描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122269966
编辑推荐
本书是作者多年研究成果的结晶，在本领域内处于领先地位。
内容简介
本书对有关光催化材料的资料以及近些年在光催化应用领域的研究成果进行了收集、整理和总结，共分5章，第1章介绍了光催化技术和光催化材料的基本概念、原理以及光催化材料的应用技术，第2章介绍了光催化材料的可控合成及性能评价，第3章介绍了光催化材料在室内环境净化中的应用，第4章介绍了光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用，第5章介绍了光催化材料在国防军事废水处理中的应用。
本书适合从事光催化材料及光催化技术研究与应用的相关领域研究的科技工作者、高等院校师生以及科研院所工作人员阅读。
本书适合从事光催化材料及光催化技术研究与应用的相关领域研究的科技工作者、高等院校师生以及科研院所工作人员阅读。
目 录
第1章光催化技术概述1
1.1光催化技术简介1
1.1.1光催化技术的起源及特点1
1.1.2光催化材料的可控合成方法1
1.1.3光催化降解污染物的机理6
1.1.4真空紫外光技术8
1.2光催化技术研究进展9
1.2.1光催化剂的改性及固定化9
1.2.2光催化反应器11
1.2.3光催化反应动力学13
1.2.4光催化剂固定化技术14
1.2.5光催化技术的环境净化应用15
1.2.6影响光催化降解效果的主要因素17
1.2.7半导体光催化技术的潜在优势18
1.3光催化技术的应用研究展望18
1.3.1光催化技术面临的问题18
1.3.2光催化技术研究热点19
参考文献20
第2章光催化材料的可控制备及表征24
2.1纳米TiO2系列催化材料24
2.1.1溶胶-凝胶法制备纳米TiO224
2.1.2TiO2的AC、ACF的负载化28
2.1.3TiO2-氧化石墨烯复合光催化材料的合成31
2.1.4TiO2/Al光催化薄膜的制备42
2.1.5TiO2薄膜上纳米贵金属粒子的可控负载51
2.1.6浸渍涂覆法制备MnOx/TiO2膜材料65
2.1.7反应磁控溅射制备氮掺杂TiO2光催化膜材料67
2.2纳米ZnO系列催化材料75
2.2.1水热法制备纳米ZnO75
2.2.2两步法制备ZnO/TiO2和ZnO/SnO2复合粉体80
2.2.3一步法制备稀土掺杂ZnO纳米材料92
2.2.4醇辅助水热法制备贵金属掺杂ZnO纳米材料99
2.3纳米In2O3系列催化材料103
2.3.1纳米In2O3光催化剂的可控合成103
2.3.2具有微孔-介孔结构的In2O3纳米片合成114
2.3.3石墨烯-In2O3光催化剂制备及性能研究120
2.4纳米Ga2O3催化材料126
2.4.1制备条件对氧化镓前驱体形貌的影响127
2.4.2Ga2O3催化剂的表征131
参考文献136
第3章光催化材料在室内空气净化中的应用138
3.1室内空气中挥发性有机污染物研究进展138
3.1.1室内空气中主要污染物的种类及浓度138
3.1.2室内挥发性有机物的来源140
3.1.3室内挥发性有机物间的反应与二次释放141
3.1.4室内挥发性有机物对人体健康的危害144
3.1.5室内挥发性有机物污染控制研究现状145
3.2光催化技术在室内空气净化中的应用146
3.2.1真空紫外气相光催化分解有机物146
3.2.2真空紫外光催化实验系统147
3.2.3催化剂的制备和表征150
3.2.4真空紫外光催化降解实验151
3.3TiO2薄膜VUV催化降解甲醛和副产物臭氧的控制152
3.3.1动态真空紫外光催化实验系统组成152
3.3.2VUV催化、UV254nm O3催化及UV254nm催化比较153
3.3.3Pd/TiO2真空紫外光催化降解甲醛与副产物臭氧控制158
3.3.4Pd/TiO2复合薄膜对甲醛和臭氧的同步去除162
3.3.5Mn负载TiO2薄膜对甲醛和臭氧的同步去除166
3.4臭氧/TiO2光催化降解甲苯研究171
3.4.1实验装置、方法与步骤171
3.4.2催化剂制备方法172
3.4.3实验内容及步骤173
3.4.4结果与讨论173
参考文献188
第4章光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用190
4.1水中微量污染物的光催化净化研究190
4.1.1实验装置190
4.1.2结果及讨论191
4.2环管式光催化反应器光催化降解水中氯代有机物200
4.2.1环管式反应器的结构参数201
4.2.2反应器中催化剂的布置形式204
4.2.3VUV光源辐射下微量有机物的光催化降解206
4.3光催化法处理水中全氟辛酸研究213
4.3.1全氟辛酸的毒性213
4.3.2片状In2O3纳米结构光催化降解PFOA的性能214
4.3.3束状氧化镓对PFOA的光催化降解及其机理215
4.3.4In2O3纳米颗粒与石墨烯复合产物（NP-G）光催化降解PFOA的性能218
4.3.5针状氧化镓对PFOA的光催化降解220
4.3.6影响光催化降解纯水中PFOA的反应因素的研究224
4.4臭氧光催化-活性炭净化地下水源水的研究227
4.4.1试验条件及分析方法228
4.4.2O3/TiO2/UV和单独O3氧化去除有机物效果比较228
4.4.3O3/TiO2/UV-GAC工艺去除地下水中天然有机物（NOM）230
4.5天然有机物臭氧光催化降解技术研究236
4.5.1实验室试验条件与分析方法236
4.5.2O3/TiO2/UV氧化NOM的影响因素分析236
4.5.3臭氧光催化反应器及工艺设计的指导原则243
参考文献244
第5章光催化材料在国防军事废水处理中的应用247
5.1光催化材料处理偏二甲肼废水研究247
5.1.1偏二甲肼废水处理实验研究249
5.1.2影响复合光催化剂处理效果因素分析251
5.1.3偏二甲肼降解动力学过程259
5.1.4Cu/TiO2-GNP光催化降解偏二甲肼的研究260
5.1.5臭氧强化TiO2薄膜光催化降解偏二甲肼研究264
5.1.6O3/VUV/TiO2降解偏二甲肼的影响因素研究267
5.1.7ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究269
5.1.8稀土掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究275
5.1.9贵金属掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究276
5.2硝基氧化剂废水的光催化还原研究286
5.2.1紫外光下光催化反应286
5.2.2太阳光下光催化反应287
5.2.3模拟硝基氧化剂废水的强化光催化处理研究287
5.2.4负载化光催化剂还原硝基氧化剂废水实验290
5.2.5循环回收利用率291
5.2.6光催化还原NO-3的反应动力学分析292
5.2.7模拟超重力条件催化还原反应293
5.2.8反应条件的优化293
5.3TiO2/ACF复合光催化剂催化降解TNT研究297
5.3.1复合光催化剂降解TNT废水的影响因素298
5.3.2Fenton试剂对TiO2/ACF光催化降解TNT的作用301
5.3.3改性TiO2/ACF光催化降解TNT废水303
参考文献306
1.1光催化技术简介1
1.1.1光催化技术的起源及特点1
1.1.2光催化材料的可控合成方法1
1.1.3光催化降解污染物的机理6
1.1.4真空紫外光技术8
1.2光催化技术研究进展9
1.2.1光催化剂的改性及固定化9
1.2.2光催化反应器11
1.2.3光催化反应动力学13
1.2.4光催化剂固定化技术14
1.2.5光催化技术的环境净化应用15
1.2.6影响光催化降解效果的主要因素17
1.2.7半导体光催化技术的潜在优势18
1.3光催化技术的应用研究展望18
1.3.1光催化技术面临的问题18
1.3.2光催化技术研究热点19
参考文献20
第2章光催化材料的可控制备及表征24
2.1纳米TiO2系列催化材料24
2.1.1溶胶-凝胶法制备纳米TiO224
2.1.2TiO2的AC、ACF的负载化28
2.1.3TiO2-氧化石墨烯复合光催化材料的合成31
2.1.4TiO2/Al光催化薄膜的制备42
2.1.5TiO2薄膜上纳米贵金属粒子的可控负载51
2.1.6浸渍涂覆法制备MnOx/TiO2膜材料65
2.1.7反应磁控溅射制备氮掺杂TiO2光催化膜材料67
2.2纳米ZnO系列催化材料75
2.2.1水热法制备纳米ZnO75
2.2.2两步法制备ZnO/TiO2和ZnO/SnO2复合粉体80
2.2.3一步法制备稀土掺杂ZnO纳米材料92
2.2.4醇辅助水热法制备贵金属掺杂ZnO纳米材料99
2.3纳米In2O3系列催化材料103
2.3.1纳米In2O3光催化剂的可控合成103
2.3.2具有微孔-介孔结构的In2O3纳米片合成114
2.3.3石墨烯-In2O3光催化剂制备及性能研究120
2.4纳米Ga2O3催化材料126
2.4.1制备条件对氧化镓前驱体形貌的影响127
2.4.2Ga2O3催化剂的表征131
参考文献136
第3章光催化材料在室内空气净化中的应用138
3.1室内空气中挥发性有机污染物研究进展138
3.1.1室内空气中主要污染物的种类及浓度138
3.1.2室内挥发性有机物的来源140
3.1.3室内挥发性有机物间的反应与二次释放141
3.1.4室内挥发性有机物对人体健康的危害144
3.1.5室内挥发性有机物污染控制研究现状145
3.2光催化技术在室内空气净化中的应用146
3.2.1真空紫外气相光催化分解有机物146
3.2.2真空紫外光催化实验系统147
3.2.3催化剂的制备和表征150
3.2.4真空紫外光催化降解实验151
3.3TiO2薄膜VUV催化降解甲醛和副产物臭氧的控制152
3.3.1动态真空紫外光催化实验系统组成152
3.3.2VUV催化、UV254nm O3催化及UV254nm催化比较153
3.3.3Pd/TiO2真空紫外光催化降解甲醛与副产物臭氧控制158
3.3.4Pd/TiO2复合薄膜对甲醛和臭氧的同步去除162
3.3.5Mn负载TiO2薄膜对甲醛和臭氧的同步去除166
3.4臭氧/TiO2光催化降解甲苯研究171
3.4.1实验装置、方法与步骤171
3.4.2催化剂制备方法172
3.4.3实验内容及步骤173
3.4.4结果与讨论173
参考文献188
第4章光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用190
4.1水中微量污染物的光催化净化研究190
4.1.1实验装置190
4.1.2结果及讨论191
4.2环管式光催化反应器光催化降解水中氯代有机物200
4.2.1环管式反应器的结构参数201
4.2.2反应器中催化剂的布置形式204
4.2.3VUV光源辐射下微量有机物的光催化降解206
4.3光催化法处理水中全氟辛酸研究213
4.3.1全氟辛酸的毒性213
4.3.2片状In2O3纳米结构光催化降解PFOA的性能214
4.3.3束状氧化镓对PFOA的光催化降解及其机理215
4.3.4In2O3纳米颗粒与石墨烯复合产物（NP-G）光催化降解PFOA的性能218
4.3.5针状氧化镓对PFOA的光催化降解220
4.3.6影响光催化降解纯水中PFOA的反应因素的研究224
4.4臭氧光催化-活性炭净化地下水源水的研究227
4.4.1试验条件及分析方法228
4.4.2O3/TiO2/UV和单独O3氧化去除有机物效果比较228
4.4.3O3/TiO2/UV-GAC工艺去除地下水中天然有机物（NOM）230
4.5天然有机物臭氧光催化降解技术研究236
4.5.1实验室试验条件与分析方法236
4.5.2O3/TiO2/UV氧化NOM的影响因素分析236
4.5.3臭氧光催化反应器及工艺设计的指导原则243
参考文献244
第5章光催化材料在国防军事废水处理中的应用247
5.1光催化材料处理偏二甲肼废水研究247
5.1.1偏二甲肼废水处理实验研究249
5.1.2影响复合光催化剂处理效果因素分析251
5.1.3偏二甲肼降解动力学过程259
5.1.4Cu/TiO2-GNP光催化降解偏二甲肼的研究260
5.1.5臭氧强化TiO2薄膜光催化降解偏二甲肼研究264
5.1.6O3/VUV/TiO2降解偏二甲肼的影响因素研究267
5.1.7ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究269
5.1.8稀土掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究275
5.1.9贵金属掺杂ZnO光催化降解偏二甲肼废水研究276
5.2硝基氧化剂废水的光催化还原研究286
5.2.1紫外光下光催化反应286
5.2.2太阳光下光催化反应287
5.2.3模拟硝基氧化剂废水的强化光催化处理研究287
5.2.4负载化光催化剂还原硝基氧化剂废水实验290
5.2.5循环回收利用率291
5.2.6光催化还原NO-3的反应动力学分析292
5.2.7模拟超重力条件催化还原反应293
5.2.8反应条件的优化293
5.3TiO2/ACF复合光催化剂催化降解TNT研究297
5.3.1复合光催化剂降解TNT废水的影响因素298
5.3.2Fenton试剂对TiO2/ACF光催化降解TNT的作用301
5.3.3改性TiO2/ACF光催化降解TNT废水303
参考文献306
前 言
随着全球工业化进程的发展，环境污染问题日益严重，环境问题已成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题。光催化技术以其室温深度反应和可直接利用太阳能驱动反应等独特性能，具有低成本、环境友好等特点，因而成为高新技术的新希望，也成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化技术是指利用一类在光作用下可以诱发光氧化-还原反应的半导体材料催化反应的进行以达到一定的目的。它是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域，被认为是解决环境污染问题的有应用前景的技术之一，已成为环境科学领域的研究热点。
由于具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点，二氧化钛在光电转化、光催化等领域具有广阔的应用前景，以TiO2为载体的光催化技术已成功应用于废水处理、空气净化、自清洁表面、染料敏化太阳能电池以及抗菌等多个领域。自从1972年Fujishima和Honda发现这种优良的光催化材料以来， TiO2一直就是光催化技术研究的热点，研究了晶体构型、表面羟基自由基以及氧缺陷对光量子效率的影响机制；采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围；通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒提高电子-空穴对的分离效率，提高其光催化活性等，为光催化技术的推广应用起了积极的作用。
尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，同时，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，严重制约光催化技术的广泛应用。这些问题是光催化材料研究者需要解决的首要任务，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。
为了使广大读者了解光催化技术及其在环境净化中的应用，作者不惮浅陋，在收集、整理和总结了光催化材料的资料以及近些年我们在光催化应用领域的研究成果基础上撰写了本书。本书为作者多年的研究成果的总结，其中包含了作者主持的国家973计划和863计划重点项目的研究成果，内容丰富、实用，语言通俗易懂，比较系统地介绍了多种半导体光催化材料的制备、表征及光催化技术在环境保护领域中的应用经验。希望通过本书与读者交流国内外在光催化技术方面的一些研究成果、动态及作者多年的研究成果，为广大从事光催化材料及其应用研究的科技工作者、院校师生提供实用性强的研究参考与借鉴，进一步提高光催化技术的基础研究和应用水平。
本书共分5章，第1章介绍了光催化技术和光催化材料的基本概念、原理以及光催化材料的应用技术；第2章介绍了系列光催化材料的可控合成、结构表征及性能；第3章介绍了不同光催化材料在室内环境空气净化中的应用；第4章介绍了不同光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用；第5章介绍了不同光催化材料在国防军事领域特种污染物废水净化中的应用。
由于光催化技术跨学科，专业面广，新成果、新应用不断出现，本书所介绍的内容也只是其中的一个小部分，再加上笔者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请读者和专家批评指正！
本书的出版得到了国家重点基础研究发展计划项目（973计划）-光催化材料性能的微结构调控、国家863高新技术研究计划项目（863计划）-室内VOCs的真空紫外光催化降解及副产物控制的支持，也得到了众多同事的热情帮助。清华大学环境学院的陈崧哲、韩文亚、傅平丰、李佳、简丽、邵田、李振民、李晓芸、王晓晨、梁夫艳、刘娟等同志，第二炮兵工程大学的梁亮、王锋、刘田田、王幸运、贺亚南、张永勇、侯若梦等研究生完成了一部分实验工作及部分内容的整理，在此一并表示诚挚的感谢！
由于具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点，二氧化钛在光电转化、光催化等领域具有广阔的应用前景，以TiO2为载体的光催化技术已成功应用于废水处理、空气净化、自清洁表面、染料敏化太阳能电池以及抗菌等多个领域。自从1972年Fujishima和Honda发现这种优良的光催化材料以来， TiO2一直就是光催化技术研究的热点，研究了晶体构型、表面羟基自由基以及氧缺陷对光量子效率的影响机制；采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围；通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒提高电子-空穴对的分离效率，提高其光催化活性等，为光催化技术的推广应用起了积极的作用。
尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，同时，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，严重制约光催化技术的广泛应用。这些问题是光催化材料研究者需要解决的首要任务，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。
为了使广大读者了解光催化技术及其在环境净化中的应用，作者不惮浅陋，在收集、整理和总结了光催化材料的资料以及近些年我们在光催化应用领域的研究成果基础上撰写了本书。本书为作者多年的研究成果的总结，其中包含了作者主持的国家973计划和863计划重点项目的研究成果，内容丰富、实用，语言通俗易懂，比较系统地介绍了多种半导体光催化材料的制备、表征及光催化技术在环境保护领域中的应用经验。希望通过本书与读者交流国内外在光催化技术方面的一些研究成果、动态及作者多年的研究成果，为广大从事光催化材料及其应用研究的科技工作者、院校师生提供实用性强的研究参考与借鉴，进一步提高光催化技术的基础研究和应用水平。
本书共分5章，第1章介绍了光催化技术和光催化材料的基本概念、原理以及光催化材料的应用技术；第2章介绍了系列光催化材料的可控合成、结构表征及性能；第3章介绍了不同光催化材料在室内环境空气净化中的应用；第4章介绍了不同光催化材料在饮用水微量污染物净化中的应用；第5章介绍了不同光催化材料在国防军事领域特种污染物废水净化中的应用。
由于光催化技术跨学科，专业面广，新成果、新应用不断出现，本书所介绍的内容也只是其中的一个小部分，再加上笔者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请读者和专家批评指正！
本书的出版得到了国家重点基础研究发展计划项目（973计划）-光催化材料性能的微结构调控、国家863高新技术研究计划项目（863计划）-室内VOCs的真空紫外光催化降解及副产物控制的支持，也得到了众多同事的热情帮助。清华大学环境学院的陈崧哲、韩文亚、傅平丰、李佳、简丽、邵田、李振民、李晓芸、王晓晨、梁夫艳、刘娟等同志，第二炮兵工程大学的梁亮、王锋、刘田田、王幸运、贺亚南、张永勇、侯若梦等研究生完成了一部分实验工作及部分内容的整理，在此一并表示诚挚的感谢！
作者
2015年6月于清华园
书摘插画
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