。例如，十氟聯苯（DFBP）很強烈地吸附在（大於99%）Al2O3、納米二氧化鈦顆粒物的表面。它不容易在兩個化合物之間轉換（小於5%）。當DFBP 吸附在Al2O3 表面上時，向該懸浮液中加H2O2，納米二氧化鈦膠體溶液（尺寸大約為0.05 微米），在UV 照射下，DFBP 光降解了。這說明H2O2 或可溶性納米二氧化鈦吸附在Al2O3 上，它們產生的·OH 遷移到DFBP/Al2O3 的反應位置上引起光氧化。相反，如果用納米二氧化鈦呈顆粒狀（100 微米），或納米二氧化鈦（ZXL-001），50m2/g 代替H2O2 和可溶性納米二氧化鈦時，DFBP的光降解幾乎被抑制住，而五氟酚很容易在兩個金屬氧化物表面間交換，在上述條件下，發生快速光降解反應，因此，有結論認為光致氧化劑不可能遷移離開納米二氧化鈦光致活性位置太遠。光降解過程發生在光催化劑表面或遠離表面幾個原子的距離內。
半導體光催化劑受光激發產生電子—空穴對，經過一系列反應對污染物的氧化還原機理乙得到人們的共識。但從提高光催化效率和太陽光的利用率來看，還存在以下主要缺陷：一是半導體的光吸收波長范圍狹窄，主要在紫外區，利用太陽光的比例低；另一是半導體載流子的復合率很高，因此量子效率較低。所以，從半導體的光催化特性被發現起，就開始對半導體光催化劑進行改性研究。改性的目的和作用包括提高激發電荷分離，抑制載流子復合以提高量子效率；擴大起作用的光波范圍；改變產物的選擇性或產率；提高光催化材料的穩定性等。
㈣ 簡述二氧化鈦作為光催化劑降解有機污染物的原理
重金屬對固定化微生物處理電鍍廢水有機物能力的影響
近年來,國內外對電鍍廢水處理方法研究甚多,工藝各異,主要有化學法、電解法、離子交換法、電滲析法、生物法等。與傳統方法相比，生物法處理電鍍廢水不同程度的存在投資小、運行費用低、無二次污染等優點，得到較快的發展和廣泛的應用。微生物固定化技術可以大大提高微生物對有毒物質的承受能力，可用於高濃度污染物廢水的生化處理。聚氨酯泡沫體由於具有較好的親水性、孔結構、微生物親和性以及耐生物降解性而被廣泛作為固定化微生物載體（填料）用於廢水的生物處理。電鍍廢水成分復雜，其主要污染物是鉻、鎳、鋅等重金屬離子、氰化物和 COD。微量重金屬是微生物生命活動所需營養物質，但微生物對各種微量重金屬的需要量極少，過量反而會引起毒作用，容易造成出水水質的波動。2008 年國家環保部頒布了《電鍍污染物排放標准》（GB 21900-2008），其中對新建電鍍企業排放的 COD作出了嚴格規定，目前，針對電鍍廢水重金屬的處理及回收國內外已有大量研究，但對其有機污染物和氨氮的去除研究較少，尤其是廢水重金屬濃度對微生物處理電鍍廢水有機物的影響鮮有報道。本研究在電鍍廢水污泥中分離篩選的復合功能菌群GW，
對金屬耐受性強的特點。通過與改性聚氨酯泡沫體固定化後，研究了重金屬Cr，Zn濃度對其處理電鍍廢水有機物的影響，並通過逐步提高廢水金屬濃度，探討固定化微生物處理電鍍廢水對重金屬的耐受性，為提高廢水生物處理系統運行的穩定性提供理論基礎。
1 試驗材料與方法
1. 1 試驗材料
1.1.1 GW高效復合菌劑。從富含重金屬的污泥及廢水中分離的高效菌種8株，含多種酶制劑，微生物含量約1.0×10CFU/g,由廣州發酵工程技術研究中心生產提供。
1.1.2 聚氨酯泡沫體。市購聚氨酯泡沫體，干態密度為30kg/m，通過重鉻酸鉀及雙氧水浸泡改性，提高固定化微生物負載量。
1.1.3 試驗廢水。取自廣州某電鍍企業水解反應池出水，加入少量葡萄糖、尿素、蛋白腖、硫酸亞鐵、磷酸二氫鉀、硫酸銅等作為微生物生長基質，作為人工廢水用於菌種的固定及馴化。水質指標如表1示。 表1 電鍍廢水水質指標
1.2 試驗方法
1.2.1微生物的固定化和馴化
在總體積為10L反應器中,加入約30%反應器體積的改性聚氨酯載體、一定量的交聯劑和高效微生物菌群GW，通入30%反應器體積的人工廢水和70%體積的自來水,在曝氣條件下進行固定化反應。每天更換10%~15%反應器中的人工廢水，並補加適量高效微生物菌群及少量無機鹽類。同時,每7天測定微生物負載量。當微生物負載量達到35 mg/g干態載體，固定化馴化階段結束。
1.2.2 重金屬濃度對COD及氨氮去除的影響
重金屬鹽溶液的配製:分別以重鉻酸鉀、硫酸鋅配製含一定體積質量的Cr，Zn溶液。反應器內設有曝氣頭，均布於生化池底部，用AR-6500型充氧泵(低流量)曝氣，改性聚氨酯填料的載體比例為30%，氣水體積比控制在（6～15）：1 ，測定其進、出水COD、NH-N濃度，試驗重復3次，以平均去除率反應處理效果。
1.2.3 重金屬耐受性試驗
採用循序漸增的方式逐漸提高原水中Cr，Zn金屬離子濃度，分別在第 1，7，14，20，29，42 天開始將原水中 Cu濃度提升至 0. 5，1，2，5，10，15 mg / L，研究固定化微生物重金屬耐受性對廢水有機物處理效果的影響。
關鍵詞: 電鍍廢水; 固定化微生物; 重金屬; 有機物去除; 耐受性
㈤ 納米二氧化鈦光催化降解水中有機污染物有哪些類型
一般納米TiO2主要降解的物質是一些分子量中等的染料和有色物質，目前這方面研究較多。