溶胶-凝胶法在玻璃表面负载二氧化钛薄膜研究(3)
O2 -+H+ → HO2
2HO2 → O2 + H2O2
•OH + org → CO2 + H2O
h+ + org → CO2+H2O
以上反应机理说明，TiO2光催化降解水中的有机物实质上是先将TiO2表面的H2O或者OH-转化为•OH（羟基自由基），然后利用•OH的强氧化能力氧化水中的有机物。
1.1.2 TiO2光催化影响因素
（1）水蒸气的影响
一般情况下，TiO2表面与水的接触角比较大，即亲水性不好，但紫外光照射过后，与水的接触角可减小到5度以下，甚至可以减少到0度(即水滴可以完全浸润在TiO2的表面)，这时亲水性变得很强。停止光照后，TiO2颗粒表面的亲水性不会立即减弱，可以文持数小时，甚至长达1周左右。有研究表明，反应物浓度低时，水蒸气对反应速率的影响不大；但反应物浓度高时，水蒸气对反应速率的影响比较大，会降低反应速率。
（2）TiO2粒子表面积大小的影响
表面积主要影响TiO2对反应底物的吸附量。在其它条件相同的情况下，粒子表面积越大可吸附的基质越多，光催化活性就越高。通常认为，TiO2的光催化活性是由其吸收光的能力、载流子的分离速率以及电子空穴分别向表面转移的效率共同决定的。TiO2吸收光的能力越强，光电效应越强，光照产生的电子-空穴对就越多，那么光催化活性就越高。
（3）焙烧温度的影响
一般情况下，当焙烧温度足以产生晶型后，提高焙烧温度高会降低催化活性，因为焙烧温度会对TiO2的表面及其晶型产生影响。随着温度的升高，TiO2颗粒会逐渐增大，导致比表面积减少，那么表面对基质的吸附量明显减少；焙烧温度升高到一定程度后会使锐钦矿型TiO2转变为金红石型，这是导致其光催化性能下降的主要原因。当然，若焙烧温度过低，不能使TiO2结晶，那么TiO2的光催化活性没有结晶后的TiO2活性高。
（4）pH的影响
当pH小于7时，pH降低会减少TiO2表面的OH-。光照产生的•OH自由基数量会减少，反应速率就会下降。pH在7左右时，降解速率有极大值。在光降解氯化芳香烃过程中，溶液的pH是TiO2表面吸附氯化芳香烃的主要因素。有研究发现，在pH很低时，TiO2表面的吸附TCP是可逆的，当pH从3.8升高到6.8时，反应速率会增加，主要是因为OH-的浓度增大。
（5）光强的影响
光照强度直接影响光催化反应的速率。在一定范围内，光照强度越高，TiO2单位体积内接受的入射光子数越多，催化剂表面产生的电子和空穴越多，反应就会变快。当光子的利用率达到饱和时，多余的光子不能得到利用，从经济的角度出发，这会造成能源的浪费，那么也是不可取的。另外，光波长、TiO2的加入量和氧浓度等都对光催化降解反应产生影响。
由上可知，TiO2具有极强的光催化活性，在紫外光照射下被激活而使水中的OH-和水分子转化为•OH自由基，具有极强的氧化作用，可降解环境中大多数有机物，也可杀灭水中的细菌，所以TiO2光催化剂在环境污染治理中的应用非常广泛。
1.2 太阳能光催化集热管
1.2.1 概述
太阳能热水器早在八十年代初就在我国开始推广。现在居民宅用热水器也发展的越来越快，农镇居民几乎每家每户都配有一台太阳能热水器，在国内的一些地区已统一规划设计和安装了太阳能热水器，取得了良好的社会经济效益。[6]虽然太阳能热水器给人类生活带来了大量的便利，但同时又为人类的健康埋下了隐患。太阳能水中存在大量的细菌和有害物质，热水器利用太阳能升高的水温无法完全灭杀水中的细菌，特别是春秋冬季节，太阳光比较温和且光照时间不是很充足。相反，在如此温和的条件下，有利于各种有害细菌的生长、繁殖。有害细菌一旦成为病原体，通过人类的日常饮食进入人体，可能会引发各种疾病。例如破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核等，这些疾病会严重危害人类的健康。于是，科研工作者在提高太阳能效率的同时，也在思考如何有效的杀灭太阳能水中的有害细菌和去除有害物质，以提高太阳能的出水水质，因此二氧化钛的光催化性质引来众多科研工作者的研究和应用。[7]
下一篇：氟化石墨烯的水性分散液+文献综述