光催化技术在污水处理中的应用研究

环境污染物的光催化降解机理研究

近年来，随着人类工业的不断发展和城市化进程的加快，环境污染成为了全球关注的焦点。环境污染包括水污染、空气污染、土壤污染等，其中以空气污染最为严重。纵观现有的污染治理方法，光催化降解技术是一种颇具潜力的新兴方法。

一、光催化降解技术概述

光催化降解技术利用光催化剂催化下的光化学反应，将空气中有害污染物质转化成无毒的物质，达到净化空气的目的。该技术具有清洁、高效、低成本、易操作等优点，成为治理空气污染的重要手段。光催化剂是光催化降解技术的核心，多种光催化剂已广泛应用于污染物处理、水处理、除臭等方面。

二、光催化降解机理

光催化降解技术的关键在于光催化剂在光照下产生的电荷转移现象。光催化剂的激发态与物质发生反应，产生的活性物种与污染物发生接触，进而催化污染物的分解，降低了污染物的浓度。具体地，光催化降解技术可以分为光催化氧化和光还原两种机理。

光催化氧化机理：针对VOCs等富氧有机物，光催化剂在光子激发下电子跃迁到导带带底，从而产生了激发态的光催化剂和自由电子。此时，自由电子和光催化剂捕获氧气上的子官能团后，生成过氧化物和过氧化氢等氧化产物，这些氧化产物是对VOCs等富氧有机物的降解反应的活性物种。在这个过程中，光催化剂会被还原，而光反应产物则被氧化为二氧化碳和水。

光还原机理：针对NOx等一些贫氧物质，光催化剂在光子激发下电子跃迁到导带带顶等能级，从而产生了激发态的光催化剂和空穴。此时，空穴和NOx分子发生反应，从而生成NO2等反应产物。在这个过程中，光催化剂会被氧化，而光反应产物则被还原为氮气等无害物质。 三、光催化剂的特点

光催化剂是决定光催化降解效率的关键因素。优秀的光催化剂具有下列特点：

1.高光催化活性——能在较低的能量下激发电子。

2.高光稳定性——不易受光照强度、高温等条件的影响。

3.良好的结构稳定性——具有较强的稳定能力，不易受化学物质的影响。

4.良好的可重复利用性——多次利用可以保证较高的降解效率。

第１１卷第２期　２０１２年３月　漯河职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｕｏｈｅ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｖｏ】．１１　ＮＯ．２　Ｍａｔ．２０１２　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７８６４．２０１２．０２．０２８　

纳米ＴｉＯ２光催化在废水处理中的应用研究　

郑学锋　

（许昌卫生学校，河南许昌４６１０００）　

摘要：纳米ＴｉＯ，主要用于中低浓度废水处理、小空间空气净化料表面自清洁、重金属回收、固体废物处理等　领域，与传统除污工艺相比，具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点，纳米ＴｉＯ：　

是近年来环保领域中研究最多、最具发展前景的高新技术材料之一。介绍了纳米ＴｉＯ　的光催化机理，概述了光催　化技术在处理含油废水、含药废水、印染废水、造纸废水、含氮有机废水、氯代有机废水、含酚废水等方面的最新应　用研究进展，指出了其在废水处理中还存在阳光效率低、回收再利用困难、降解效率有限等问题。　

关键词：纳米ＴｉＯ　；光催化；废水处理　中图分类号：ＴＢ３８３；Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－７８６４（２０１２）０２－００６７－０３　夺・夺・　・夺・夺・　・　・夺・夺・　・夺・孛・夺・夺・夺・　・夺・孛・夺・　・夺・　・夺・孛・夺・夺・夺・夺・　・夺・夺・夺・夺・孛・夺・牵・夺・牵・夺・÷・寺－寺・夺・夺・÷・孛・　

０前言　

纳米材料又称为超微颗粒材料，纳米材料是纳米科技　

发展的重要基础，是纳米科技最为重要的研究领域。纳米　材料由纳米粒子组成，结晶粒度为纳米级（１—１００　ｎｍ）的　多晶材料，即三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级。纳　

米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在１—１００　ｎｍ间的粒　子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，其结构既　不同于体块材料，也不同于单个原子。纳米材料一般分为　

纳米颗粒、纳米薄膜（多层膜和颗粒膜）和纳米固体。　随着现代工农业的迅猛发展，产生了大量污染物，大　部分以废水的形式排放到环境中去。多年来，研究人员采　用了包括生物处理、化学处理、热处理等方法应用于废水　

光催化反应的机理及应用研究

光催化反应即利用光能和半导体材料的特性来进行化学反应，在研究和应用领域已经成为一个非常热门的领域。光催化反应具有易于实现、环境友好、反应速率快等优势，极大地推动了现代化学科学的进展。本文将探讨光催化反应的机理原理，以及在制备污水处理和有机物分解领域的应用研究。

一、光催化反应的机理原理

光催化反应的核心是半导体催化剂的催化作用，即光生电子与空穴在半导体中的运动和间接带的电荷转移。在半导体催化剂的表面，通过光子激发，光生载流子被产生出来，这些载流子可以穿过溶液或气体相，从而发起催化反应。在这里，我们简单介绍一下光催化反应的原理。

在光催化反应中，光子在物质中传播，相互作用和反应。在半导体催化剂表面上，光子被吸收后将光能转化为电子能量，并被激发成一个电子。这个电子能够氧化空气中的H2O，从而形成OH官能团。同时，也能脱除溶解在水中的一些有机污染物分子中的电子，从而形成碳中间体，最终这些有机物会转化为CO2和H2O。

这样的光学反应一般分为如下几个步骤：

1、激活带的产生：在光催化剂表面上，光子能够激发出载流子，这些载流子分为电子和空穴。在光照下，电子和空穴不能被回收，开始在催化剂表面运动。

2、电子孔对的形成：当处于光照状态下时，相邻的电子和空穴可以在半导体表面发生相互作用和复合，从而形成电子孔对。

3、活性氧的生成：电子和孔在半导体表面相互作用，形成一些活性的化学物质，其中包括活性氧分子等，这些物质十分容易在水中攻击其他有机物质和无机物质。 4、有机废物降解：因为活性氧和其他化学物质的存在和作用，一些有机物的能量级会被提升，从而展开化学反应，最终被降解、去除。

二、光催化在污水处理方面的应用

现代城市和工业化进程中存在大量由各种化学物质和有机物污染造成的废水，这些废水污染严重影响到环境保护和人类的健康。光催化技术应运而生，成为一种高效、低成本的废水处理技术。

光催化处理废水技术中，对催化剂的选择尤为关键，开发和制备出高效催化剂具有重要意义。现阶段，应用的催化剂大多为纳米级钛酸盐、氧化锌、氧化铁等半导体材料。而使用太阳光作为能源源的光催化技术也是广泛使用的一种，因为它既绿色环保，也具有成本低、能量密度大等优势。

光催化技术在环境治理中的应用

随着工业的发展和城市的不断扩张，人类对环境的影响日益增大，环境污染也成为了一个日益严重的问题。为了保护环境、净化空气、水源和土地，人们研究开发了各种环保技术。其中，光催化技术因其高效、环保等优点，成为了环境治理领域中的一种重要技术。

一、 光催化技术的原理与特点

光催化技术是一种利用光照条件下半导体催化剂的化学反应，来去除有害物质和逐步使废气、废水净化的过程。光催化技术的精髓是将吸附和反应结合起来，通过催化剂吸附有机污染物质，然后在光的作用下进行氧化分解，最终转变成简单无害的物质，通常是二氧化碳和水。

光催化技术的优点不仅在于它的高效性、易操作性和成本可控性，而且还可以解决有机污染物质不易分解和毒性较大的问题。此外，光催化技术还具有良好的适应性和可靠性，能够适用于各种不同的环境和污染物质。

二、 光催化技术在空气净化中的应用

光催化技术在空气净化方面的应用主要是针对VOCs和NOx等氧化性气体的处理。VOCs是一种具有强烈刺激性和毒性的有机物质，存在于各种工业过程、生产源和日常生活中。NOx是一种大气污染物，人们普遍把它与车辆尾气排放、化工、冶金和能源生产等行业联系在一起。

通过光催化技术的处理，可将VOCs和NOx等氧化性气体在光照作用下迅速转化为CO2和H2O等无害物质。具体技术方案可采用如TiO2催化剂、紫外线等低耗能光源等。

三、 光催化技术在水处理中的应用

光催化技术在水处理方面应用广泛，主要应用于水中有害有机物质的分解和去除，如水中有毒化合物和色素、臭氧等。

研究表明，通过光催化技术处理后，水中的有害有机物含量大大降低，颜色减少，甚至可以满足饮用水标准。

四、 光催化技术在土地治理中的应用

近几年来,随着城市建设与工业发展，土地污染日益严重，给环境造成了巨大的影响。传统化学和物理方法和土壤修复效果十分有限，而反之光催化技术逐渐被人们关注和应用于土地治理。