提高光催化环境污染控制过程能量效率的方法及应用基础研究
成果信息
项目年度编号: 1400230043
限制使用: 国内
省市: 辽宁
中图分类号: X505
成果类别: 应用技术
成果公布年份: 2012
关键词: 光催化材料 水处理方法 污染控制工艺
成果简介: 该项目属于环境工程学领域。有毒有害污染物的高效处理一直是国际环境工程领域的难点,光催化被认为是控制这类污染物最具发展前景的新技术之一,但能量效率低制约了该技术的实际应用。因此,“如何提高能量效率”是亟待解决的关键科学问题。该项目在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点和面上项目的资助下,围绕光催化反应中影响能量效率的三个关键环节:光能吸收、光生电荷分离、界面反应,并结合污染控制工艺开展了提高能量效率的研究,形成了污染控制中提高光催化效率的系统方法和应用理论,对高效光催化剂的设计、制备以及在污染控制中的应用具有重要科学价值,有助于推动光催化技术向实用化发展。主要发现点为:1.以环境污染控制为目标,提出通过设计和调控光催化材料表面形貌、尺寸及能带结构提高光吸收强度、拓展光谱吸收范围的方法,制备出纳米管阵列型TiO<,2>、纳米带阵列型W03和纳米片分散型Bi,W06等具有特定纳米形貌或能带结构的光催化材料,并揭示了其在增强光能吸收中的作用机制,光转换率比相应传统材料提高0.5-3.5倍。2.提出针对不同污染控制目标的异质结光催化材料的设计原则和制备方法,制备出p-n、n-n和Schottky型等异质结光催化材料,阐明了在异质结内建和外加电场下光牛电荷分离与污染物的作用机理,有效地提高了光生电荷分离效率,对典型污染物的光催化分解速率提高43%-395%。3.提出应用高活性晶面优势暴露光催化材料提高污染物界面反应效率的方法,发展了高活性晶面优势暴露的W03和ZnW04等典型光催化材料的制备方法,确定了优化条件和调控方法,阐明了光催化材料晶面与污染物作用的构效关系,对典型污染物的分解速率提高lOO%-228%。4.发展了光催化功能性分离膜的制备及其在水处理中的应用方法,阐明了水处理过程中光催化与膜分离间的耦合原理,验证了该方法具有同步分离和分解污染物、灭菌和减缓膜污染等多重功能;发展了光催化一等离子体耦合水处理方法,发现光催化与等离子体间存在显著的协同效应,能量效率比单一工艺提高50%以上。该项目发表学术论文101篇(SCI收录84篇),被他引2243次(SCI他引1611次),获授权发明专利9项。8篇代表性论文中3篇的单篇SCI他引超过130次,平均单篇SCI他引65次。3篇论文人选国际权威检索系统ISIWebofKnowledge的Toppa-per,被33篇综述文章(刊载期刊包括《ChemRev》、《ChemSocRev》等,其影响因子分别为35.957和20.086)引用或介绍。关于Ti0<,2>纳米管阵列光催化材料的论文被Ti0,光催化技术创始人FujishimaA等多位本领域国际著名学者作为具有优异光催化性能材料的典型案例引用。基于Schottky原理研制的TiO基光催化剂,经第三方标准化应用测试证明量子效率较德国产Ti0<,2>(DegussaP25)提高2倍以上;研制的部分光催化材料已应用于8个品种的商业化单体空气净化器和适用于中央空调系统的空气净化机,并通过中国疾病预防控制中心检测,取得卫生部卫生许可。该项目获2010年教育部自然科学奖一等奖。
申报信息
推荐部门: 教育部
登记号: Z-109-2-04
相关人信息
完成单位: 大连理工大学 清华大学
行业及专利信息
应用行业名称: 工程和技术研究与试验发展 环境治理
应用行业码: 752 802
转让信息
投资信息
推广信息
联系信息
联系单位名称: 大连理工大学
联系单位地址: 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
邮政编码: 116024