光催化与生活

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,清华大学环境与能源催化实验室,*,大家好,1,内 容 提 要,环境与能源问题严峻性,光催化技术基本原理,光催化技术与生活质量,家居生活,污染治理,医疗健康,交通环境,食品保障,军事应用,环境质量,绿色能源,健康建筑,2,化石能源不可再生性,煤、石油、天然气等化石能源不可再生性；,一次能源均来自亿万年太阳能积累，无法循环使用,光合作用是唯一可利用,CO,2,和水合成有机物的反应地球上最伟大的反应,3,在过去,100,年里，消耗了,1420,亿吨石油和,2650,亿吨煤，消耗了世界,56,石油和,60,以上天然气,如何利用太阳能是绿色能源最关键技术,亿万年形成化石燃料仅支持了约,300,年现代工业文明,！,BP,世界能源统计,2007,的数据表明，全球石油储量可供生产,40,年，天然气和煤炭则分别可以供应,65,年和,162,年,40,年,60,年,160,年,化石能源短缺性,4,温室效应：由于排放使得大气中二氧化碳含量提高，全球气候在同步变暖，发生温室效应。,全球每年排放的,CO,2,高达,240,亿吨之巨,温室效应危害性,5,全球每年排放,SO2 2.9,亿吨，,NOx,约为,5,千万吨，以及大量可吸入粉尘； 导致了酸雨、光化学烟雾、灰霾,洛杉矶光化学烟雾,甘肃沙尘暴,酸雨效应,污染严重大气环境,6,制约健康室内污染,我国每年由室内空气污染引起非正常死亡人数达11.1万人,有,68%,疾病是室内污染造成。,建筑材料,装饰材料,人活动,室外污染物,7,染料废水：主要,工业废水之一，其毒性大，色泽深，严重危害了生态环境。,农药污染：,我国每年农药产量大约,20,万吨，还从国外进口农药,75,万吨。通过喷施、地表径流及农药工厂废水排入水体中,洗涤剂污染：每年大量洗涤剂进入水体，并难以降解；,工业污水：,煤化工、石油化工、化工废水、矿山废水等；,Ref:,国家环境保护总局,.,长江三峡工程生态与环境监测公报,难以寻觅到清纯流水,8,社会发展面临制约问题,化石能源枯竭,绿色可再生能源突破,环境污染严重恶化,大气污染控制：大气灰霾、雾霾、光化学气候,温室气体二氧化碳排放控制,室内空气质量提高,水污染控制,生活用水安全；,9,光催化技术优势,常温省能源：仅需低功率,UV,光源，不需要加温；可以直接利用太阳光,杀菌广普和能力强，无耐药性；,有毒有机物彻底矿化，均可降解；,效率高，寿命长,维护简单，运行费用底,无污染，无毒，卫生安全,10,光催化技术应用前景,光催化材料,+,太阳光,家居内部,窗帘,、镜子、室内建材,日光灯,居房外部,瓷砖,玻璃,涂料,帐篷,铝面板,空气净化,空气净化器,二恶英降解,公路行业,隧道照明灯,公路上用镜,隔音墙,NO,x,的清除,汽车业,汽车镜、外涂料,医疗器械及外设,医用导管,手术室,太阳能利用,光解水制氢,CO,2,的光还原,水净化,环境激素降解,有机氯化物的降解,农业,残留农药降解,家禽饲养场所除臭,水培室净化,军事应用,防生化、野战保障,11,光催化科学原理,半导体,在紫外及可见光,激发,下，,产生光生电子和光生空穴；,光生电子具有还原性质，可还原水产氢，还原二氧化碳产油，直接产电,-,太阳能电池,-,能源利用；,光生空穴具有强氧化性，能降解或矿化有机污染物，杀灭细菌和病毒,-,环境应用。,12,光催化杀菌原理,光生空穴能力达到,3.0eV,，相当于,15000,度温度能量,13,光催化自清洁原理,分解污染物中有机物和亲水表面，是污染物颗粒易脱落,14,光催化环境净化原理,光生空穴能力达到,3.0eV,，相当于,15000,度温度能量，可以大部分化学键，分解有机污染物为二氧化碳和水,15,光催化能源利用原理,光生电子还原水，产出氢气；光生空穴氧化水，产出氧气；,光生电子还原二氧化碳形成有机燃料；,光生电子和空穴分离，形成电压和电流输出；,16,光催化剂微观和宏观结构,17,家居生活中光催化,鞋子除臭杀菌,车载空气净化器；,家用空气净化器；,生活用水净化器；,卫生洁具；,抗雾和抗污镜子,；,墙面自清洁涂层；,18,鞋袜杀菌除臭与空气净化,利用光催化杀灭鞋袜细菌和除异味,利用光催化杀灭内衣上细菌,利用光催化去除异味，净化空气,19,玻璃和镜子自洁防雾,利用光催化剂喷涂在玻璃和镜子表面，可以防雾和自洁,浴室镜、窗户玻璃、后视镜,20,光催化空气净化器,光催化剂产生高能量光生空穴，直接分解空气中有机污染物和杀灭病毒和细菌，实现室内空气主动净化，提高居室空气质量,21,家用空气净化器,实现,PM2.5,颗粒物、有害气体和细菌净化,22,艺术、照明与健康融合,光催化净化灯和干花,艺术灯罩和干花上光催化材料可以被动分解有害气体和杀菌，改善室内空气质量、保障健康,23,具有净化性能壁纸和窗帘,墙纸和窗帘上光催化材料可以被动分解有害气体和杀菌，改善室内空气质量、保障健康,24,生命之源,-,水洁净,自来水中存在大量有机物，氯消毒副产物等大量有害物，其中有近,40,种是致癌物质,降解水中微量有机污染物,降解水中消毒副产物,分解水中微量藻毒素,杀灭饮用水中细菌和病毒,25,光催化自净化冰箱,喷涂光催化涂层，进行被动净化，实现杀菌和除异味,通过加装循环空气净化装置，主动净化冰箱中空气，实现杀菌和去异味,26,厨卫抗菌与自洁,光催化涂层厨卫设施，具有自洁、抗菌功能,享受愉悦生活每一天,27,食品保障中光催化,大棚无菌生产过程空气消毒,无土培养液消毒杀菌,粮食、蔬菜储存过程中杀菌，,防止发霉和腐烂，,延长保,存,期,水果储存过程中去除乙烯和杀菌，延长保鲜期,食品加工车间和场所无菌,净化,28,果蔬食物无菌生产应用,无菌,农业,生产过程空气消毒,无菌栽培生产过程水消毒,无土培养液杀菌消毒,回用,29,食品和果蔬存储保鲜,食品和果蔬,储存,和运输,过程中杀菌,净化,，,延长保存时间,水果和,蔬菜储存,合运输,过程中去除乙烯和杀菌,作用,，延长保鲜期,食品加工场所无菌空气,环境,远洋舰船上冷藏果蔬和食品保质期可以延长,2-3,倍，从,1-2,个月到,3-4,个月,30,果蔬存储保鲜,果蔬和食品保质期可以延长,2-3,倍,31,无菌饲养,饲养场所,无菌,化，动物少得病，避免使用抗生素等药剂，促进生长；避免动物瘟役发生,饲料中添加氧化锌光催化剂，保障饲料不霉变,-,避免添加抗菌药剂,去除饲养场所异味，改善工作环境,32,生活健康与光催化,医院,无菌病房,和手术室：,空气消毒,机,杀菌,净化，避免交叉感染和去除异味,无菌病房墙壁光催化杀菌,、,自洁,和空气净化，去除异味,医药制造过程无菌化，保障药品安全,；,33,无菌医院光催化消毒设施,光催化净化组件,光催化医用空气消毒机,粗过滤,+,静电,+,光催化集成净化,光催化抗菌自清洁涂层应用,34,医院无菌化,35,绿色建筑中光催化,自清洁玻璃,自清洁瓷砖,自清洁涂料,自清洁墙纸,自清洁水泥,防污免清洁、杀菌防霉、净化空气,36,室内自然光下污染物降解,37,建筑物防污自洁,38,建筑瓷砖自清洁,自清洁瓷砖对染料污染物光催化自清洁效果,A:,原始污染瓷砖,B:,光照,10,分钟,C:,光照,20,分钟,D,：光照,30,分钟,E:,光照,40,分钟,自清洁瓷砖可以在太阳光或室内光照射下，对积累在表面有机污染物分解成水和二氧化碳，实现自清洁功能,39,建筑物外墙自清洁,光催化涂层可以通过超亲水性和降解功能实现建筑物表面自清洁功能,40,建筑物抗菌防霉,光催化涂层具有杀菌效果，可以杀灭霉菌等，保证建筑物不会发霉,41,建筑物涂层空气净化,光催化涂层还可以分解空气中有害物质，对空气实现净化功能,42,自清洁建筑应用实例,43,交通生活中光催化,隧道内,尾气,净化,道路上尾气净化,地铁站空气净化,地下停车场空气净化,密闭车厢内空气净化,汽车尾气,霉变及异味,装修材料释放,人员交叉感染,空气污浊化,净化密闭交通工具内污浊空气，避免交叉感染,消除地下交通站点污浊空气和汽车尾气,44,工业污染控制,工业,废气,净化,制鞋厂三苯废气,喷漆、印刷厂溶剂,化工有害废气等,彻底分解为二氧化碳和水,45,工业污,水,净化,各种难降解有机污水,彻底分解为二氧化碳和水,46,光催化与国防事业,防,生,化处理：细菌、病毒、毒剂,军事掩蔽设施内空气净化；,潜艇中空气净化；,炸药、推进剂废液处理；,远洋军舰上果蔬保障；,野战场合无菌水供应；,野战医院无菌手术仓；,47,光催化空气净化系统大大提高了核潜艇潜航能力,对比实验结果,光催化用于潜艇舱空气净化,改善潜艇内空气质量，避免交叉感染，提高战斗力,48,绿色太阳能,-,未来希望,光解水制氢,：清洁能源,太阳能电池,：直接发电,光合作用,-,温室气体变油,光解水制氢视频,染料敏化太阳能电池,49,染料敏化太阳能电池,我国地面每年吸收太阳能大约相当于,17,万亿吨标准煤能量（每年开采煤炭,34,亿吨）,;,目前染料敏化太阳能电池转换效率可以达到,13%,太阳能路灯,太阳能发电站,野外电能供给,50,真可以水变油吗？,在太阳光下，在光催化剂可以把水分解为氢和氧气，形成绿色氢能，再与温室气体反应可变成油,51,温室气体也可以变油吗？,在太阳光辐照,光催化可以直接将空气中二氧化碳和水汽转化为烃、醇类等有机燃料,52,自清洁与空气净化视频,A:,降解,VOC,演示,B:,防雾自洁演示,C:,分解染料演示,53,空气净化器净化视频,54,光催化研究工作,TiO2,介孔薄膜光催化剂,钨酸铋和钼酸铋光催化剂,钨酸锌和钼酸锌光催化剂,磷酸铋光催化剂,共轭,分子表面杂化光催化研究,表面氧缺陷型光催化研究,光电协同催化降解研究,C3N4,活性与氧化能力提高研究,吸附富集,-,定位光催化降解研究,55,致 谢,国家自然科学基金杰出青年基金（）、重点项目（）、科技部,973,项目,(2013CB632403,）和,863,项目（,2012AA062701,）资助,56,感谢各位老师和同学支持！,谢 谢！,57,