金屬離子的光催化還原

三氧化鎢圖片

光催化能夠解決鉻、汞、鉛等金屬離子的污染問題。通常,金屬離子的光催化還原可以分為3種類型:

1.光催化還原除去有毒金屬離子;

2.光催化沉積回收貴重金屬;

3.光催化沉積負載金屬以提高光催化劑的活性。

為此,WO3光催化劑可以用於土壤、工業廢水、空氣中的重金屬污染治理。

WO3光催化劑處理鉻污染

三氧化鎢光催化劑對鉻離子的光催化還原研究進展如下所示:

光催化劑

體系

反應特點

TiO2,WO3

敞口體系,酸性介質

催化劑活性:WO3>R-TiO2>A- TiO2>α-Fe2O3

Pt/TiO2,Ag/ WO3

Fe3+,CN-存在

Pt能提高催化活性,Fe3+的存在有利於Cr6+的還原

TiO2,WO3

Ar,N2氣氛乙醇存在

WO3上吸附強且隨pH上升而加強,O2不利於還原,有機物加速還原

金屬鉻是一種常見的無機污染物,Cr6+能引起局部肉瘤,使肺癌病率升高。其毒性比Cr3+大100倍,因此,工業上常將Cr6+轉化為Cr3+來降低其毒害性,而後做進一步處理。1983年,韓英哲等採用三氧化鎢為光催化劑對含Cr6+的廢水進行研究,取得了滿意效果。

WO3光催化劑處理汞污染

汞俗稱“水銀”,地殼中相當稀少的一種元素,是唯一的一種液態金屬。汞是具有持久性、生物累積性和生物擴大作用的有毒污染物,對人體健康和生態環境有很大的負面影響;特別是,作為水中主要的重金屬污染之一,汞污染(Hg2+)對人體神經系統危害極大。汞的排放源分為自然源和人為源兩部分,其中自然源包括:火山活動、自然風化、土壤排放和植被釋放等,人為源是由人類活動引起的汞排放,主要包括:汞的使用、物質中含有汞雜質以及廢物處理引起的汞排放三大類。

研究表明,在三氧化鎢光觸媒對Hg2+的光催化還原實驗中,Hg2+在三氧化鎢上的吸附極強,並且,它的吸附量隨著pH的增大而增大。另外,實驗發現,被三氧化鎢吸附的Hg2+仍以氧化態形式存在而未發生還原。這樣,污水中的Hg2+就會被光觸媒帶走,從而消除汞污染。另外,回收的Hg2+與光觸媒通過分離處理,在經一定的技術支持,就可以回收汞,實現資源回收利用。

煙氣中含有大量的工業污染物,如硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、可吸入顆粒物和有毒重金屬等。重金屬由於更容易富集,並隨著食物鏈流動,因而對人體的毒害性更大。文獻指出,選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術的SCR催化劑(以五氧化二釩為主要活性物質,三氧化鎢為助催化劑,二氧化鈦為載體)可以促進汞的氧化,有利於後續PMCD及WFGD對汞的脫除。

三氧化鎢光催化劑提取貴金屬

貴金屬主要指金、銀和鉑族金屬(釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑)等8種金屬元素。工業上可以利用光催化使金屬離子沉積以實現貴金屬的提取。在三氧化鎢和二氧化鈦光觸媒的光催化還原Hg2+的實驗研究表明,Hg2+在三氧化鎢上吸附極強,且其吸附量隨著pH的增大而增大。再者,光照強度增大後,單位時間內光催化劑吸收的光子數會增加,能夠明顯加快貴金屬的析出速度;此外,光觸媒提取單質銀的實驗表明,回收銀的量和催化劑的用量之比高達3:1。

光催化反應(三氧化鎢光觸媒等)提取貴金屬的突出優點在於,它適用常規方法所不適用的極稀溶液,能夠以較為簡便的方法使得貴金屬富集在催化劑表面,而後通過其它方法收集起來加工回收。更重要的是,光觸媒甚至可以用於混合離子的分離,由於各種金屬的氧化還原電位不同,當條件控制得當,它們將選擇性地順序析出。

研究發現,純的三氧化鎢易發生光腐蝕,對可見光利用率低等缺陷難以獲得穩定的光催化特性,因此,常用金屬離子摻雜,如釔(Y)、鐠(Pr)等;非金屬摻雜,如C;半導體複合,WO3/ZnO、WO3-TiO2等;多元摻雜等改性技術來提升其性能。