光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题

光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题摘要：本文主要介绍光催化氧化反应机理、及其在处理染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水、含表面活性剂废水等方面的应用,并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。关键词：光催化氧化氧化技术前言随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染,水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟,易于大规模工业化应用的优点。然而,这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。这不可避免地带来废料和二次污染,而且适用范围有限,成本也比较高。近年来,有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法,即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。因此,开发能将各种化学污染物降解至无害化的实用技术(尤其是污水处理和空气净化)成为各国科研工作者的重要研究内容。光催化氧化技术(PhotocatalyticOxidation)是一种高级氧化技术(advancedoxidationprocess,AOP)。光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基,该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和,反应设备简单,二次污染小，操作易于控制,催化材料易得,运行成本低,可望用太阳光为反应光源等优点,因而近年来受到广泛关注。1972年,Fujishima等在《Nature》上发表了“Electrochemicalpotolysisofwateratasemiconductorelectrode”一文,揭开了光催化氧化技术的序幕。1976年,Craey[4]等发现,在TiO2光催化剂存在的条件下,多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解.这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能,同时也为治理环境污染提供了一种新方法,立即成为半导体光催化研究中最为活跃的领域。近30年来,光催化氧化技术在有机污染物处理方面得到了广泛的研究，几乎所有在水中可能存在的有机污染物都可被光催化氧化法降解并矿化。将光催化工艺与混凝、生物处理等常规水处理工艺结合起来可达到优势互补的效果。近年来,人们围绕光催化剂活性的提高以及降低反应成本等方面进行了大量的研究,相关文献每年都有150篇以上。光催化氧化反应的机理Schiavello等认为,光触媒表面的光催化反应基本包括4个步骤:（1）光激发催化剂表面形成电子-电洞对；（2）电子-电洞对必须能有效地分离；（3）电子-电洞对在催化剂表面与被吸附物质发生氧化还原反应；(4)光催化剂表面产物的脱附与再吸附。用反应式表示如下:光催化氧化的特点适用范围广，处理效果好。光催化过程中产生的·OH是起主要作用的活性氧化物种，氧化能力很强，能有效地氧化分子结构复杂的难降解有机污染物，可广泛应用于有机合成化工废水、染料废水、农药废水、焦化废水、制药废水、造纸废水等难降解有机废水的处理中。反应成本低且反应条件温和。光催化反应可使用太阳光或紫外光作为光源，是一种高效节能的废水处理技术。反应易于控制且反应过程不产生二次污染。与化学氧化剂不同，光催化氧化反应中没有加入其它化学药剂，因此不会产生二次污染；另外在反应过程中，有机物彻底降解为CO2和H2O，也无须考虑反应产物的后续处置问题。反应速度快。在性能良好的催化剂的作用下，废水中污染物质的降解一般仅需要几分钟到几小时，远小于采用其他传统方法的反应时间。光催化氧化技术在水处理领域的应用4.1工业废水处理我国印染、农药、造纸等有机工业废水排放量大,其中难降解有机污染物的浓度高,采用传统的物化或生化法处理此类废水难以达标,对自然水体环境和人体健康产生了严重影响。因此,许多学者开始研究使用降解效率高,无二次污染的纳米TiO2光催化氧化技术对此类废水中的难降解有机物进行处理。4.1.1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。夏金虹采用溶胶凝胶法制备TiO2粉体,研究TiO2粉体光催化降解印染废水的可行性,结果表明:CODcr为268mg/L的印染废水,用125W荧光灯照射,初始pH=3时,脱色率最高；纳米TiO24g/L的用量时,光降解效果最佳;光照距离为9cm,光照时间2h对去除CODcr和脱色率效果最好；试剂耦合,可促进TiO2表面羟基化,提高·OH的生成效率,加快自由基的链传递,提高对污染物的降解速率。光催化氧化技术在水处理中应用存在的问题光催化氧化技术具有高效、节能、清洁无毒等突出优点,是一项具有广泛应用前景的新型水污染处理技术。然而作为近30年发展起来的新的研究领域,光催化降解现在还基本上停留在实验室水平,实际应用很少。因此无论是在光催化机理的研究方面,还是在工业实际应用中都需要进一步的深入研究,主要表现在以下几个方面:（1）制备高效率的催化剂,进一步完善催化剂的改性技术,提高催化剂的催化活性；（2）选择合适的载体,研究催化剂固定技术,制备负载型催化剂,使其易于回收,重复使用；（3）光催化反应机理的研究缺乏中间产物及活性物质的鉴定,仍停留在设想与推测阶段,进一步深入研究光催化反应机理,掌握有机物降解规律,对光催化技术工业实用化意义重大；（4）光催化技术与其他技术耦合,利用技术的协同作用来获取最佳的处理效果,开拓更广阔的应用前景。参考文献[1]高洪涛,周晶,戴冬梅,张书圣，光催化氧化技术研究，山东化工，1008-021X(2007)05-0014-05[2]邢丽贞,冯雷,陈华东，光催化氧化技术在水处理中的研究进展，水科学与工程技术，1672-9900(2008)01-0007-04[3]熊玮，汪恂，光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展，山西建筑，1009-6825(2009)31-0182-02[4]陈勇，光催化氧化技术在染色废水脱色方面的研究，染整技术，1005-9350(2010)07-0037-02[5]肖新颜,徐蕊,王叶,万彩霞,光催化氧化技术及其应用,河南化工，1003-3467(2008)02-0001-04[6]马春蕾，二氧化钛光催化氧化技术的研究进展，辽宁化工，10040935(2010)09096804[7]谢军伟，光催化氧化技术在污染物处理方面的应用，天津化工，1008-1267（2008）02-0048-04[8]黄亮,光催化氧化技术处理医药废水研究进展,