1、浅谈光催化氧化在水处理当中的应用学号：XXXXXXXXXXX 姓名：XXXXXXX摘要：光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。有机物在光的作用下，逐步氧化成低分子中间产物最终生成 CO2、H2O 及其他的离子如NO3-、PO43-、Cl-等。本文综述了光催化氧化技术在水处理中的应用与展望。关键词：光催化氧化；水处理；造纸废水；染料废水；农药废水1.概述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 TiO2 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
2、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 CO2 和 H2O 等无机小分子，可以完全达到无机化的目的，从而消除其对环境的污染。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。光催化氧化技术利用光激发氧化将 O2、 H2O2 等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括 uv-H2O2
3、、uv-O2 等工艺，可以用于处理污水中 CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物质。 【1】有机物的光降解可分为直接光降解、间接光降解。前者是指有机物分子吸收光能后进一步发生的化学反应。后者是周围环境存在的某些物质吸收光能成激发态，再诱导一系列有机污染的反应。间接光降解对环境中难生物降解的有机污染物更为重要。利用光化学反应降解污染物的途径，包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。前者多采用氧和过氧化氢作为氧化剂，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又称光催化氧化，一般可分为均相和非均相催化两种类型。均相光催化降解中较常见的是以 Fe2+或 Fe3+及 H2O2 为介质，通过 photo
4、-Fenton 反应产生HO 使污染物得到降解，非均相光催化降解中较常见的是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子- 空穴作用，产生HO 等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等式污染物全部或接近全部矿化。2.光催化氧化技术在水处理中的应用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 Hon
5、gda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羟基自由基和-O2 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
6、、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羟基自由基，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。 【2】 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。当前光催化氧化技术在水处理中已有实践应用，例举如下 造纸废水处理造纸白水是在纸的抄造过程中产生的。含有大量的悬浮固形物如细纤维、填料和胶料等，还有可溶解的有机污染物，可生化性差，水量较大，CODo 一般 500800mg/L,BODs 为 200350mg/L。光催化氧化法具有很
7、强的氧化能力，可将造纸白水中有机物完全氧化降解，达到安全排放的要求。韩沛等采用广西某矿的褐铁矿制备褐铁矿纳米 Ti0，复合材料，以河南省某麦草制浆造纸厂废水为处理对象，研究了催化剂的制备以及不同光照时间不同催化剂用量条件下 COD 和色度去除率。实验结果表明，自制的催化剂经过一定反应时间，废水中的有机物被氧化分解成 H20 和 C02，色度和 COD 均降低到排放标准。 【3】 染料废水处理染料废水碱度高、色泽深、臭味大,并且还含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质,一般的生物化学法对于水溶性染料的降解效率很低,且易造成二次污染。近年来,用光催化降解染料效果甚好,大多数染料的去除率可达 95%以上
8、。并且染料本身也是一种光敏化剂,它的存在,不但提高了光催化效率,也可直接利用太阳光来处理染料废水。 【4】 农药废水处理农药废水主要是除草剂、有机磷农药、三氯苯氧乙酸,DDVP、DDT 等。其特性表现为:停留时间长、污染性大,是难于降解的有机物。采用光催化虽然不能使所有的污染物完全矿化,但不会产生毒性更高的中间产物,是其它方法无法相比的。 【5】3.光催化氧化发展前景利用光催化氧化法处理废水，其方法简单，占地面积小，适用范围广，处理效果好，操作条件稳定，无二次污染等优点，是一种很有发展前景的水处理技术，在去除废水中的难降解有机污染物和色度方面将发挥越来越大的作用。我国在这方面的起步比较晚，但发
9、展迅速。相信在不久的将来，随着这些技术的突破性研究，光催化氧化法将在废水处理方面获得更广泛的应用，同时为我国造纸废水的处理提供了一条新的途径。参考文献：1. 李英柳;吴凤丽;李爱莲;光催化剂研究新进展J;化学与生物工程;2006 年 10期2. n-TiO2 光催化机理及其在环境保护中的应用研究进展J.环境污染治理技术与设备,2002,3(3):16. 3. 刘长春光催化氧化技术在造纸废水处理中的应用安徽化工，2010，36(2):53-55.4. 徐高田 校华 曾旭 等.纳米 TiO2 光催化-SBR 工艺处理印染废水的研究J.环境科学学报,2007,27(9):1444-1449.5. 付宏祥，吕功煊，李新勇，李树本. 重金属离子的光催化还原研究进展J. 感光科学与光化学, 1995,(04) .
