1 光催化氧化技术及其在水处理中的应用
摘要：介绍了光催化氧化的机理及光催化氧化反应的主要影响因素，就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在工业废水以及饮用水处理中的应用进行了阐述。
关键词：光催化氧化 Ti02光催化剂 水处理
1 引言
光催化氧化法是近二十年才出现的水处理技术，1972年，Fu—jishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水的氧化还原反应，标志着光催化氧化水处理时代的开始。1976年，Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点[1]，在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术，对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
2 光催化氧化原理
光催化氧化还原以n型半导体为催化剂，如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3等。TiO2由于化学性质和光化学性质均十分稳定，且无毒价廉，货源充分，所以光催化氧化还原去除污染物通常以TiO2作为光催化剂。光催化剂氧化还原机理主要是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成“电子—空穴”对，对吸附于表面的污染物，直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的羟基OH-，生成强氧化性的羟基自由基（OH）将污染物氧化[2]。当用光照射半导体光催化剂时，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度,则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，产生光致电子和空穴。水溶液中的OH- 、水分子及有机物均可以充当光致空穴的俘获剂，具体的反应机理[3]如下（以TiO2为例）：
TiO2 + hν →h+ + eh++ e- →热量
H2O →OH- + H+
h+ + OH-→OH
h+ + H2O + O2- →·OH + H+ + O2-
h+ + H2O →·OH + H+
光辅助电催化
光辅助电催化技术是一种新型的先进技术，它将电化学和光化学相结合，利用光生电子激发催化剂，从而促进电化学反应，提高反应速率和催化效率。该技术具有很多优点，例如能耗低、环境友好、效率高等。接下来，我将从以下几个方面来介绍光辅助电催化技术。
一、基本原理
光辅助电催化技术主要是利用光催化剂在受光照射下激发电子，从而与电催化剂相互作用，提高电催化反应的速率和效率。光催化剂主要是通过吸收光子激发电子，从而具有高度的激活能力，能够有效地促进电池中的电子传递，从而提高电池中的电流密度和反应效率。
二、应用领域
光辅助电催化技术可以广泛应用于许多领域，例如污水处理、废气处理、燃料电池、太阳能电池等。在污水处理领域，光辅助电催化可以通过催化剂去除水中的有机污染物，从而提高水的质量。在废气处理领域，光辅助电催化可以将废气中的有害成分转化为无害的物质。在燃料电池领域，光辅助电催化可以提高燃料电池的效率。
三、优势和局限性
光辅助电催化技术具有许多优势，例如能耗低、环境友好、效率高、选择性好等。同时，该技术还存在一些局限性，如催化剂的失活、光吸收强度低、催化剂的选择性等，并且需要更多的实验和研究来完善。
四、研究进展
近年来，光辅助电催化技术得到了越来越多的关注和研究。研究人员通过不断地改进催化剂的种类和结构，提高催化剂的稳定性和效率。同时，也有更多的人利用先进的实验技术和新型的催化剂材料来研究该技术原理和机制。
五、展望未来
随着科学技术的不断发展和进步，光辅助电催化技术在未来将会得到广泛应用，并成为一种新型的绿色环保技术。同时，也需要更多的实验和研究来完善该技术，提高其稳定性和效率，从而更好地满足实际应用需求。
２００６年第２７卷第３期
ＴｉＯ２光催化氧化技术在水处理中的应用
朱 雷 宋宏娇 （武汉科技大学）
摘 要： 综述了ＴｉＯ。光催化氧化的基本原理、光催化剂的制备方法及提高光催化效率的途径；纳ＴｉＯ２薄膜及粉 体在环境保护中的应用，提出光催化技术目前存在的问题及发展方向。 关键词：ＴｉＯ２； 光催化； 废水处理； 应用
ＴｉＯ。光催化研究起源于１９７２年日本科学家 Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ用Ｔｉ０ 薄膜为电极，利用光能 分解水的实验。１９７６年，Ｊ Ｈ Ｃａｒｒｙ报道了ＴｉＯ 光催 化氧化法用于污水中ＰＣＢ化合物脱氯去毒的成功 结果后，半导体ＴｉＯ。光催化技术在污水处理、空气 净化和抗菌方面的研究广泛开展起来，ＴｉＯｚ由于具 有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价 廉等特性，对难降解的有机物具有很好的降解作用， 能处理多种有机和无机污染物，因此，具有广阔的应 用前景。 １ ＴｉＯ２光催化机理 纳米ＴｉＯ。是Ｎ型半导体，能带和导带之间的带 隙能为３．２ ｅＶ，其能量相当于波长为３８７．５ ｎｍ的紫 外光，当被该紫外光照射时，处于能带上的电子被激 发到导带上，生成高活性的电子ｅ一，在能带上产生 带正电荷的空穴ｈ 。ＴｉＯ 与水接触，水分子和被溶 解的氧与产生的ｈ ，ｅ一作用，生成强氧化性的 ＯＨ一，Ｏ。，并通过 ＯＨ一，ｔｌ 和（） 等渐渐将有机物 降解为ＣＯ。和Ｈ。Ｏ等无机物。同时，ｅ一具有强还原 性，还可将无机物高氧化态的氧化物或贵金属离子 还原成低氧化态的氧化物或单质，或将低价离子氧 化成高氧化态的氧化物沉淀出来，达到治理和回收 的目的。 ２ ＴｉＯ 光催化剂的制备及其改性 ＴｉＯ。光催化剂的制备方法一般分为气相法和 液相法。气相法包括气体冷凝法、活性氢一熔解金属 反应法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、通电加热 蒸发法和混合等离子法；液相法包括沉淀法和溶胶一 凝胶法、微乳液法、水热合成法等。 ９２ 目前广泛使用的ＴｉＯ。光催化材料虽然稳定性 好，催化效率高，但主要使用的是３８７．５ ｎｍ以下的 紫外光，这部分光辐射到地面仅占光辐射总量的４ 左右。所以，目前均采用人工光源，有能耗大的问题。 如果能将光催化剂的光谱利用范围扩展到可见光， 则可使设备投资和运行成本大大降低。因此，将光催 化有效波长扩展到可见光区的研究引起了国内外科 学家的高度重视，已成为近年来光催化研究的热点 课题。目前常用的改性方法有以下２种：一种是对催 化剂进行表面改性；另一种是将催化剂制成纳米材 料。改性后的ＴｉＯ。降低了电子一空穴在表面的复合 几率，将可利用光谱从紫外光区扩展到可见光区，体 现出了越来越多的优越性。 近年来科学工作者们一直在致力于研究Ｔｉ０。 光催化剂的改性处理方法上，并做了大量的理论和 实用研究，研究中主要的改性方法有：表面光敏化、 半导体的金属离子掺杂、复合半导体、非金属掺杂、 贵金属沉积、ＴｉＯ。表面超强酸化、表面处理、复合薄 膜、聚合物改性及碳黑造孑Ｌ等。 ３ Ｔｉｏ 光催化氧化在水处理中的应用 ３．１废水中有机污染物的降解 有机化合物废水处理常规方法有吸附法、混凝 沉降法、生化法等，但这些常规的处理法目前很难达 到去除难降解有机物的目的，即使降解了，也易造成 二次污染。现在正在发展中的Ｔｉ０。光催化技术是一 种深度氧化技术，可以解决这个难题。大量研究证 明，该技术对水中染料、卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机 酸、硝基芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、 农药等都能有效地进行光催化反应，生成ＣＯ。和 Ｈ。Ｏ等无机小分子，可以完全达到无机化的目的，
第３４卷第２９期 ・２１６・ ２ ０ ０ ８年１ ０月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＶｏＩ＿３４ Ｎｏ．２９ Ｏｃｔ．２０Ｈｏ８
文章编号：１００９．６８２５（２００８）２９—０２１６—０２
光催化技术在氨氮降解中的应用
焦宏涛
摘要：针对控制氨氮废水污染的重大课题，提出了一种光催化水处理技术，论述了光催化处理氨氮废水的机理和方法，
分析了目前国内外的研究现状和特点，并对其存在的问题及发展前景做了一些评述。
关键词：光催化，ＴｉＯ２，氨氮废水
中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ
Ｏ引言
光催化技术在近３ｏ年来广泛应用于净化空气以及水处理的 研究中，其发展迅速，成为近年来的研究热点。１９７６年，Ｓ．Ｎ．Ｆｒａｎｋ
等研究了Ｔｉ０２多晶电极／氙灯作用下对二苯酚，Ｉ，Ｂｒ，ａ等的
光降解，同年他们用ＴｉＯ２粉末催化光降解水中污染物也取得了
满意的结果。现如今这项技术更加广泛地应用于各个领域。
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物
的排放量急剧增加，已成为环境的主要污染源并引起了各界的关
注。由于氨氮的存在给水处理带来了困难，如何经济有效地控制
氨氮废水污染已经成为当今环境工作者所面临的重大课题。光
催化技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染等突
出优点，因而被许多研究人员应用于氨氮的处理研究中。
１光催化机理
光催化是催化技术中的一种，与传统催化唯一不同之处是激
活催化剂的能量形式不同。光催化过程同样发生在吸附相上，只
是激活催化剂的能量由光能代替了热能，激活行为也体现在第
３步上。光催化反应可以在不同的媒介中进行，如：气体、有机液
体或水溶液，常以半导体材料作催化剂，这里以Ｔｉ０２为催化剂进
行机理讨论。
半导体能带是不连续的，在填满电子的低能价带（Ｖａｌｅｎｃｅ Ｂａｎｄ，Ⅶ）和空的高能导带（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｂａｎｄ，ＣＢ）之间存在一个禁
