关于光催化氧化技术的综述研究

应用科技

关于有机污染废水中对光催化氧化技术的应Ⅲ分析研究

刘振声

(东莞市环境保护局，广东东莞523009)

嗡要]在我国经济高速发碾和工业不断扩展的过程中，环境污染问题日盏成为当今社会的一个重点和难点问题。本文从分析当前我国在污水处理方面面临的现状入手，重点对有机废水的处理方法进行探讨，并在此基础上介绍了光催化氧化技术处理有机废水。对其具体的过程、优点以及制约因素等漩了详细的阐述。[关键词]有机废水处理；光催化氧化技术

随着我国工业技术的不断发展，对自然环境造成的污染也越来越严重，这极大地威胁到人民群众的生命财产安全和我国社会的可持续发展。在大力倡导1氏碳经济的今天，环境问题是我国发展过程中必须面对的—个重点问题，对污水的处理就是其中一个重要的方面，但是现阶段我国的污水处理在技术层面存在一定的落后性，处理程度也难以达到标准，针对这些问题，本文将介绍一种新型的光催化氧化废水处理技术。作为一种创新型的污水处理技术，光催化氧化技术的适用范围很广，处理效果也相当显著，操作条件也很容易得到满足，并且清洁无二次污染危险，因此在有机污染废水的处理中得到越来越广泛的应用，特别是针对难以降解的有机物和色度等方面的有机污水处理具备很强的应用潜力。1有机废水常用处理方法对于难以降解的工业有机废水，有很多不同的处理方法工艺，现行较为传统的有吸附法、生物处理法、电化学法、电凝法等，有时也会用到物理化学的联合处理方法。上述这些处理方法的基本原理是把污染物中的有害物质从一种物相转化成为另一种物相，并不能使这些污染物获得彻底的分解或无害化。例如生物处理法中的有机物降解程度就很低，并且对于可生化性能差的工业有机废水不能起到作用，还会造成二次污染或者后续的处置困难等问题：而运用物理化学联合处理法，又会产生一定的混凝沉淀、出现吸附或者高级氧化等现象，应用的范围也受到不小的限制，且操作与管理非常复杂，成本费用也很大。2光催化氧化处理有饥废水的应用Z1光催化氧化过程分析具体而言，光催化氧化过程就是指利用催化剂在光的作用下进行最简单的化学反应，以分解有机废水中的有机物质、有毒害物质等。光化学反应过程中需要分子对特定波长段的电磁辐射进行吸收，受激而产生分子的激发态，然后再通过发生化学反应而生成一种新的物质，或者变为可以引发热能反应的中间化学产物。在光催化挈【1t技术中，光催化剂起着引发与促进光催化发生氧化反应的重要作用。一般的，我们通常用到的光催化剂主要是TiO。CdS和W03，也会用到由这些氧化剂组成的复合光催化剂。这些光催化剂都是半导体材科，它们的价带与导带之间只存在几个eV的能量擘垒。具体的光催化氧化通常是由充满电子的低能量价带与空穴的高能量导带构成，而价带与导带之间会存在—个禁带。当用能量与禁带宽度的光照射相等或者更大时，原来在价带上存在的电子就会被激发而跃迁到导带，从而使价带上能产生一定的空穴，而在半导体表面也会产生活性很高的电子一空穴对。众所周知，电子是有还原性的，而空穴却具备氧化性，同时也具有很强的电子获取能力，可以将废水中存在的0H一和H：O等分子氧化成为氧化性很强的OH自由基，它可以全面地氧化绝大多数的有机和无机污染物，并将其降解为最终的H20、C02等有机的小分子或者无机离子。22有机废水处理存在的堆最问题工业有机废水的产生源头很多，例如印染行业、石油化工行业、食品医药行业等，这些工业废水会造成一系列的水体污染，对生态环境造威极大的威胁。化工废水、焦化废水等有机废水的生化性与生物毒性都很强，成分非常复杂，也含有很多种难以降解物质，运用传统的处理方法很难得到彻底地处理。一旦有机废水缺乏高效的预处理而直接进行生化工艺，也难以得到彻底有效的处理。另一方面，有机废水本身的PH值也会对有机物的电荷情况产生很直接的影响，有机废水内部的蒸汽压也会随着温度的升高而增加，很可能导致空化气泡里的温度与压力下降，对有机废水中有机物的去除率与降解速度产生很大的影响，使其处理存在很大的难度。23光催化氧化处理有机废水光催化氧化处理废水技术具备很明显的优点：1)适用的范围很广，处理的效果也较好。在光催化的过程中会产生一些活性氧化物种，这些氧化物的氧化能力都很强，抗化学与光腐蚀的性能也非常突出，可以非常有效地对分子结构很复杂、难以降解的有机污染物进行氧化，并且也可以广泛地应用于化工生产废水、印染废水、农业农药废水、焦化生产废水、制药生产废水、造纸流程废水等难以降解的有机废水处理中。2)反应的成本造价低而且反应的条件温和，容易满足。光催化氧化反应只需要使用太阳光或者紫外光做光源就可以进行，既高效又节能，可以极大地喇氏废水处理成本。3)反应很方便控制，反应过程也不会产生二次污染，很清洁。不同于化学氧化刺，光催化氧化剂中没有化学成分，没有产生二次污染的危险，在反应的过程中，有机物会被彻底地降解，不需要考虑反应产物的后续的处置。4)反应的速度很快。光催化剂的性能良好，废水中的污染物质—般只需要几分钟或者几个小时就可以得到降解。针对不同的有机废水，光催化氧化处理的具体应用也有所不同。对于含油废水可以利用半导体粉末的悬浮体系对水中漂浮的油层进行光催化降解，经过一定的光照就可以对废水完成基本的处理：对于印染废水应用光催化氧化技术处理的最大好处，在于该种方法可以将废水中的有害物质进行彻底的分解，使其成为有机小分子或者其他的无害物质，并且也可以对废水进行有效的脱色。对于造纸的漂白废水，则较多地使用多相光催化氧化技术，可以一次性销毁其中的有害有机物质。当然，光催化氧化技术的应用也很大程度地取决于催化剂本身的特点，催化剂的表面特征、反应面积、禁带宽度、纯度等对催化氧化能力有很大的影响；同时光源和光照强度也影oit!,t光催化的稳定性能与可控性等，反应物的浓度与反应温度等也是—个很大的影响因素，反应物的浓度不断增大，反应速率也会有所增大。3结语现代社会的前进和工业的发展要求我们一定要加强环境保护和污染治理，有机废水的处理也面临着更加艰巨的任务。随着环保科技日新月异的发展，光催化氧化过程中催化剂的分离与回收、催化剂的固定化、太阳能的利用、光能高效利用反应器的设计等关键技术点得到不断的突破和创新，我们有理由相信，在不久的将来，光催化氧化技术一定能在工业有机污水的处理中得到更加普遍的应用。

半导体光催化氧化技术的研究现状及应用　

唐先华　

（四ＪＩｌ外国语大学重庆南方翻译学院，重庆４０１１２０）　

自从１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ￣Ｈｏｎｄａ教授偶然发现Ｔｉ０２可以光分解水制　氢并在Ｎａｔｕｒｅ杂志上发表论文后，越来越多的人们开始关注光催化的　

研究。７０年代末Ｆｒａｎｋ和Ｂａｒｄ［１］又发现了Ｔｉ０２在紫外光照射下可以降　

解水中的氰化物，随后人们开始将光催化应用于环境污染控制领域。　Ｈｏｆｆｍａｎｎ等人详细地阐述了半导体光催化在整个环境保护领域的应用　

情况。　

虽然光催化技术在光分解水制氢方面的研究并未得到较大的成　

功，但是在环境治理和污染物净化方面的研究却取得了诸多成果，并　且发展迅速。目前看来，光催化材料体系主要可以分为以下几种类　

别：　

１复合半导体光催化剂　

由两种或者两种以上的材料在能带合适的前提下结合在一起而制　各出来的光催化剂，复合的新材料既能有效调节单一材料的性能，又　

会产生出许多新的光化学、光物理方面的特性。当光子激发能较高，　

半导体间均可发生带间的电子跃迁。由于不同半导体价带和倒带的能　

级差异，空穴和电子分别聚集在不同的半导体上从而分离载流子，提　

高光子效率；当光子激发能较低时，仅能激发导带高的电子跃迁至导　

带较低的半导体上，从而是电子与空穴分离，可被吸收的光的波长范　

围增加至可见光区。近几年来，对二元半导体复合进行了许多研究，　如Ｔｉ０２／ｃｄＳ、ＴｉＯ｝　／ＰｂＳ、Ｔｉ０２／ｗｏ３、ＣｄＳ／Ｚｎｏ、ｚｎＯ／ＺｎＳ等。这些复合半　

导体的光催化性能都高于单一半导体。　

２过渡金属掺杂光催化剂　

掺杂过渡金属原子到半导体催化剂中，由于过渡金属原子具有较　多未饱和的ｄ轨道，半导体的能级结构会发生改变，从而对光激发产　

生的光生载流子起到俘获作用，而且可以降低电子跃迁所需的能量。　

Ｃｈｏｉ等研究了２１种金属离子对Ｔｉ０２的纳米颗粒，得出其中掺杂Ｆｅ３＋的　

效果最好。并认为掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与Ｔｉ０２　

mof光催化综述

MOF光催化综述

近年来，金属有机框架（MOF）作为一种新型催化剂材料，在光催化领域受到了广泛关注。MOF光催化具有高效、可控和环境友好等优点，因此在能源转化、环境净化和有机合成等领域有着广阔的应用前景。本文将综述MOF光催化的研究进展和应用，旨在为读者提供一个全面了解MOF光催化的视角。

我们将介绍MOF的基本概念和结构特点。MOF是由金属离子（或簇）与有机配体通过配位键连接而成的晶体材料。其具有高度有序的孔道结构和可调控的化学成分，为其在光催化反应中提供了良好的催化性能。MOF材料的孔道结构可以用于吸附和传递反应物分子，从而提高光催化反应的效率。

我们将重点介绍MOF光催化在能源转化领域的应用。MOF光催化在太阳能光电转化、水分解和二氧化碳还原等方面展示出了巨大的潜力。例如，MOF材料可以作为光催化剂用于光电化学水分解，将太阳能转化为氢气和氧气。此外，MOF光催化还可以应用于光催化还原二氧化碳，将其转化为有机化合物，实现CO2的高效利用。

然后，我们将讨论MOF光催化在环境净化领域的应用。MOF材料具有高度有序的孔道结构和可调控的化学成分，使其在环境污染物的吸附和降解方面表现出优异的性能。例如，MOF光催化剂可以用于光催化降解有机污染物，如有机染料和有机废水。此外，MOF材料还可以用于吸附和释放气体污染物，如甲醛、苯等。

我们将介绍MOF光催化在有机合成领域的应用。MOF材料作为催化剂可以在有机合成反应中发挥重要作用。例如，MOF光催化剂可以用于光催化有机合成反应，如光催化氧化反应和光催化还原反应。此外，MOF材料还可以作为催化剂的载体，用于固定其他催化剂，提高催化反应的效率和选择性。

MOF光催化作为一种新型催化剂材料，在能源转化、环境净化和有机合成等领域具有广阔的应用前景。MOF材料的高度有序的孔道结构和可调控的化学成分为其在光催化反应中提供了良好的催化性能。通过进一步的研究和开发，MOF光催化有望在解决能源和环境问题方面发挥重要作用。我们相信，在不久的将来，MOF光催化将成为一种重要的催化技术，为可持续发展做出重要贡献。

光电催化综述

光电催化是一种将光能转换为化学能的多相催化过程，主要涉及光能、电子和离子的转移。这种技术通过使用光电极（通常是半导体材料）与电解液接触，利用光的照射产生光生电子和空穴，这些电子和空穴在电场的作用下分离并参与氧化还原反应。

光电催化有广阔的应用前景，尤其是在太阳能转化和废水处理领域。例如，通过使用光电催化技术，可以有效地将太阳光分解水产生氢气和氧气。在光催化过程中，半导体光催化剂的能带结构起着重要作用，它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。当能量大于等于禁带宽度的光照射时，价带上的电子激发跃迁至导带，价带上产生相应的空穴。这些空穴和电子在电场作用下分离并迁移到粒子表面，产生空穴-电子对。

光电催化的反应过程包括电子和空穴在光催化剂的体内复合、电子和空穴在光催化的表面复合、迁移到光催化剂表面的电子与表面吸附的电子受体反应（即还原过程）、迁移到光催化剂表面的空穴与表面吸附的电子给体反应（即氧化过程）。其中体相复合和表面复合不利于光催化反应，而还原过程和氧化过程有利于光催化反应。

光电催化的一个重要应用是处理水中的药物和个人护理品。这种技术通过将光催化法与电化学法相结合，通过在光照下对半导体光阳极施加偏置电压，外加电场有效地抑制了光生电子空穴对的复合，提高了半导体光催化剂的光催化活性。

此外，光电催化在木质素的价值化利用中也发挥了重要作用。木质素解聚是木质素化学解聚的过程，具有反应速度快、化学结构断裂模式清晰等优点。尤其在光-电催化过程中，可以在温和条件下产生光/电子，并直接作用于反应底物的特定化学键并使其断裂，或将反应物转化为特定的自由基中间体，促进底物的连续转化。

总的来说，光电催化是一种具有广泛应用前景的技术，其核心在于利用光电极实现光能与化学能的转换。它涉及到复杂的物理、化学和电学过程，需要进一步的研究和开发以实现更高效和可持续的应用。