一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法
专利名称：一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法
技术领域：
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种以发光二极管为光源的光催化降解有 机污染物的方法。
背景技术：
光催化技术在氧化分解水体、空气中的多种污染物及室内空气净化器方面得到了 广泛的应用和研究。光催化的基本原理是，在光强大于催化剂禁带宽度的入射光照射时，光 催化剂价带上的电子(e_)跃迁到导带，在价带上产生具有强氧化性的空穴OO，空穴可将 催化剂表面的OH基团和H2O氧化从而生成· OH自由基，具有强氧化性的· OH自由基及后 续产生的HO2 ·和H2O2可以氧化降解多种有机化合物。因而光催化所用的光源对催化效果 具有重要影响。传统的用于光催化的光源多为荧光灯和汞灯，以汞灯应用最为广泛，而汞灯 是一种气体放电灯，其填充气体是有毒气体污染物汞蒸气，一旦泄露将危及人体健康。除此 之外，汞灯能源利用率低且使用寿命短，只有几千小时。而发光二极管则克服了汞灯的上 述缺点，它能将光能转化成电能，不含有毒汞蒸气，并且具有体积小，光子效率高，使用寿命 长、可以应用直流电源的特点，被认为是一种更安全、无毒的光源。申请号为03205812. 8的 专利即发明了一种利用紫外发光二极管作光源的空气净化器。申请号为02155202. 9的专 利则发明了一种用发光二极管作光源，对掺杂N、Ru、Pt的二氧化钛粉体照射进行光催化的 方法。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种安全、无毒、廉价、节能的光源，替代传统的紫外汞 灯作为光催化氧化领域的新光源。本发明的目的在于提出一种以发光二极管为光源，对有机污染物进行光催化氧化 分解的方法具体为以发光二极管阵列作为光源，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐 射光强度，对催化剂进行照射，光催化氧化分解污染物。本发明所述的光源为发光二极管阵列，发光二极管的发射主波长分别为367nm、 377nm、384nm、402nm中的一种。直流电源的工作电压为3. 00-4. 00V，催化剂表面的平均辐 射光强度为0. 2 3. OmW/cm2。本发明所述的光源分布及催化剂表面的光强度方法为，根据催化剂表面积以每平 方厘米催化剂表面需0. 5 2个的发光二极管，排列成阵列，使光源正对催化剂表面，调整 光源与催化剂表面距离0. 5 5cm，选取催化剂表面至少5个点，采用紫外线照度计对5个 点的光强度取平均值得到。本发明的降解效果1.主波长为402nm的发光二极管阵列作光源，对污染物进行光催化氧化分解，当 在光强为0. 2 3. Omff/cm2时，对污染物的降解效果较差，其最大转化率不超过10%。2.主波长为384nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着光强的增加而增大。3.主波长为377nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着 光强的增加而增大。4.主波长为367nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着 光强的增加而增大。综上所述，采用通过控制发光二极管光源的波长，以及通过调整直流电压的方法 调整光源光强，可以实现有机污染物光催化反应速率的控制。
图1为四种波长的LED光源在相同条件下光催化降解甲硫醚的最大转化率随光强 变化图。图2为四种波长的LED光源在相同条件下光催化降解甲硫醚的反应速率随光强变 化图。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明，但不局限于下列实施例。实施例1选取27个主波长为402nm的LED光源，排列成3*9阵列，使光源正对有效体积为 7. 5mL的平板反应器中的催化剂表面，调整光源与催化剂表面距离为3. 5cm，至少选取催化 剂表面的5个点，调节电源电压，使得催化剂表面的5个点的平均光强分别为0.5、1.0、1. 5、 2. 0、2. 5mW/cm2。催化剂采用Degussa Ρ25Τ 02薄膜，采用浸渍_提拉法镀膜，使得催化剂的负载 量为36ug/cm2。其具体制备方法如下准确称取0. 400g Degussa P25溶于IOOmL去离 子水中，边溶解边搅拌，滴入2滴盐酸，调节溶液pH值为3. 0，超声震荡Ih后，选取尺寸为 2. 54cmX7. 52cmX0. 2cm的载玻片为催化剂载体，用2cm/min的速度进行提拉镀膜，提拉后 的催化剂悬挂自然晾干，为增加薄膜厚度，重复提拉10次制得负载量为36ug/cm2的催化 剂。有机污染物为典型的恶臭气体甲硫醚，采用浓度为50ppm的甲硫醚标准气体为气 源，通过稳流阀控制甲硫醚气体与空气的流量比例为1 15. 7，得到初始浓度为3. Oppm的 甲硫醚气体。通过稳流阀调节反应器内污染物流速为30mL/min，即停留时间为15s。通过鼓泡 法调节反应的相对湿度为22%，温度为12. 1°C。处理效果见图1和图2。从图中可以看书， 波长为402nm的发光二极管对甲硫醚的降解效果不大，其最大转化率不超过10%。实施例2具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为384nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为384nm的LED比主波长为402nm的LED 灯具有很强的催化效果，其对甲硫醚的最大转化率为50%，且随着光强的增大，甲硫醚的转 化率与反应速率均随之增大。
实施例3具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为377nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为377nm的LED对甲硫醚的氧化分解效果 远好于402nm和384nm，且随着光强的增大，甲硫醚的转化率与反应速率有显著增加。实施例4具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为367nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为367nm的LED对甲硫醚的光催化氧化分 解效果远好于其它三种波长，转化率达到80%以上。
权利要求
一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法，其特征在于以发射主波长为367nm、377nm、384nm或402nm的发光二极管阵列作为光源，对催化剂进行照射，光催化氧化分解有机污染物；其中，直流电源的工作电压为3.00 4.00V，催化剂表面的平均辐射光强度为0.2～3.0mW/cm2，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐射光强度，以及通过调整发光二极管光源波长来控制光催化反应速率。
2.根据权利要求1所述的以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法，其特 征在于发光二极管阵列的光源分布为每平方厘米催化剂表面需0. 5 2个发光二极管，排 列成阵列，使光源正对催化剂表面，光源与催化剂表面距离0. 5 5cm，采用紫外线照度计 测定催化剂表面的光强度平均值。
全文摘要
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法。本发明采用发光二极管阵列作为光源，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐射光强度，对催化剂进行照射，光催化氧化分解污染物。利用本发明的方法，采用4种发射主波长分别为367nm、377nm、384nm、402nm的发光二极管阵列为光源，工作电压为3.00-4.00V，催化剂表面的平均辐射光强度为0.2～3.00mW/cm2，对催化剂表面进行照射，光催化氧化分解有机污染物。通过调整发光二极管光源的波长和光强可以有效的控制光催化反应速率。
文档编号A62D3/176GK101905070SQ20091005249
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者刘静, 张士成, 王梓萌 申请人:复旦大学
技术领域：
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种以发光二极管为光源的光催化降解有 机污染物的方法。
背景技术：
光催化技术在氧化分解水体、空气中的多种污染物及室内空气净化器方面得到了 广泛的应用和研究。光催化的基本原理是，在光强大于催化剂禁带宽度的入射光照射时，光 催化剂价带上的电子(e_)跃迁到导带，在价带上产生具有强氧化性的空穴OO，空穴可将 催化剂表面的OH基团和H2O氧化从而生成· OH自由基，具有强氧化性的· OH自由基及后 续产生的HO2 ·和H2O2可以氧化降解多种有机化合物。因而光催化所用的光源对催化效果 具有重要影响。传统的用于光催化的光源多为荧光灯和汞灯，以汞灯应用最为广泛，而汞灯 是一种气体放电灯，其填充气体是有毒气体污染物汞蒸气，一旦泄露将危及人体健康。除此 之外，汞灯能源利用率低且使用寿命短，只有几千小时。而发光二极管则克服了汞灯的上 述缺点，它能将光能转化成电能，不含有毒汞蒸气，并且具有体积小，光子效率高，使用寿命 长、可以应用直流电源的特点，被认为是一种更安全、无毒的光源。申请号为03205812. 8的 专利即发明了一种利用紫外发光二极管作光源的空气净化器。申请号为02155202. 9的专 利则发明了一种用发光二极管作光源，对掺杂N、Ru、Pt的二氧化钛粉体照射进行光催化的 方法。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种安全、无毒、廉价、节能的光源，替代传统的紫外汞 灯作为光催化氧化领域的新光源。本发明的目的在于提出一种以发光二极管为光源，对有机污染物进行光催化氧化 分解的方法具体为以发光二极管阵列作为光源，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐 射光强度，对催化剂进行照射，光催化氧化分解污染物。本发明所述的光源为发光二极管阵列，发光二极管的发射主波长分别为367nm、 377nm、384nm、402nm中的一种。直流电源的工作电压为3. 00-4. 00V，催化剂表面的平均辐 射光强度为0. 2 3. OmW/cm2。本发明所述的光源分布及催化剂表面的光强度方法为，根据催化剂表面积以每平 方厘米催化剂表面需0. 5 2个的发光二极管，排列成阵列，使光源正对催化剂表面，调整 光源与催化剂表面距离0. 5 5cm，选取催化剂表面至少5个点，采用紫外线照度计对5个 点的光强度取平均值得到。本发明的降解效果1.主波长为402nm的发光二极管阵列作光源，对污染物进行光催化氧化分解，当 在光强为0. 2 3. Omff/cm2时，对污染物的降解效果较差，其最大转化率不超过10%。2.主波长为384nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着光强的增加而增大。3.主波长为377nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着 光强的增加而增大。4.主波长为367nm的发光二极管阵列作光源时，污染物的转化率与反应速率随着 光强的增加而增大。综上所述，采用通过控制发光二极管光源的波长，以及通过调整直流电压的方法 调整光源光强，可以实现有机污染物光催化反应速率的控制。
图1为四种波长的LED光源在相同条件下光催化降解甲硫醚的最大转化率随光强 变化图。图2为四种波长的LED光源在相同条件下光催化降解甲硫醚的反应速率随光强变 化图。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明，但不局限于下列实施例。实施例1选取27个主波长为402nm的LED光源，排列成3*9阵列，使光源正对有效体积为 7. 5mL的平板反应器中的催化剂表面，调整光源与催化剂表面距离为3. 5cm，至少选取催化 剂表面的5个点，调节电源电压，使得催化剂表面的5个点的平均光强分别为0.5、1.0、1. 5、 2. 0、2. 5mW/cm2。催化剂采用Degussa Ρ25Τ 02薄膜，采用浸渍_提拉法镀膜，使得催化剂的负载 量为36ug/cm2。其具体制备方法如下准确称取0. 400g Degussa P25溶于IOOmL去离 子水中，边溶解边搅拌，滴入2滴盐酸，调节溶液pH值为3. 0，超声震荡Ih后，选取尺寸为 2. 54cmX7. 52cmX0. 2cm的载玻片为催化剂载体，用2cm/min的速度进行提拉镀膜，提拉后 的催化剂悬挂自然晾干，为增加薄膜厚度，重复提拉10次制得负载量为36ug/cm2的催化 剂。有机污染物为典型的恶臭气体甲硫醚，采用浓度为50ppm的甲硫醚标准气体为气 源，通过稳流阀控制甲硫醚气体与空气的流量比例为1 15. 7，得到初始浓度为3. Oppm的 甲硫醚气体。通过稳流阀调节反应器内污染物流速为30mL/min，即停留时间为15s。通过鼓泡 法调节反应的相对湿度为22%，温度为12. 1°C。处理效果见图1和图2。从图中可以看书， 波长为402nm的发光二极管对甲硫醚的降解效果不大，其最大转化率不超过10%。实施例2具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为384nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为384nm的LED比主波长为402nm的LED 灯具有很强的催化效果，其对甲硫醚的最大转化率为50%，且随着光强的增大，甲硫醚的转 化率与反应速率均随之增大。
实施例3具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为377nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为377nm的LED对甲硫醚的氧化分解效果 远好于402nm和384nm，且随着光强的增大，甲硫醚的转化率与反应速率有显著增加。实施例4具体实施方法同实施例1，只是将光源换为主波长为367nm的发光二极管进行甲 硫醚的光催化氧化分解实验。调节直流电源电压分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mW/cm2。其 降解效果如图1和图2。从图中可以看出，主波长为367nm的LED对甲硫醚的光催化氧化分 解效果远好于其它三种波长，转化率达到80%以上。
权利要求
一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法，其特征在于以发射主波长为367nm、377nm、384nm或402nm的发光二极管阵列作为光源，对催化剂进行照射，光催化氧化分解有机污染物；其中，直流电源的工作电压为3.00 4.00V，催化剂表面的平均辐射光强度为0.2～3.0mW/cm2，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐射光强度，以及通过调整发光二极管光源波长来控制光催化反应速率。
2.根据权利要求1所述的以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法，其特 征在于发光二极管阵列的光源分布为每平方厘米催化剂表面需0. 5 2个发光二极管，排 列成阵列，使光源正对催化剂表面，光源与催化剂表面距离0. 5 5cm，采用紫外线照度计 测定催化剂表面的光强度平均值。
全文摘要
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法。本发明采用发光二极管阵列作为光源，通过直流电源电压调节催化剂表面的辐射光强度，对催化剂进行照射，光催化氧化分解污染物。利用本发明的方法，采用4种发射主波长分别为367nm、377nm、384nm、402nm的发光二极管阵列为光源，工作电压为3.00-4.00V，催化剂表面的平均辐射光强度为0.2～3.00mW/cm2，对催化剂表面进行照射，光催化氧化分解有机污染物。通过调整发光二极管光源的波长和光强可以有效的控制光催化反应速率。
文档编号A62D3/176GK101905070SQ20091005249
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者刘静, 张士成, 王梓萌 申请人:复旦大学
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