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光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展摘要：介绍了光催化氧化的机理,就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在降解废水中有机污染物、无机污染物以及饮用水处理中的研究进展进行了阐述,提出了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛,光催化氧化,水处理,研究进展光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术。
1972年,Fu- jishima和Honda[1]报道了在光电池中光辐射TiO2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[2]在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
此后,光催化氧化技术得到迅速发展。
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,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。
1TiO2光催化剂的特性及光催化氧化机理TiO2有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。
同样条件下,锐钛矿型的催化活性较好。
在众多光催化剂中,TiO2是目前公认的最有效的半导体催化剂,其特点有:化学性质稳定,能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分,氧化还原性极强,耐酸碱和光化学腐蚀,价廉无毒。
目前对光催化的机理研究尚不成熟,一般认为光催化氧化法是以N型半导体的能带理论为基础。
TiO2属于N型半导体,其能带是不连续的,在充满电子的低能价带(VB) 和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带,带隙能为3.2 eV,光催化所需入射光最大波长为387.5 nm。
当λ≤387.5 nm 的光波辐射照射TiO2时,处于价带的电子被激发跃迁到导带,生成高活性电子(e-),同时在价带上产生相应的空穴(h+),从而形成具有高度活性的电子/空穴对,并在电场作用下分离,向粒子表面迁移,既可直接将吸附的有机物分子氧化,也可与吸附在TiO2表面的羟基或水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·OH。
光催化氧化原理光催化氧化技术是一种利用光能催化氧化反应的新型技术，它在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广阔的应用前景。
光催化氧化原理主要是利用光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对，从而参与氧化还原反应。
本文将从光催化原理、光催化剂和光催化氧化应用等方面进行介绍。
光催化原理。
光催化原理是指在光照条件下，光催化剂吸收光能，形成激发态电子-空穴对，这些激发态电子-空穴对可以参与氧化还原反应。
光催化氧化反应的关键步骤是光催化剂的激发和电子转移过程。
光照条件下，光催化剂吸收光能，电子从价带跃迁到导带，形成激发态电子-空穴对。
这些激发态电子-空穴对可以与氧分子或有机物分子发生氧化还原反应，从而实现光催化氧化。
光催化剂。
光催化剂是光催化氧化反应的关键，它可以吸收光能并促进氧化还原反应的进行。
光催化剂的选择对光催化氧化反应具有重要影响。
常见的光催化剂包括二氧化钛、氧化铋、氧化锌等。
这些光催化剂具有良好的光催化活性和稳定性，可以广泛应用于水处理、大气净化、有机废气处理等领域。
光催化氧化应用。
光催化氧化技术在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛应用。
在环境治理方面，光催化氧化技术可以用于水处理、大气净化和有机废气处理。
在能源开发方面，光催化氧化技术可以用于光催化水解制氢、光催化CO2还原制燃料等。
在化学加工方面，光催化氧化技术可以用于有机合成、光催化降解有机物等。
总结。
光催化氧化技术是一种利用光能催化氧化反应的新型技术，它在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛的应用前景。
光催化氧化原理主要是利用光催化剂吸收光能，产生电子-空穴对，从而参与氧化还原反应。
光催化剂的选择对光催化氧化反应具有重要影响，常见的光催化剂包括二氧化钛、氧化铋、氧化锌等。
光催化氧化技术在环境治理、能源开发和化学加工等领域具有广泛应用，可以为人类社会的可持续发展做出重要贡献。
通过本文的介绍，相信读者对光催化氧化原理有了更深入的了解，希望本文能对相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
氧化型光催化剂、还原型光催化剂氧化型光催化剂和还原型光催化剂是当今研究领域中备受关注的两大类光催化材料。
它们在光催化反应中发挥着重要的作用，具有广泛的应用前景。
本文将分别从氧化型光催化剂和还原型光催化剂的定义、特点、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
氧化型光催化剂是指在光照条件下能够促进氧化反应进行的材料。
其特点包括具有良好的光吸收性能、高的光催化活性以及稳定性等。
常见的氧化型光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化铁（Fe2O3）等。
这些催化剂在水处理、空气净化、光合成等方面具有重要的应用，能够有效地降解有机污染物、杀灭细菌等。
而还原型光催化剂则是指在光照条件下能够促进还原反应进行的材料。
这类催化剂具有优异的光催化性能，能够有效地催化二氧化碳还原、水分解等反应。
常见的还原型光催化剂包括金纳米颗粒、银纳米颗粒等。
这些催化剂在人工光合作用、二氧化碳减排、能源转化等方面具有重要的应用潜力。
除了上述的定义和特点外，氧化型光催化剂和还原型光催化剂在应用领域上也有所不同。
氧化型光催化剂主要应用于有机废水处理、有机污染物降解等环境领域，而还原型光催化剂则主要应用于二氧化碳还原、水分解等能源领域。
这两类光催化剂在不同领域的应用为实现环境治理、能源转化等目标提供了重要的技术支持。
未来，氧化型光催化剂和还原型光催化剂的发展方向主要包括提高光催化活性、增强光吸收性能、提高稳定性等方面。
通过设计新型的催化剂结构、调控材料表面性质等手段，可以进一步提高光催化剂的性能，拓展其应用范围。
此外，还可探索多功能复合型光催化剂，实现多种催化反应的协同进行，提高催化效率。
氧化型光催化剂和还原型光催化剂作为当今研究领域中备受关注的两大类光催化材料，具有重要的应用潜力。
通过不断地优化材料结构、提高催化性能，这两类光催化剂将在环境治理、能源转化等领域发挥更加重要的作用，为实现可持续发展目标做出贡献。
希望未来的研究能够进一步推动光催化技术的发展，为构建清洁、美丽的生态环境提供更多有力的支撑。
氧化型光催化剂、还原型光催化剂光催化技术是目前备受关注的环保技术之一，它可以利用光能量驱动某些物质发生化学反应，实现某些有益的转化，例如水的分解、有机污染物的降解等等。
而光催化反应中最重要的组成部分就是光催化剂。
根据其电子结构的不同，光催化剂可以分为氧化型光催化剂和还原型光催化剂。
一、氧化型光催化剂氧化型光催化剂是一类在光照条件下能够将电子从价带跃迁到导带的材料，并在导带上形成空穴。
这些空穴能够与溶液中的氧或水分子发生氧化反应。
这种类型的光催化剂主要包括以下三种：1. TiO2（二氧化钛）二氧化钛是一种广泛应用的光催化剂，它在光照下能够将水分子分解为氢和氧，并可以将有机化合物降解为CO2和水。
同时，二氧化钛具有化学稳定性高、价格低廉等优点，因此得到了广泛的实际应用。
2. ZnO（氧化锌）氧化锌同样也是一种非常具有潜力的光催化剂。
它可以将水分子分解为氢和氧，并可以分解有机化合物。
相较于二氧化钛，氧化锌的光吸收比较宽，可以吸收可见光和紫外线，因此有着更广泛的应用前景。
3. Fe2O3（氧化铁）氧化铁在光照条件下可以将水和空气中的氧分子分解为OH-和O2。
同时，氧化铁还具有良好的光稳定性和可重复使用性，因此在环境保护和能源开发中也有一定的应用价值。
二、还原型光催化剂还原型光催化剂是一类在光照下能够将电子从导带跃迁到价带的材料，并在价带上形成电子。
这些电子能够与溶液中的有机分子或其他物质发生还原反应。
这种类型的光催化剂主要包括以下两种：1. CdS（硫化镉）硫化镉可以通过光催化分解水来产生氢，同时也能够对有机污染物进行降解。
相较于其他光催化剂，硫化镉的缺点是其毒性较大，因此需要采取适当的安全措施。
2. Cu2O（氧化亚铜）氧化亚铜能够通过光催化反应将有机分子还原为CO和CH4，同时也可以将水分子分解为氧气和氢气。
这种光催化剂具有较高的光催化活性和稳定性，因此在环境保护和能源开发方面也有广泛的应用前景。
总之，氧化型和还原型光催化剂各具有自己的特点和优缺点，不同的光催化剂可以适用于不同的光催化反应。
光催化氧化技术是一种环境友好型绿色水处理技术, 它能够彻底氧化降解废水中的有机污染物。
该技术是利用易于吸收光子能量的中间产物首先形成激发态,然后再诱导引发反应物分子的氧化过程.1972 年Fujishima A 和Hongda 在Nature 上发表了关于在TiO2 电极上光解水的论文，这是多相光催化氧化研究开始的标志之一。
此后人们对光催化氧化进行深入的研究,探讨其反应催化原理, 并致力于提高催化效率。
1976 年Carey等在光催化氧化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作,显示出光催化氧化技术在环保领域的应用前景。
光催化氧化是光催化剂在特定波长光源的照射下产生催化作用，使周围的水分子及氧气激发形成极具活性的HO!自由基和!O—2 自由基。
目前采用的半导体材料主要是TiO2、ZnO、 CdS、WO3、SnO2等.不同半导体的光催化活性不同, 对具体有机物的降解效果也有明显差别。
TiO2因其具有化学稳定性高、耐腐蚀、对人体无害、价带能级较深等特点，特别是其光致空穴的氧化性极高，氧化电位可达+ 2. 53V, 还可在水中形成氧化电位比臭氧还高的HO!, 同时光生电子也有很强的还原性，可以把氧分子还原成超氧负离子，水歧化成H2O2。
所以TiO2 成为半导体光催化研究领域中最活跃的一种物质，非常适合于环境催化应用研究。
1 TiO2光催化机理纳米TiO2是N型半导体，能带和导带之间的带隙能为3.2eV,其能量相当于波长为387。
5nm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-,在能带上产生带正电荷的空穴h+。
TiO2与水接触,水分子和被溶解的氧与产生的h+,e—作用，生成强氧化性的。
OH-，。
O2,并通过。
OH—,h+和。
O2等渐渐将有机物降解为CO2和H2O等无机物.同时,e-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.3 TiO2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。
研究与综述油气田环境保护第16卷·第1期 ·41·二氧化钛光催化氧化研究进展党娟华（胜利油田采油工艺研究院）摘 要 简要介绍了二氧化钛光催化氧化的基本原理，对影响二氧化钛光催化氧化的因素及解决途径进行了分析，综合论述了光催化在环境保护中的应用效果。
研究结果表明，光催化是一项具有广阔应用前景的新型水处理技术，它不仅具有低能耗、易操作、无二次污染等特点，而且对一些特殊污染物的去除具有更佳的效果，有较好的推广价值。
关键词 二氧化钛 光催化氧化技术 环境保护 研究进展0 引 言20世纪70年代初，全球性的能源危机促进了将太阳能转变成一种可实际使用的能源的应用。
1972年Fujishima等[1]报道了在光电池中受辐射的二氧化钛可发生持续的水的氧化还原反应而产生氢气。
此后，光催化氧化技术得到迅速发展，近几十年被应用于水处理领域。
1996年S.N.Frank等[2]在催化光解水中污染物方面进行了开拓性的工作，研究了TiO2多晶极/氙灯作用下对二苯酚、I-、Br-、Cl-、Fe2+、Ce3+和CN-的光解过程，用TiO2粉末来催化光解水中污染物也取得了满意的结果。
光催化氧化以N型半导体为催化剂，包括TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2和Fe2O3等。
其中TiO2活性高、对人体无害，具有稳定的化学性质以及独特的颜色效应、紫外屏蔽作用，Bahnemann等[3]对各种催化剂光催化氧化五氯苯酚的研究发现TiO2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变，连续580min光照下保持其活性，因而将其投入实际应用有着广泛的发展前景。
1 TiO2光催化氧化原理由于TiO2是一种半导体，基于半导体的能带理论，找到了对TiO2光催化氧化机理的解释。
稳态时TiO2的电子充满于价带之中，导带是一系列空能级轨道的集合体，之间为禁带。
有研究证明，当pH=1时锐态矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系[4]为λg=1240/E g。
当λ＜387nm的光(紫外光)照射在TiO2表面时，价带上的电子即获得光子的能量而跃迁至导带，形成光生电子(e-)，而价带中则相应地形成光生空穴(h+)[5]。
如把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应产生的光生电子及空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2粒子表面的不同位置[6]。
在TiO2表面光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先氧化H2O分子形成·OH自由基，而后·OH自由基去氧化水中绝大部分的有机物。
亦即发生直接氧化或间接氧化反应，视具体情况有所不同[7]。
其反应机理如下[8，9]:TiO2+hv → h++e-h++e- → 热量H2O → H++OH-h++OH- → HO•h++H2O+O2- → HO•+H++O2-h++H2O → •HO+H+e-+O2 → O2-O2-+H+ → HO2•2HO2•→ O2+H2O2H2O2+O2- → •HO+OH-+O2H202+hv → 2•OHM n+(金属离子)+ne- → M0由机理反应式可见，TiO2光催化氧化降解有机物实质上是一种自由基反应。
同时，TiO2作为催化剂具有以下两个特点:一是无毒，不溶解性，稳定性好；二是具有锐钛矿型和金红石型两种晶型，只有锐钛矿有催化活性。
·42·2006年3月油气田环境保护 研究与综述2 TiO2光催化氧化的影响因素[10]2.1 影响TiO2的光催化性能因素◆ 光催化剂粒径 当TiO2的晶粒大小处于纳米（1～30nm）范围时，发生载流子容易迁移到表面并被捕获，从而抑制光穴和电子的复合，使得TiO2具有较高的光催化活性；◆ 光催化剂表面状态 表面应有一定量的羟基基团，借助羟基基团实现光生空穴的捕获，抑制电子-空穴的复合。
TiO2表面适当强度和数量的酸碱中心的匹配也会促进光催化过程；◆ 光催化晶型 一般认为锐钛矿TiO2的光催化活性高于金红石型TiO2。
2.2 影响TiO2光催化氧化因素◆ 溶液中物质的影响 在处理有机污水时，溶液中无机盐的影响是不可忽略的，有些盐对光降解起促进作用，而有些盐对光催化起很大的阻碍作用。
◆ 外加氧化剂的影响 要提高光催化效率，必须有效地使电子和空穴分离，通常的方法是通入O2，也可通过加入H2O2，它们均是电子的良好接受体。
◆TiO2载体的影响 对TiO2处理水中有机物的早期研究主要是用于TiO2悬浮液，用悬浮液方法的初期处理速度比固定化法方法快，但是用此方法处理后粉状TiO2的分离回收较困难。
目前较实用、简单的方法是固定化法。
在不同的固定床上，光降解的速度也会有很大不同。
3 TiO2光催化氧化反应的应用3.1 降解水中污染物TiO2光催化反应对于工业废水具有很强的处理能力。
TiO2作为催化剂之一，有价格低廉、无毒、稳定等特性。
利用各种形式的TiO2，如附着态TiO2、多孔TiO2薄膜、TiO2/Fe3+、TiO2/Fenton等为催化剂以人工光源或太阳光光源的光催化反应体系，在染料废水、表面活性剂、农药废水、含油废水、氰化物、制药废水、有机磷化合物、多环芳烃等废水处理中，都能有效的进行光催化反应使其转化为无机小分子，达到完全无机化的目的。
TiO2光催化降解有机染料废水是目前几种难治理的行业废水之一[11]。
目前染料行业废水治理率仅22.5％，合格率约40％。
染料中偶氮染料约占目前市售合成染料的50％。
江立文[12]等用耐火砖颗粒负载TiO2作为光催化剂，对偶氮染料4BS光催化降解的特性进行了研究。
当反应时间为70min时，脱色率达到44.5％，COD Cr的去除率仅为20.7％。
表明偶氮染料4BS光催化降解过程中，染料4BS中的发色基团N=N双键首先被破坏，然后再破坏分子中的苯环、萘环等键能较高的部位，染料分子由大分子结构变为小分子结构，并逐步无机化。
陈小泉等[13]用TiO2/蒙脱土复合光催化剂对亚甲基蓝进行了催化降解。
TiO2与蒙脱土的复合一方面可以实现TiO2的固载，另一方面利用蒙脱土良好的吸附性也能增加催化剂与有机污染物的接触。
该催化剂在碱性环境中其表面吸附OH-而带负电，有利于正电荷的亚甲基蓝的吸附和降解；中性时由于TiO2/蒙脱土复合体零电荷点的pH=5.8，因此在pH=7时复合物对亚甲基蓝仍有较好的吸附作用；但在酸性体系中，催化剂粒子表面的负电荷被Ｈ+中和，转为成正电性，不利于亚甲基蓝的吸附和降解。
张颖等[14]用锐钛矿型TiO2光催化氧化法处理了三种活性染料水溶液。
催化剂投加量为2～4g/L，加入H2O2可加快染料分子的脱色速率，反应75min时，活性艳黄X-6G、活性艳蓝X-BR及活性艳红X-3B的COD Cr的去除率均达60％以上。
程沧沧等[15]用水泥负载TiO2对中性黑染料BGL进行了光催化研究。
浓度为25mg/L 的中性黑染料溶液，经30min光照，其降解率达到86.3％。
研究表明，只要适当提高光催化活性及光的利用率，则工业上利用光催化法处理有机染料废水将成为可能。
TiO2光催化氧化作为一种新兴水处理技术已越来越多地受到环境治理工作者的关注，利用光催化氧化技术有望实现水中有机污染物的深度矿化。
光催化剂是光催化过程的关键部分，光催化剂的活性和固定化技术是其能否实用的一个决定性因素。
有效实现TiO2在太阳光照条件下的催化氧化是当前研究应重点解决的问题。
3.2 处理气相污染物利用TiO2作为光催化剂净化空气的技术在国外日趋成熟，在国内的研究也有报道[16]。
目前治理大气污染已逐渐被人们所认识，氮氧化物(NO X)及硫氧化物(SO x)对大气的污染，已成为世界各国亟待解决的环保问题。
将TiO2制成薄膜或在树脂、玻璃、金属、纤维等不同材料中镀上TiO2光催化层，可以消除空气研究与综述油气田环境保护第16卷·第1期 ·43·中的异味或有毒成分[17]。
在Ag-沸石和Cu-沸石基质上沉积TiO2可去除废气中的NO x[18]。
邱星林[19]等采用有机硅树脂聚硅氧烷作为纳米TiO2的粘合剂，制备出大气环保涂料，用于大气中NO x的脱除。
在太阳光下，对空气中NO x净化效果良好，降解率达97％。
反应产物为硝酸，随反应气流放出的硝酸不到1％，大部分吸附在催化剂表面，导致催化剂失活，用水冲洗可使催化剂活性恢复如初。
该涂料在消除室内外大气、工厂中NO x有着潜在的应用前景。
纳米TiO2光催化产生的空穴和其表面的活性氧与细菌进行生化反应，使细胞失活而死亡。
有实验证明， TiO2对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有强杀伤力，可将其用于医院手术台和浴缸瓷砖等。
李田等[20]利用纳米TiO2膜通过光催化对自来水进行深度净化，降低了水中总有机物和细菌量，可以达到饮用水的要求。
4 展 望光催化是一项具有广阔应用前景的新型水处理技术。
它具有低能耗、易操作、无二次污染等突出优点，尤其对一些特殊污染物的去除效果比其他处理方法更佳，然而，目前这项技术在国内外尚处于研究阶段。
急需开展的研究问题大致有以下几点:◆ 解决TiO2对UV光(太阳光中占6.5％)的依赖性，对催化剂进行改性，使之光响应波长红移至可见光区(占太阳光辐射的46％)，从而可直接利用太阳光辐射，使该技术进入实用阶段。
◆ 进一步提高光催化剂的利用效率，可采用电化学辅助的方法；这种方法是将薄膜覆盖在光电化学电池的阳极上，在紫外光照射的同时在电极上加压。
由光照激发而产生的电子很快转移到电极上，减少了空穴-电子对的复合，可提高光催化效率。
◆ 对单一组分的降解研究与实际的多组分复杂情况相距较远，因此应进行多组分物质的降解研究。
◆ 多项单元技术的优化组合是当今水处理领域的发展方向。
在加深对光催化技术认识的基础上，将其与其他技术相结合，将会开拓该技术更广阔的应用前景。
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The treated water can satisfy the sewage drainage criterion of the GB8978-1996 standard. The Jinchuan Wastewater Treatment Plant can produce marsh gas taking for fuel of low-pressure heater, which benefits to energy-saving and developmentof circulation economy.KEY WORDS dairy-produced wastewater; sewage disposal process; microbialogical degradation; energy conservation; economic benefitTreatment Technology for Percolated Fluid of Municiple Refuse（37）Wang Dan Zhao Chaocheng(College of Chemistry and Chemical Engineering,China University of Petroleum)ABSTRACT The sources and characteristics of percolated fluid of municipal refuse are analyzed. According to the recent practical project and experimental study, some treatment processing and technologies for percolated fluid of municipal refuse including recirculation method, land treatment, physic-chemical method, biological method and other methods are discussed and compared. 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KEY WORDS titanium dioxide; photo-catalytic-oxidation technology; environmental protection; research progressCorrosion Effect of Sulfate-reducing Bacteria on Different Materials（44）Tan Yuan Yi Shaojin(College of Chemical and Environmental Engineering, Yangtze University)ABSTRACT The different extents of three kinds of steel including A3, N80 and K0-95 corroded by sulfite-reducing bacteria (SRB) are analyzed with weight loss test. The bactericidal action and corrosion control of bactericidal agent 1227 for three kinds of steel are investigated. The result shows that the corrosion rate of different steel has the different effect in the same medium. The order of corrosion rates and corrosion control of bactericidal agent 1227 for three steels from big to small is K0-95, N80, A3. There are other factors for steel corrosion.KEY WORDS sulfate-reducing bacteria; steel; corrosion rate; bactericide 1227; corrosion control Inspection and Analysis of Oxidation Pond Technology for Oily Sewage Disposal（46）Sang Yuquan Ma Xiaolei（E nvironment Monitoring Station of Shengli Oilfield Company, Limited）ABSTRACT There set up five inspecting points on the oxidation pond used to treat oily sewage of Zhuangxi Oil Production Plant. The inspection data of the oxidation pond are analyzed. The working complexion of the oxidation pond shows that the temperature controls the generations of algoe colony, bacteria and other water biont. The removal of chemical oxygen demand is not affected by season, but volatile phenol is relative to season. The removal effect of oily matters in the oxidation pond is stable. The removal rate of sulfide is high. The oxidation pond works well. KEY WORDS oxidation pond technology; sewage disposal; chemical oxygen demand; oily matter; volatile phenol; sulfides; removal rate。
