光催化技术在污水处理中的应用研究

光催化技术的发展与应用

光催化技术是一种绿色环保的技术，近年来在环境净化、能源转换等领域得到了越来越广泛的应用。光催化技术的核心是光催化剂，通过吸收光能激发电子，进而与氧分子发生反应，产生活性氧种，分解污染物质。

光催化技术的发展

光催化技术的历史可以追溯到上世纪60年代，当时人们发现铁酸亚铁Fe2+具有光催化活性。进入20世纪90年代以后，光催化技术得到了迅速的发展，主要是得益于材料科学和纳米技术的进步。目前已经发展出了许多种类型的光催化剂，包括TiO2、ZnO、CdS、MoS2等，且其结构和性能均得到了不断的优化与改进。

光催化技术的应用

1. 环境净化领域

光催化技术广泛应用于城市污水处理、废气治理、洗涤剂、食品橙色、垃圾处理等方面。其中城市污水处理是光催化技术的主要应用领域之一，通过利用光催化剂分解废水中的有机物、氨、氮、磷等污染物，可以达到高水平的废水净化效果。此外，利用光催化技术分解氧化NOx、SOx、CO、挥发性有机物等废气污染物质也是目前研究的重点之一。

2. 能源转换领域

光催化技术在能源领域的应用也日益增多，主要有光电催化水分解制氢、太阳能电池等领域。光电催化水分解制氢是基于光电催化效应，通过光催化剂吸收太阳光能激发电子，并将其用于反应物中的烷基、烯基等分子的氧化还原反应，构建水分子的氧化还原体系，从而将阳光、二氧化碳和水转变为氢气和氧气。

光催化技术未来的发展前景

随着新材料、纳米技术、化学合成技术和生物技术的不断发展，光催化技术的性能也得到了越来越大的提升。未来，光催化技术的核心之一是针对各类实际问题的定制化催化剂设计，开展基于可控结构的调控催化剂生长及性能研究，以及光催化剂的表面修饰和优化，使得其在环境净化、能源转换、绿色化学等领域更加广泛地应用。

结语

光催化技术是一种创新性的环保技术，有望在未来的发展中发挥更大的作用。在绿色化学和新能源的应用过程中，光催化技术将越来越被重视，成为一种高效、可行的环保技术。未来应持续开展相关科学研究，推进光催化剂性能优化，并不断推动光催化技术的市场化和产业化进程。

第２。　篓 帅范大Ｎｏ学ｍ学ａ报／ｔ２００２　１　Ｊｏｕｒｎａ　Ｏ　ｔｌｎｎａｎＮｏｒｍａｌ　Ｕ　年月　ｌ　ｉ　Ｙ　ＶｏＪ．２２Ｎｏ．１　Ｊａｎ。２００２　太阳能光催化污水处理系统的发展及其商业化应用　刘　滔　，李志明　．李云苍　，张跃　，刘群生　，黄瑞卿　，余定学。　（１．云南师范大学太阳能研究所．云南昆明６５００９２；２．云南师范大学物理系，云南昆明６５００９２；３　国家城市供水水质艋测网昆明监测站，云南昆明６５００５１）　摘要：　文章介媚ｒ太阳能光催化污水处理系统的发屉．埘该技术未能商业化应用的原因进行ｒ分　析，并对陵技术获得一　场认叮所必需解决的技术叫题进行ｒ阐述、分析。　关键词：太阳毹；把催化；　氧化钛；商－【　化应用　中图分类号：ＴＫ５１１．４　文献标识码：Ａ　文章编号｝１００７　９７９３（２００２）叫１０一Ｏ５　二十多年前，利用半导体光催化剂氧化水中　有机物，开辟了半导体催化剂在环境保护方面应　用的新领域　Ｇａｒｅｙ等在１９７６年首先应用二氧化　钛光催化降解水中的氯代联苯，］ｂｕｓｕｋｉ等在１９８６　年应用二氧化钛光催化降解了空气中的甲苯。在　最近■１一多年的光催化研究中－已利月ｊ二氧化钛　催化降解了水和空气中几千种不同的有毒化合　物　］［！。　般．光催化剂为硫族化台物半导体，如　ＴｌＯ　、ＣＡＳ、ＷＯ。、Ｚｎ０等。其中，最常用的光催化　剂为Ｔ　（］　．Ｔ　Ｏ。具有光活性强、无毒，光稳定．伍　常温下不易干酸、碱等特性。Ｔｉ０ｚ的禁带宽度为　３．２ｅｖ　波长小于３８８ｒａｎ的光子均能激发Ｔｉ０２半　导体　产生光生电子空亢对。存光催化研究中，通　常采用电光源作为激发源，其可控性，　－Ｉ比性及稳　定悄　较好．但在实际应用中因运行费用高，使用寿　命短而受到限制。因此，目前，国际上较大规模的　光催化预工业化应用工程均以太阳光作为激发　源。　太阳能光催化污水处理技术可直接利用太阳　能，能耗低．反应条件温和，处理过程在常温．常压　Ｆ进行，在处理受污染的地下水，工业废水以及受　污染的空气和　壤中显示了巨大的市场潜力。光　催１ｔ污水处理已进行Ｔ二十年的应用研究，但蕞　今太阳能光催化污水处理技术仍然来获得商业化　应用　本文对太阳能光催化处理技术的发展．商－耻　化应用的障碍及该技米获得市场认可所必需解决　的技术问题进行＿ｒ较全面、详细的阐述、分析。　１商业化应用的障碍　太阳能光催化污水处理与常规水处理技术相　比，有许多优点，然而该技术的商业化应用仍　成　功。限制太阳能光催化污水处理技术商、１ｋ化应硎　的因素有：慢的系统反应速率．低的量子产率．反　应速率对辐射强度依粕性不强，催化剂的中毒和　污染．旁观化合物对活性氧化剂的清除．太阳能的　周期性变化和天气影响，预处理和后处理的需要，　下面就这些问题进行阐述和分析　ｌ　１光催化反应机湿和反应动力学限制　光催化污水处理技术的化学反应过程实质上　是Ｔ　半导体材料吸收外界辐射光能，激发产生　导带电子（ｅ）和价带空穴（ｈ　），进而与吸附在催　化剂表面上的物质发生一系列化学反应的过　程口　。方程（１）产生的电子和空穴陈了可以直接　与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其它　电子受体和给体反应。在溶解氧作为电子受体的　液相中可能引发方程（２）一（１１）所示的过程，产　多种高反应活性的自由基，发生有意义的氧化还　原反应　电子能还原金属离子生成金属单质，窄穴　和Ｈ　０。及・０Ｈ、Ｈ０　・等自由基则可引发某些　有机反应，降解氧化醑多化台物。　收稿日期：２００１一Ｏ５　Ｏ８　十基金项目：固家自然科学荩　资助项目，孟南省科委应用基础研究藕盎资助项目　作者简介　刘酒（１　９　一）　粥，贵州省毕　市人，剐教授．从事太阳能应用研究．

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

光催化氧化降解水中污染物研究进展冰　

Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ　崔玉民范少华（阜阳师范学院化学系，安徽阜阳２３６０３２）　

摘　要本文从半导体光催化方法、反应机理、应用、提高半导体光催化剂活性的途径等方面分别论述了半导体光催化技术　现状与发展趋势。　关键词　半导体光催化剂光催化降解污染物　国内学者将半导体材料用于光催化降解污染物，取得了突　破性的进展。光催化氧化法结构简单、操作条件容易控制、氧化　能力强、无二次污染，因此将具有广泛的应用及发展前景。　１　半导体光催化反应机理　以ＴｉＯ　为例，半导体光催化氧化反应机理如下：　ＴｉＯ２＋２　————＋Ｔｉ０２＋２ｅ一十２ｈ　２Ｈ２０＋２ｈ　一—＋２・０Ｈ＋２Ｈ　２ｅ一＋２０２～—＋２・０２—　２・０２一十２Ｈ　一—＋２Ｈ０２・　２Ｈ０２・一＿＋０２＋Ｈ２０２　Ｈ２０２＋・０２一——一・０Ｈ＋０Ｈ　＋０２　当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射ＴｉＯ　时，处　于价带上的电子（ｅ一）被激发到导带上，价带上生成空穴（ｈ　），　从而在半导体表面产生了具有高度活性的电子一空穴对。溶解　氧及水与电子及空穴发生作用，最终产生具有高度化学活性的　游离基・ＯＨ，利用这种高度活性的羟基来氧化包括生物难以　转化的各种物质。　２　半导体光催化法的应用　表１是不同催化剂对污染物的光催化降解情况。光催化反　应在污水处理方面的实际应用，首选是在水中污染物的降解，有　害物质（如农药、染料等）的分解及工业废液处理等领域。目前，　利用悬浮相光催化氧化法进行光催化降解有害物虽然已取得了　一定的成效，但这种方法存在着催化剂易失活、易凝聚、难分离、　利用率低等固有弊端，这使得该项技术的实际应用受到限制；而　采用催化剂固定技术则是解决这一问题的有效途经。近几年来，　人们已将研究的重点转向制备高效的催化薄膜，来取代催化剂　粉末，解决固体分离困难问题。由此，现已有人着手研究将光催　化剂固定在有较高表面积且有吸附特性的活性炭或其他载体　上，以便浓缩反应物浓度，提高反应效率。其中，溶胶～凝胶法是　目前最常用的方法。该技术制备出的薄膜不仅均匀性和结晶性　较好，而且粒径极小，可以通过溶胶一凝胶参数来控制薄膜的表　面积和结构，制得高活性的薄膜光催化剂，且技术简单易于掌　握。例如，崔玉民等采用溶胶一凝胶法，在玻璃珠表面涂覆均匀　

TiO2光催化氧化降解2，4-D农药废水技术研究

【摘要】本文在成品tio2光催化剂的热改性和酸化改性试验的基础上，对含有除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-d)的农药废水进行处理。处理结果显示,这些改性的催化剂在紫外光下对2,4-d有很好的去除效果。同时用溶胶-凝胶法制备各种离子掺杂的tio2光催化剂，对2,4-d溶液在紫外光下降解也取得了较好的降解效果。通过上述试验研究，本文确定了光催化氧化改性实验的最佳灼烧温度、最佳灼烧时间、最佳酸化时间和最佳离子掺杂量等条件。

【关键词】二氧化钛；溶胶-凝胶法；光催化氧化

1.概述

光催化剂是光催化过程的关键部分，要提高光催化活性首先必须对光催化剂进行改性，改性的目的和作用包括：提高激发电荷分离，抑制载流子复合已提高量子效率；扩大其作用光的波长范围以提高太阳光的利用率；扩大光催化剂的稳定性；提高光催化反应的选择性或产率等。常用改性方法有热改性、金属离子的掺杂和表面酸化、贵金属沉积、符合半导体、表面光敏化、外加场辅助光催化、半导体与粘土交联以及tio2与吸附剂的复合等。

1.1 tio2的光催化氧化原理

tio2等半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度的光照射半导体时，价带上的电子(e)被激发跃迁到导带，再价带上产生空穴(h)，并电场作用下分离并迁移到粒子表

面。光生空穴因具有极强的得电子能力，而具有很强的氧化能力，将其表面吸附的oh-和h2o分子氧化成·oh自由基,而·oh几乎无选择地将有机物氧化，并最终降解为co2和h2o[1]。

1.2我国2，4-d除草剂用量情况

除草剂2，4－二氯苯酚的一个重要用途是生产二氯苯氧酸及其酯类除草剂2，4－二氯苯氧乙酸和2，4－二氯苯氧乙酸丁酯，近几年来，2，4－二氯苯氧丙酸和2，4－二氯苯氧丁酸投入工业化生产。从这一系列除草剂的市场销售及应用情况分析，2000年国内用于生产二氯苯氧酸及其酯类除草剂的2，4－二氯苯酚年用量在4100吨左右，用量比较稳定，而且每年以8％－10％的速度增长，估计2005年用于生产二氯苯氧酸及其酯类除草剂的2，4－二氯苯酚总量将达到6500吨以上。随着2，4－d除草剂的用量增加，产生“三废”污染等环境问题，尤其是废水污染严重。