将太阳光或紫外线照射的光催化反应器置于外加磁场中，构成一个磁场－光催化耦合反应装置，其特征是：对光催化反应器中的催化剂施加太阳光或人工光源，同时再外加一个的电磁场，构成了本发明专利技术的磁场－光催化耦合反应装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化技术及其在环境污染治理中的应用，具体的说是一种光-磁协同催化技术及其在降解有机污染物上的应用。磁场作为与上述外场同样对电荷、光子和声子有影响的物理因素，其在光催化中应用却一直未见到报道。早在上世纪七十年代以前人们曾经就磁场对化学反应的影响作过相当多的研究，由于没有发现明显的效应一度沉寂了下来。最近，Bhaswust在一篇评论(Chem.Soc.Rev.，2002，31301)中总结了近几十年来的研究成果，指出磁场对大多数的基态分子的反应确实不会有影响，然而，对自由基或自由基离子间发生的反应有不可忽视的影响。磁场影响原子核和电子的自旋状态从而影响激发态自由基的多重度是公认的事实。通常自由基对以单线态(S态)和三线态(T+、T0、T)形式存在，但自由基对的复合只能发生在单线态之间，因此，磁场通过影响重度的选率可以控制反应的进行。无磁场时，单线态和三线态在能量上是简并的，可以互相转化；在磁场的作用下，单线态由于没有净磁矩，能量保持不变，而三线态则通过Zeeman效应发生能量的分裂。如果Zeeman效应的作用小于超精细耦合效应，单线态与三线态之间仍可相互转化，磁场对反应影响则很小，但当Zeeman效应超过超精细耦合作用时，只有单线态与三线态中的To态之间可以互换，反应将会受到磁场作用的影响。Turro等人关于磁场对苯乙烯乳液聚合反应的研究(J.Am.Chem.Soc.1980，1027391)从实验上证实了磁场对自由基反应过程的影响，磁场能有效地控制反应的产率、聚合物的分子量和链的规整性。光催化过程是一个由光激发催化剂形成电子-空穴载流子初级过程、这些载流子引发反应物分子产生带电自由基的次级过程、自由基电荷和能量相互传递和复合以及化学键断裂后续过程等一系列步骤组成的链式过程。当这些过程连续进行时可将有机物最终无选择性地氧化成无毒的二氧化碳和水。但是，其中的多个过程是可逆的，即由光激发所产生的初级e-和h+对寿命很短(ns级)，如果不能有效地分离，e-将很快地由导带回到价带而与空穴再复合，使跃迁无效；通过O2、表面羟基或其它分子捕获电子或空穴所形成的次级自由基或自由基离子的寿命虽然稍长些，但没有足够的稳定期也会快速复合，使反应中断。显然，施加外磁场，通过zeeman效应可增加三线态自由基的比率，这将延长自由基的寿命，减少自由基的复合，从而提高光催化的效率。本专利技术所采用的技术方案是将太阳光或紫外线照射的光催化反应器置于外加磁场中，构成一个磁场-光催化耦合反应装置，其特征是对光催化反应器中的催化剂施加太阳光或波长200～800nm的人工光源，同时再外加一个强度10～2000mT的电磁场，构成了本专利技术的磁场-光催化耦合反应装置。所述的光催化反应器中的光催化剂为二氧化钛，特别是过渡金属(如Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Ru、Rh等)掺杂修饰的二氧化钛固体；对气相反应，催化剂颗粒置于石英玻璃管式反应器内，磁场设备和光源置于反应器周围；对液相反应，催化剂颗粒悬浮于石英玻璃反应容器内的溶液中，磁场紧贴反应器外壁放置，光源的设置方式有两种一是置于反应容器中心；二是与磁场一起置于反应容器周围。当反应气体或溶液流过本专利技术的光-磁催化反应器时，在催化剂及光、磁的协同作用下，其所含有的有机污染物则被分解，从反应器出口流出的则为被净化的气体或溶液。本专利技术的效果是由于对光催化反应器外加了一个磁场，它通过影响光催化剂能级结构和光催化中间体自由基物种电子自旋状态，对光催化过程起到辅助或协同促进作用，从而大大提高了有机物的光催化转化效率和矿化率。因此，本专利技术可以达到对有机污染物高效降解的目的。附图说明图1是本专利技术技术的方框图。对光催化反应器同时施加光源(包括太阳光和人工紫外光源)和磁场，当受污染的空气或溶液流过反应器后则被净化。权利要求1.将太阳光或紫外线照射的光催化反应器置于外加磁场中，构成一个磁场-光催化耦合反应装置，其特征是对光催化反应器中的催化剂施加太阳光或人工光源，同时再外加一个的电磁场，构成了本专利技术的磁场-光催化耦合反应装置。2.根据权利要求1所述的磁场-光催化耦合反应装置，其特征是所述的光催化反应器中的光催化剂为二氧化钛、过渡金属Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Ru、Rh掺杂修饰的二氧化钛固体。3.根据权利要求1所述的磁场-光催化耦合反应装置，其特征是所述的光照波长为200～800nm的人工光源。4.根据权利要求1所述的磁场-光催化耦合反应装置，其特征是所述的电磁场其强度为10～2000mT。5.一种光-磁协同催化技术及其在降解有机污染物上的应用，其特征是对于气相反应，催化剂颗粒置于石英玻璃管式反应器内，磁场设备和光源置于反应器周围。6.一种光-磁协同催化技术及其在降解有机污染物上的应用，其特征是对于液相反应，催化剂颗粒悬浮于石英玻璃反应容器内的溶液中，磁场紧贴反应器外壁放置，光源的设置方式有两种一是置于反应容器中心；二是与磁场一起置于反应容器周围。全文摘要本专利技术公开了一种光－磁协同催化技术及其在降解有机污染物上的应用。它的结构是将太阳光或紫外线照射的光催化反应器置于外加磁场中，构成本专利技术的磁场－光催化耦合反应装置。本专利技术由于在原有的光催化反应器的基础上外加了磁场，通过磁场对催化剂和光催化过程中间体的影响，产生光催化－磁场协同作用，从而大大提高了对有机污染物的光催化转化效率和矿化率，达到对废水和废气中有机污染物高效降解的目的。文档编号B01D53/86GK1460542SQ03137060公开日2003年12月10日 申请日期2003年5月31日 优先权日2003年5月31日专利技术者付贤智, 王绪绪, 张雯, 刘平, 李旦振 申请人:福州大学 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付贤智，王绪绪，张雯，刘平，李旦振，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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