二氧化钛光催化及其在废水有机污染物处理中应用展望

楚雄师专学Vol.16N20017675000;楚雄师范学院,云南楚雄摘要:通过对二氧化钛光催化原理、制备方法、对有机污染物处理研究现状、影响二氧化钛光催化的因素提高光催化效率方法,说明TiO2光催化在废水有机污染物中图法分类号 文章标识码 文章编号:10085068(2001)030051光催化氧化具有许多独到之处,具有极强的氧化能力。其中二氧化钛作为光催化剂具有无毒、稳定、可重复使用、无光腐蚀现象、1]。本文主要介绍二氧化钛光催化技术及其在有机污染物处理中的应用研究,并对其在环境保护方面应用前景及主要问题进行分析。、型、板钛矿型,其中锐钛矿型TiO2具N型半导体。NTiO23.2eV387nm光。TiO2+hvhe—导带上的光致电子h—代表TiO2h具有很强的捕获电子能力,具有极强的氧化性;e具有很强的还原性,在半导体表面形成很强的氧化还原体系,在水溶液中时产生以下反应:h H2O2+2e+2H 2HO[2]H2O2+O2 ·OH+OH+O2h+OH 2·OH不稳定,具有很高活性,氧化能力比H2O2,O3强能氧化难降解有机物,将有机物的CH4S分别氧化成CO2H2OSO24二用商品试剂外,制备方法有以下几种:水解法:采用钛酸丁酯,四氯化钛或四异丙醇钛等作为前驱体,用乙醇正丁醇等配成溶液在搅拌条件下加入去离子水形成水解产物。将水解产物离心、乙醇洗涤等,或采用正丁醇共沸蒸馏等脱去胶体表面水,最后控制温度进行灼烧,纳米 [3]*收稿日期:200012作者简介 1962年生,年毕业于华西医科大学,现为楚雄市环境监测工程师气相沉积法制备TiO2膜:在低压条件下(100～70Pa,在N2气氛中导入四异丙醇钛和水蒸气,在一定温度条件下进行沉积制备TiO2膜[56溶胶—凝胶法:TiCl4,酞酸丁酯等在有少量水存在下溶于无水乙醇,经超声波振荡,2定时间胶化经加热处理制得干凝胶,干凝胶经过焙烧,即制得纳米TiO[789]222、TiO2光催化能形成强氧化—还原体系,可将不易氧化的或难于环境降能的物质氧化分解,因而在环境保护方面显示了诱人的应用前景。其研究现状主要有:TiO2387nm291011121314化[16171819由于光催化能在TiO2表面形成很强的氧化—还原体系,于是许多人把目光放在了难氧化降解的有机污染物方面,目前研究主要有以下几方面: ②卤代烃及有机氯类降解卤代烃对人有潜在致癌性,在环境中半衰期很长,很难氧化降解,对环境影响很大。目前光催化处理研究的有CHCl3、CCl4、三氯乙烯、邻氯苯胺[1324252627均取得较满意的去除102528⑤表面活性剂及高分子有机物降解。在选定情况下通过光催化快速降解脂肪醇聚氧乙烯醚四、能用作光催化剂的N型半导体材料有TiO2ZnOFe2O3CdSPbSWO3等。从对多优势。而TiO2经染料,负载Ag、Au、WO3、Pb、Fe、PbS、稀土元素、CdS等能显著提高光催22229303334353637]。另外对TO2TO2具有很高的光催化活性。制备的TO2必须进行焙烧,不同方法焙烧温度不同,温度过高则形成0C70CpH氧化速率高,而且受光强影响较大。最佳pH38光催化反应活化能较低,大多能在常温常压下进行,加[39]。121339线,能到达TO2表面紫外线减少的缘故[38光催化反应形成空穴与光致电子,可能复合而失去催化活性,O2H2O2Fe3等存在时吸收光致电子,减少光致电子与空穴复合,e Fe3 h TiO2五、在反应体系中加入电子接受体:如氧化剂或空气Cu2Fe3等因其能吸收光致电子减少与空穴复合的机会。但Cu2Fe3过多则催化效率下降。据分析,可能Cu2Fe3有颜色,浓度越大颜色越深,溶液吸收紫外线,减少了TiO2表面紫外线强度,22TiO2表面负载贵金属:在TiO2表面担载AuPtAgPdH2O223234353637制备复合催化剂及掺杂稀土元素:主要CdS/TiO2SnO2/TiO2SiO2/TiO2WO3/TiO2,活性炭/TiO2Fe2O3/TiO2921283340Ce3La3Fe等也能提高催化效率[2229]。光:制成的纳米二氧化钛膜经染料能显著提高光催化效率。染料在可见光区光 光强烈吸收,染料吸收光能后,发生分子内电子跃迁,由 π＊,发生电子跃迁后,入空穴而促进光催化反应。由于染料在可见光区有强烈吸收而发生电子跃迁,故料,[44]。、二氧化钛光催化技术具有高效、工艺简单、无二次污染、清洁等诸多优点,预计在以下领域有机废可生化性差、环境中难降解化学耗氧量较高等特点,运用常规生化处理运行费用高且费时,效果差,使用光催化技术可在短时间内几个小时)取得较好的特别适合于小规模生产企业有机废水处理,尤其是乡镇企业。云南省乡镇企业点多面广,分散,规模小,生产有机废水多数任何处理直接外排,成为环保工作的又一新课题。使用光催化技纳米二氧化钛光催化技术处理有机废水有着非常诱人的应用前景但目前的研究多数限于实验室研究,在有机废水处理方面,笔者认为主要有以下几个发展方向:制备复合型、光二氧化钛高效光催化剂。二氧化钛仅能吸收<387nm紫外线(约占太阳光能的1%)对太阳能的利用率较低,制备带隙能更低,能利用可见光的复合型或光高效二氧化钛催化剂,将使这一技术更经济对太阳光能利用更充分,容易进行技术推广。探索合适的载体或固定催化剂的方法。积极寻找固定纳米二氧化钛载体,将吸附、氧化分解结合起来,克服二氧化钛催化剂悬浮相氧化中存在的催化剂回收困难、易聚沉、易损失等缺点,是这一技钛固定、水循环等多功能的反应装置研制。将解决光催化技术的实用化。可以预计,随着光催化理论的不断深入,有机物结构和光催化效率的关系的阐明,以及以上三方面工作的突破,不远的将来在有机废水处理上,又多了一项经济实用、高效、无二次污染的新技术。参考文献2姚晓斌马颖.贵金属对TiO2悬浮物光照过程中H2O2.感光科学与光化学1999.17.(5):159～162.3].醇盐水解法制备二氧化钛纳米粉体.1995,10(4):423～4274崔斌等.TiO2簿膜光催化降解4(2—吡啶偶氮间苯二酚的研究.化学应用与研究43945]郭清萍等.低压化学气相沉积法制备TiO2的研究.化学研究与应用,1999.11(1):1316]788199124469199161991611]张汝冰,刘宏英,李风生.TiO2.环境化学,12]崔斌等.TiO2簿膜光催化降解4—(2—吡啶偶氮间苯二酚的研究.化学应用与研究200414]程沧沧,胡德文,.附着态TiO2光降解可溶性染料的研究.环境科学与技术,15吴海宝等.太阳能—TiO2非均相光催化氧化染料污水脱色研究.16王怡中.二氧化钛悬浆体系太阳光催化降能甲基橙研究.18]王怡中,符雁.平板型太阳光催化反应系统中甲基橙降解脱色研究.环境科学学报19施利毅李春忠.X—3B脱色研究.太阳能学报,2001.21(1).20施利毅李春忠.Ticl4—O2体系高温反应制备超细TiO2光催化材料的研究.无机材料学],,,24]姜义华,.多孔二氧化钛的三氯甲烷光催化氧化的影响.1999.20(325]胡德文,程沧沧.TiO2降解邻氯苯酚水溶液.环境污染与防治,199926魏宏斌严熙世.二氧化肽膜固定相催化氧化深度处理自来水.27陈非力王良焱.玻璃管附载TiO2光催化反应器去除饮用水中微量有机物的研究.1992 ,[29]岳林海.稀土元素掺杂二氧化钛催化剂光降解久放磷的研究.上海环境科学19917(9).[ 如,李映红.TiO2/SiO2的制备及其对DDVP光催化性能的研究.水处理技术,31]陈颖.TiO2光催化氧化聚丙烯酰胺.催化学报,19922(3报,1998.34(3).33李芳柏古国榜.WO3/TiO2.19920(4).34]何进,刘世程.TiO2(Ag纳米半导体薄膜的制备及其光催化性能.电子元件与材料.35]周仁贤,沈学优.Pt/TiO2的光催化氧化性能.浙江大学学报理学版1999.2636] .Agpb及其离子对TO2光催化分解CH3CHO.感光科学与光化学,19917(1).1991738]谭晓萍,王国生,汤克敏.光催化氧化法用于垃圾渗滤液深度处理主要影响因素的试验研,1999N39].水体表面微层中酞酸酯的光降解研究.环境化学,19918(240.CdsTiO2复合纳米微粒的原位合成及性质研究.[41]郝彦忠等.染料TiO2纳米晶多孔膜电极的带边移动.化学通报,1998(7):34—37.[42]马万红等.偶氮类化合物在纳米TiO2表面光降解的 Vis光谱示踪的研究.高等学校43]刘建军,于迎春.TiO2冲击波活化及其光催化活性.高压物理学报,19913责任编辑杨群materialsand coursecontent,teachingmaterialconstruction,teachingofassemblemethodsaswellasmethodologybeforefiYANGQun&WANGYilin:AnancientYunnanbronzemirrorstudiedwithlaserRamananicpollutionsinwaterpollutionsinwater.ZIZhenghua,SHIHaiyan,ZHANGShubo,JIANGShiji,KANJiade,YUANBo&MOWei:AnysisofcrystalstructureaboutLa2/3Ca1/3xBaxMnO3materialswiththeRietveldMethodturewasyzedwiththeRietveldMethod.Theresultrevealsthatwhenx≥0.20theirstructurechangespnmatowiththeRietveldMethodandyzestheeffectofCa2+andBa2+.H