光化学催化处理污水

1、 简介：光催化处理污水是近20年发展起来的新兴研究领域。因反应体系在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能，因而使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。光催化在环境保护方面的突出优点，有力地推动了人们对其在深度和广度上的研究。尽管它复杂的反应机理目前尚未被认识清楚，但应用方面的研究却成绩斐然。光催化处理污水的优点可使大多数污染物完全破坏而不形成中间物适用于低浓度污染物的治理（制备超纯水）具有较好的普适性使用的催化剂如tio2具有价廉、易得的优点，且在许多介质中均表现出很好的稳定性不需大量消耗出光以外的其他物质，可以降低能量和原材料的消耗能够达到除毒，脱色，去臭的目的具有代表

2、性的催化剂 理论上讲，只要半导体吸收的光能不小于其带隙能，能激发产生电子和空穴，就可能用作光催化剂。由于涉及到材料成本、化学稳定性、抗光腐蚀能力及光匹配性能等因素，真正实用的尚须优化研究。常见的光催化剂多为金属氧化物或硫化物，如tio2、zno、zns、cds及pbs等。相对而言，tio2的综合性能较好，是研究中采用最广泛的光催化剂。tio2的光催化研究最为活跃，使用最广 n型半导吸收了能量大于或等于带隙宽度的光子后，进入激发态，此时价带上的受激发电子跃过禁带，进入导带，同时在价带上形成光致空穴。以tio2例，tio2的禁带度（eq）为3.2ev，当用波长小于387nm的光照射tio2时，由于

3、光子的能量大于禁带宽度，其价带上的电子被激发，跃过禁区带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴：tio2+hh+e 利用上述反应产生的游利用上述反应产生的游离基具有高度活性，可离基具有高度活性，可以氧化包括难以生物降以氧化包括难以生物降解的各种有机物质并使解的各种有机物质并使之矿化之矿化应用前景应用前景l去除饮用水中微量有机污染物，应用于家庭、集团或企事业单位饮用水的深度处理l处理小型的高浓度特种有机废水l改变传统的工业废水，城市污水处理方式中存在的投资大，耗能高，处理费用高等缺点。影响光催化氧化反应速度因素影响光催化氧化反应速度因素l催化剂的粒径、孔隙率、平均孔径、表面电荷、退火预处理、纯度等

4、l光源，光强和反应温度l有机物浓度的影响lph值l外加氧化剂l盐（无机阴离子能与有机分子竞争表面活性位置或在接近颗粒粒表面的地方产生高极性的环境，阻塞有机物向活性位置的扩散）提高光催化氧化反应速率的方法提高光催化氧化反应速率的方法l在反应体系中加入氧化剂或fe3+、cu2+等金属离子（减少了光致电子与光致空穴简单复合的几率）l在催化剂表面担载隋性金属（有利于光致电子向外部迁移，防止光致电子和空穴的简单复合，提高了催化剂的反应活性）l使用具有吸附功能的复合催化剂（有助于催化剂氧化反应的进行）催化剂固定方法催化剂固定方法l物理负载法 粉体烧结法:将tio2微粉超声分散在水或其它溶剂中形成悬浮液，然

5、后将载体加入其中充分搅拌，使tio2光催化剂负载其表面，将其在低于450的温度下烧结 热胶粘法:指对一些不能经高温烧结的载体，在tio2微粉中加入合适的粘接剂，然后将其均匀涂敷在载体表面；也可将ti02微粉、载体、偶联剂一起搅拌或加热回流 l化学方法 溶胶一凝胶法：将前驱物在水或有机溶剂中水解而制得tio2前驱体溶胶，然后通过浸渍涂层、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于载体上，待干燥后进行热处理，最后在载体上形成一层tio2固定膜 气相沉积法：将前驱物用载气(h 、ar等)输送到反应室，利用气态物质在载体表面上进行化学反应，生成tio2薄膜 液相沉积法：利用水溶液中f的金属配离子和金属氧化物之间的

6、化学平衡，将金属氧化物沉积到浸渍在反应液中基底上 光催化反应器（以催化剂固定方法分类）光催化反应器（以催化剂固定方法分类）l悬浮型光催化反应器l由tio2与有机物溶液组成悬浮液，通过环纹型、直通型或同轴石英管夹层构成的流通池，辐射淘汰直接辐射流通池l结构较简单、后期tio2的分离和回收过程较繁、对辐射深度有较大的影响l固定床型光催化反应器l采用浸渍法、空气干燥法、真空干燥法、溶胶凝胶法将tio2或含ti溶胶沉积在载体上，经过高温烧结后固定在载体上l避免tio2的分离和回收过程，但在高温烧结过程中tio2的多孔结构发生变化反应器反应器研究光催化剂氧化法时存在的问题研究光催化剂氧化法时存在的问题l光敏半导体的光催化活性较低，不能充分利用太阳能l反应装置简陋，不能满足大规模处理废水及饮用水的需要l光催化降解机理的研究仍停留在设想与推测阶段l若以太阳光为光源，易受天气阴晴变化的影响研究的重点研究的重点l选择合适的载体和固定化方法或制备其它开关的光催化剂解决光催化剂的分离回收或固定化问题l寻找最佳反应条件，设计开发高效实用的光催化氧化净水器l解决太阳能的利用总